1、步进电机是工业自动化过程当中经常用到的一种控制传动机构，它是通过接受输入脉冲，然后每个脉冲转动一定的步距（角度）来完成对执行机构的控制传动的。使用 PLC 可以通过特殊功能存储器（SM）或者增加 EM253 位控模块来控制步进电机，但是使用 SM 需要熟悉每一位的意义，而且编程烦琐。如果为 PLC 增加功能扩展模块，无疑会增加产品成本。鉴于这些原因并结合本人的实践经验，本文利用 STEP 7-Micro/WIN 位置控制向导来实现应用 PLC 控制步进电机的运动功能。1 操作步骤2使用 STEP 7Micro/WIN 位置控制向导，为线性脉冲串输出（PTO）操作组态一个内置输出。启动位置控制向
2、导，可以点击浏览条中的向导图标，然后双击 PTO/PWM 图标，或者选择菜单命令工具位置控制向导。（1）在位置控制向导对话框中选择“配置 S7-200 PLC 内置 PTO/PWM 操作”。（2）选择 Q0.0 或 Q0.1，组态作为 PTO 的输出。（3）从下拉对话框中选择“线性脉冲串输出（PTO）”。（4）若想监视 PTO 产生的脉冲数目，点击复选框选择使用高速计数器。（5）在对应的编辑框中输入最高电机速度（MAX_SPEED）和电机的启动/停止速度（SS_SPEED）的数值。（6）在对应的编辑框中输入加速和减速时间。（7）在移动包络定义界面，点击新包络按钮允许定义包络，并选择所需的操作模
3、式。a）对于相对位置包络：输入目标速度和脉冲数。然后，可以点击“绘制包络”按钮，查看移动的图形描述。若需要多个步，点击“新步” 按钮并按要求输入步信息。b）对于单速连续转动：在编辑框中输入目标速度的数值。若想终止单速连续转动，点击子程序编程复选框，并输入停止事件后的移动脉冲数。（8）根据移动的需要，可以定义多个包络和多个步。（9）选择完成结束向导。2 应用实例本例通过 PLC 控制步进电机在车轮自动超声探伤中的应用，进一步说明利用 STEP 7-Micro/WIN 位置控制向导来实现利用 PLC 控制步进电机的具体操作过程。车轮自动超声探伤系统是利用车轮在探伤架上的转动，通过超声波来实现对车轮
4、内部缺陷的检测，其中车轮的转动是由步进电机通过减速箱来实现驱动的。整个系统机械部分的运动由下位机（PLC）来控制，如图 1。图 1 机械系统运动原理 图 2 上位机与下位机的通信为了保证探伤的准确性，一般需要两组探头同时检测分别对车轮的踏面以及内侧面。当这两组探头分别接触到车轮的踏面和内侧面后，PLC 会收到这两组探头的行程开关发出的探头到位信号，此时由下位机向上位机（工控机）上传“准备好”信号。在上位机收到“准备好”信号后，可以向下位机发送“探伤开始” 的信号了，下位机收到该信号后，立即向步进电机发送脉冲，车轮开始转动，探伤工作开始了，如图 2 所示，其中上位机与下位机是采用自由口方式进行通
5、信的。在这个过程中，利用位置控制向导对步进电机的配置非常重要，合理的配置能够增加探伤系统的灵敏度，不合理的配置会增加探伤工作的困难，甚至有可能烧坏电机。在该应用中，配置向导的前四个操作步骤中一般采用默认设置即可。在操作步骤（5）中，MAX_SPEED 的设置应该在电机力矩的最大范围内，驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定，在这里设为 400。对 SS_SPEED 的设置不能太大，太大就会造成电机失步，但是如果太小就会在电机启动时产生颤抖或者振动，在此设为 100。具体应用要根据不同的电机使用说明书来设置。最低电机速度（MIN_SPEED）系统默认等于 SS_SPEED。MAX
6、_SPEED、SS_SPEED 和 MIN_SPEED 的关系如图 3 所示。图 3 最大、最小和开始/停止速度在步骤（6）中可以设置加速时间（ACCEL_TIME）和减速时间（DECEL_TIME），如图 4 所示。在该系统中，探伤主要是在电机匀速转动时工作的，所以加速与减速时间越小越有利于探伤工作，但是时间太小会影响步进电机的使用寿命，在此加速时间设为 1000，减速时间设为 500。图 4 加速时间和减速时间在步骤（7）中，由于步进电机本身存在加速与减速时间，所以我们选择建立相对位置包络。并且探伤系统不需要中间变速度，所以只需要输入希望的步 0 信息。在该系统中，我们希望的目标速度为 1
7、50（介于 MAX_SPEED 和 MIN_SPEED 之间）。假设 为步进电机一步转过的角度， 为步进电机总共需要转的角度， 为步进电机需要的总脉冲数， 为车轮总共转过的角度，n 为减速箱的传动比，于是计算包络总位移（即步进电机需要的总脉冲数）的公式为=/=n/ （1）由于步进电机存在开始时加速和结束时减速两个无法克服的过程，所以在这两个过程中可能存在漏探或误探，于是在探伤过程中规定，车轮至少应转 1.25 圈，即 450。在该系统中，n=60，=0.72 （即每转细分数为 500 步）,因此由公式（1）可以推出 =37500。绘制的包络如图 5 所示。图 5 相对位置模式下的包络然后选择一
8、个大小合适且未使用的 V 存储区来保存配置和包络信息，最后向导会根据刚才的配置生成 PTO0_CTRL、 PTO0_MAN 和 PTO0_RUN 三个项目组件，用户可以在自己编写的程序中调用这些组件。其中：PTO0_CTRL 指令是用于在手动模式下初始化步进电机；PTO0_MAN 指令是用于手动模式控制线性 PTO，在手动模式中，可以使用不同的速度操作 PTO，如图 6；PTO0_RUN 指令用于命令线性 PTO 操作执行在向导配置中指定的运动包络，如图 7。图 6 PTO0_MAN 指令应用 图 7 PTO0_RUN 指令应用至此，利用位置控制向导对步进电机的配置已经完成。 3 结论通过上面的例子可以看出，本文介绍的利用 STEP 7-Micro/WIN 位置控制向导来实现 PLC 对步进电机的控制，操作简单，而且不用增加功能扩展模块，降低了产品成本，是非常值得在 PLC 应用中尝试的。
