PLC运动控制技术方法简介

可编程控制器S7-200系列PLC是西门子公司生产的小型整体式PLC，在工业自动化装备中广泛应用，YL-335B自动化生产线的各工作单元控制器均为S7-200 PLC，下面以输送单元搬运机械手运动控制为例，分析介绍S7-200PLC的脉冲输出功能及定位控制编程方法。

S7-200系列PLC有两个内置PTO发生器，用以建立高速脉冲串PTO输出。一个发生器指定输出点Q0.0，另一个发生器指定输出点Q0.1，用于伺服电动机的速度和位置控制。当组态一个输出为PTO操作时，生成一个50％占空比脉冲串用于步进电机或伺服电机的速度和位置的开环控制，内置PTO功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量可由PLC程序控制，为了简化程序的编写，STEP7--Micro/WIN软件提供了位控向导功能，借助位控向导可以在很短时间内完成PTO的组态，并生成位控指令，在PLC程序中用以控制电机运行速度和位置。

1.位控向导的使用

下面以输送单元搬运机械手在工作站点之间运动为例，介绍使用位控向导编程的方法和步骤，搬运机械手在各工作站运行距离与运动包络如表5-2所示。

表5-2　搬运机械手运动包络

（1）PLC选项组态内置PTO：

在STEP7--Micro/WIN软件命令菜单中选择工具→位置控制向导，在向导的第1个界面选择配置S7-200 PLC内置PTO/PWM操作，在第2个界面中选择“QO.0”脉冲输出，接下来的第3个界面如图5-3所示，选择“线性脉冲输出（PTO）”，使用高速计数器HSC0（模式12），对PTO生成的脉冲自动进行计数。单击“下一步”进入下一步内置PTO组态操作。

图5-3　组态内置PTO操作选择界面

（2）接下来的两个界面设定电机速度参数，包括最高电机速度MAX_SPEED，电机启动/停止速度SS_SPEED，以及加速时间ACCEL_TIME和减速时间DECEL_TIME。例如，输入最高电机速度“90000”，把电机启动/停止速度设定为“600”，加速时间ACCEL_TIME和减速时间DECEL_TIME分别为1000（ms）和200（ms），完成后单击“下一步”，开始配置运动包络。

（3）图5-4是配置运动包络的界面，在界面中要求设定操作模式、一个步的目标速度、结束位置等，并定义包络的符号名，一般从第0个包络第0步开始定义。

图5-4　配置运动包络界面

在操作模式选项中选择相对位置控制，填写包络“0”中目标速度为“60000”，结束位置为“85600”，点击“绘制包络”如图5-4所示。包络的符号名按默认定义（Profile0_0），第0个包络从供料站→加工站的设置就完成了，如图5-5所示。

图5-5　设置第0个包络

表5-2中的最后一个运动包络是低速回零，单速连续运行模式，选择这种操作模式后，在所出现的界面中写入目标速度“20000”。界面中的包络停止操作选项，是当停止信号输入时，再向运动方向运动所设定的脉冲数后停止，在本例中未使用，如图5-6所示。

图5-6　设置第4个包络

（4）运动包络编写完成后单击“确认”，向导会为运动包络自动指定V存储区地址一般情况下，默认系统自动建议地址即可，也可自行键入一个合适的地址，如图5-7所示。(www.xing528.com)

图5-7　运动包络指定V存储区地址

（5）单击“下一步”出现生成项目组件提示，如图5-8所示，单击“完成”。

图5-8　生成项目组件提示窗口

2.使用位控向导生成的项目组件

运动包络组态完成后，向导会为所选的配置生成四个项目组件（子程序），分别是：PTOx_CTRL子程序（控制）、PTOx_RUN子程序（运行包络），PTOx_LDPOS（装载位置）和PTOx_MAN子程序（手动模式），由向导产生的子程序在STEP7--Micro/WIN软件中可以直接调用，如图5-9所示。

图5-9　四个项目组件

（1）PTOx_CTRL子程序（控制）：启用和初始化PTO输出，在用户程序中只使用一次，并且在每次扫描时得到执行，始终使用SM0.0作为使能端EN的输入，如图5-10所示。

图5-10　运行PTOx_CTRL子程序

（2）PTOx_RUN子程序（运行包络）：PLC将执行存储于包络表的指定包络运动的操作，运行子程序的梯形图如图5-11所示。

图5-11　运行PTOx_RUN子程序

（3）PTOx_LDPOS指令（装载位置）：重新装载PTO脉冲计数器的当前值为一个新的位置值，通过该指令可以实现运动命令的清零操作，图5-12所示为通过使用PTO0_LDPOS指令，实现返回原点清零操作的梯形图。

图5-12　用PTO0_LDPOS指令实现返回原点清零操作

（4）PTOx_MAN子程序（手动模式）：能够实现手动模式下的PTO输出功能，并能实现伺服电机按照不同的速度启动、停止和运行，当PTOx_MAN子程序正在运行时，除PTOXCTRL主控程序外，其他PTO子程序将不能执行，运行子程序梯形图如图5-13所示。

图5-13　运行PTOx_MAN子程序

由上述四个子程序的梯形图可以看出，为了调用这些子程序，编程时应预置一个数据存储区，用于存储子程序执行时的各项参数，存储区所存储的信息，则根据程序的需要进行调用。