作者介紹了應(yīng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行鋼管留端處理的新方法，使用S7-200PLC進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的兩種方式，同時(shí)這種思路也可以為其他鋼管生產(chǎn)提供參考借鑒。

1.概述

隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，越來(lái)越多的工業(yè)場(chǎng)合需要精確的位置控制。位置控制的精確性主要取決于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器的精度。高端的運(yùn)動(dòng)模塊可以對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行非常復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。

2.系統(tǒng)說(shuō)明

2.1 基本控制系統(tǒng)

鋼管外防腐的最后一道工序留端處理環(huán)節(jié)的新要求中，要把鋼管兩端除去一定距離的聚乙烯層，但保留環(huán)氧粉末層。為達(dá)到要求，我們?cè)趦蓚€(gè)行進(jìn)的小車上分別安裝刀頭用于剃除聚乙烯層，要求對(duì)小車和刀頭的行進(jìn)位置進(jìn)行判斷，以確定去除的長(zhǎng)度和深度。使用PLC通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以精確的控制小車及刀的位置，實(shí)現(xiàn)工藝要求。

2.2 實(shí)現(xiàn)方式分析

200PLC對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)。

(1)自帶高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

高速脈沖輸出功能即在PLC的指定輸出點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)脈沖輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）功能。S7-200PLC配有兩個(gè)PTO/PWM發(fā)處理器，它們可以產(chǎn)生一個(gè)高速脈沖串或者一個(gè)脈沖調(diào)制波形。一個(gè)發(fā)生器輸出點(diǎn)是Q0.0，另一個(gè)發(fā)生器輸出點(diǎn)是Q0.1。當(dāng)Q0.0和Q0.1作為高速輸出點(diǎn)時(shí)，其普遍輸出點(diǎn)被禁用，而當(dāng)不作為PTO/PWM發(fā)處理器時(shí)，Q0.0和Q0.1可作為普通輸出點(diǎn)使用。

對(duì)于初學(xué)者，大多感覺(jué)利用PLC的高速輸出點(diǎn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制比較麻煩，特別是控制字不容易理解。西門(mén)子S7-200PLC的編程軟件STEP7-MicroWIN中提供了位置控制向?qū)?，利用位置向?qū)В芊奖?、?jiǎn)單的編寫(xiě)程序。

位置控制模塊向?qū)г谲浖鞑藛蔚摹肮ぞ摺薄拔恢每刂葡驅(qū)А弊硬藛沃屑せ?，在彈出的界面中進(jìn)行時(shí)間基準(zhǔn)、電動(dòng)機(jī)速度加速和減速時(shí)間、內(nèi)存地址等的設(shè)置。設(shè)置完成后會(huì)生成3個(gè)子程序，PTOx_CTRL、PTOx_RUN、PTOx_MAN。

PTOx_CTRL：控制子程序，啟用和初始化與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)合用的PTO輸出，在程序中只使用一次，并且確定在每次掃描時(shí)得到執(zhí)行。始終用SM0.0作為EN的輸入。

PTOx_RUN：運(yùn)行輪廓子程序，命令PLC執(zhí)行存儲(chǔ)于配置/輪廓表的特定輪廓中的運(yùn)動(dòng)操作。開(kāi)啟EN位會(huì)啟用此子程序。

PTOx_MAN：手動(dòng)模式子程序，將PTO輸出置于手動(dòng)模式。允許電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止和按不同的速度運(yùn)行。當(dāng)PTOx_MAN子程序已啟用時(shí)，任何其他PTO子程序都無(wú)法執(zhí)行。

利用指令向?qū)Ь帉?xiě)程序，程序簡(jiǎn)潔、容易編寫(xiě)，特別是控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)加速啟動(dòng)或減速停止，顯得非常方便，且能很好地避開(kāi)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步。

(2)使用定位模塊進(jìn)行控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

相對(duì)于集成在PLC的高速輸出點(diǎn)，定位模塊EM253的功能強(qiáng)大，定位精度高，使用更加方便，且能彌補(bǔ)集成高速輸出點(diǎn)的以下不足：

①PLC要用其高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，要具備兩個(gè)條件，一是PLC必須要有高速輸出點(diǎn)，二是輸出點(diǎn)必須晶體管輸出。例如繼電器輸出的PLC即使有高速輸出點(diǎn)也不能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

②PLC集成的高速輸出點(diǎn)的頻率不夠高，以CPU226為例，其最高頻率只有20kHz，使用范圍有限，而定位模塊EM223的最高頻率能達(dá)到200kHz。

③從示波器觀測(cè)波形可以看出，定位模塊高速脈沖的波形品質(zhì)明顯優(yōu)于PLC內(nèi)部集成的高速輸出點(diǎn)，因此對(duì)于要求較高的控制系統(tǒng)必須使用定位模塊。

綜合考慮以上兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本例中，兩個(gè)小車的行進(jìn)距離較長(zhǎng)，同時(shí)需要比較精確的定位，而刀頭的運(yùn)動(dòng)距離短，在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)節(jié)省成本，我們采用S7-200PLC自帶的兩個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)方式，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)行走小車的動(dòng)作，高速脈沖輸出方式可以輕松實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的位置與速度控制，具有硬件要求簡(jiǎn)單、可取代EM253并節(jié)省系統(tǒng)硬件配置等功能，此方式PLC可生成一個(gè)50％占空比脈沖串，用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度和位置的控制。利用定時(shí)器編寫(xiě)程序輸出脈沖通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)刀頭的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)工藝要求。

3.程序說(shuō)明

系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩部分。手動(dòng)部分通過(guò)人工控制兩個(gè)小車和刀頭的移動(dòng)，自動(dòng)部分通過(guò)光電傳感器和壓力傳感器檢測(cè)小車和刀頭的位置，改變脈沖輸出頻率控制小車和刀頭的行進(jìn)速度。

（1）硬件結(jié)構(gòu)

本例中采用常州110BYG550D型和110BYG550E步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各兩個(gè)，分別用于控制兩個(gè)行走小車和兩個(gè)刀頭，控制過(guò)程中，將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作模式設(shè)定在脈沖+方向下;一個(gè)西門(mén)子S7-200PLC，PLC自帶兩個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)，Q0.0和Q0.1發(fā)送脈沖信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和目標(biāo)位置。Q0.2和Q0.6發(fā)送方向信號(hào)，控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。Q0.5和Q1.3為手動(dòng)脈沖輸出點(diǎn)。部分符號(hào)地址如圖1所示：

圖1

(2)軟件設(shè)計(jì)

工藝要求平臺(tái)上的鋼管滾動(dòng)到限定位置停止后，定位油缸回落，鋼管旋轉(zhuǎn)裝置油缸升起，將鋼管升起離開(kāi)平臺(tái)；小車步進(jìn)電動(dòng)機(jī)快速進(jìn)給，當(dāng)小車上安裝的鋼管位置接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到鋼管后一定時(shí)間（限位裝置即將與鋼管端口接觸）時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)慢速行進(jìn)，直至壓力傳感器滿足設(shè)定壓力值后停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)小車停止運(yùn)動(dòng)后，鋼管開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，氣缸電磁閥導(dǎo)通，刀具與鋼管表面接觸，此時(shí)小車步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，留端處理加工開(kāi)始，直至到旋鈕設(shè)定位置并配備極限限位傳感器防止刀具脫位。氣缸電磁閥關(guān)閉，汽缸回收，刀具離開(kāi)鋼管表面，操作人員檢查端口處理情況，如果合格則整體回退，如果不合格，則手工進(jìn)行控制車削。

在操作過(guò)程中為防止轉(zhuǎn)管時(shí)由于鋼管徑向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生切削誤差，設(shè)置壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)扭矩刀架運(yùn)動(dòng)小車根據(jù)扭力進(jìn)行隨動(dòng)。

操作臺(tái)上設(shè)置一個(gè)三向開(kāi)關(guān)控制刀頭的升降速，每扳動(dòng)一次，控制刀頭的脈沖輸出頻率變化2ms。

S7-200PLC自帶輸出脈沖控制塊的初始化程序?yàn)椋?/strong>