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PLC驱动步进电机心得

来源:上元教育   【上元教育:技能改变命运,上元成就未来】   2013/5/25
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S7-200CPU本身带有高速脉冲输出功能,特另是224XP(CN)的高速输出频率达到100kHz,十分适合作为步进电机的驱动脉冲,配以细分型的驱动器,在某些应用场合,效果逼近伺服电机,取得性能和经济性的最佳平衡。
1           项目简介
薄膜卷绕机需要进行自动化控制改造。
原设备采用机械式计数,卷绕动力采用离合器传动,元件卷绕的起动、停止、圈数控制等均由人工操作控制,因此存在产品参数离散性大、产品质量与生产效率因人而异等不足之处。
工艺要求简述:由于卷制材料是10几微米的薄膜,要求卷轴平稳起动,均匀加速,以使用张力平稳;中间在某些位置需要停顿,作一些必要的处理,再继续卷绕;和起动一样,停顿或停止时,必须均匀减速,保持张力平稳;要求最后圈数准确。
2           控制系统构成
S7-200PLC应该能够实现项目要求的控制功能。
S7-200CPU本体已含有高速脉冲输出功能,普通型号的CPU脉冲输出频率达20KHz,而224XP(CN)更是高达100kHz,可以用来驱动步进电机或伺服电机,再由电机直接驱动卷绕主轴旋转,完成工艺所要求的动作。
步进电机在成本上具有优势,但是步进电机的运转平稳性不如伺服电机,而两者的定位精度(圈数)的控制,在本工艺里都可以达到要求。我们考虑先试用步进电机的方案。
步进电机的驱动,实际上是由相应的步进电机驱动器负责的,所以步进电机的相数齿数等等问题由相应的驱动器解决,选择步进电机要考虑的主要是体积、转矩、转速等,不是本文的重点;
PLC向驱动器送的仅为代表速度与位置的脉冲,这里要考虑的是步进电机在规定的转速下是否足够平稳,是否适合作为薄膜卷绕的动力。
我们作了一个模型机进行试验,采用细分型的驱动器,在50齿的电机上达到10000步/转,经17:25齿的同步带减速传动(同时电机的振动也可衰减),结果运转很平稳,粗步确定可以达到工艺要求。于是正式试制一台,也获得成功,性能达到工艺要求,目前已经按此方案批量进行改造。
CPU选择224XPCN DC/DC/DC,系统构成如下:
224XP*1、步进电机*2、细分型驱动器*2、TD200*1、LED显示屏*1、编码器*1。
2.1         PTO0(Q0.0)输出一路高速脉冲,负责驱动卷绕主轴的旋转;
2.2         PTO1(Q0.1)输出一路高速脉冲,负责驱动主轴的水平直线移动;
2.3         一个正交增量型编码器装在主轴上,作为卷绕圈数的反馈;
2.4         TD200作为人机界面,用于设定参数
2.5         一个LED显示屏用于显示实时的卷绕圈数。在实际生产中,工人需要时时参考卷绕的进度,LED显示比LCD醒目,所以这里放置了一个自制的LED显示屏。LED屏和PLC的连接方式,可参考本人在2003年的专家论文集中的文章。
3           控制系统完成的功能
3.1         控制系统首先要实现的功能,是卷绕的平稳起动、加速、减速、平稳停止。在新版的S7-200中,支持高速输出口PTO0/PTO1的线性加/减速,通过 MicroWin的向导程序,非常容易实现。实际上,以目前的情况,线性加减速只能使用向导生成的程序,Siemens没有公开独立可使用的指令。
3.2         使用位置控制向导生成以下四个子程序(仅限CPU内的PTO,不包括专用模块的情况),以PTO0为例:
3.2.1          PTO0_CTRL:每周期调用一次,可以控制PTO0的行为;
3.2.2          PTO0_MAN:可以控制PTO0以某一频率输出脉冲,并且可以通过程序随时中止(减速或立即中止);
3.2.3          PTO0_RUN:运行(在向导中生的)包络,以预定的速度输出确定个数的脉冲,也可以通过程序随时时中止(减速或立即中止)。
3.2.4          PTO0_LDPOS:装载位置用,本例使用相对位置,所以不必装载。
本例的工艺要求,输出脉冲数可变(圈数可设定),又要在工艺允许的情况下尽可能地按指定的速度运行,也要随时能够减速停止,包括人工手动的停车要求。直接使用PTO0_MAN和PTO0_RUN都无法直接满足要求,以下来研究配合辅助手段如何实现。
3.3         精确的位置(圈数)控制
3.3.1      PTO0_RUN + 中断
卷绕定位与圈数控制,达到0.1圈以内的精度即可,以10000步/转的细分驱动器,0.1圈相当于1000脉冲。
假使PTO正以最高100kHz速度输出脉冲,以1ms的时间响应中断,脉冲的误差约为100个,所以从理论上说,中断方式把脉冲误差控制在1000个以下完全可以。

编辑:Admin  

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