触摸屏电机单轴定位实验设计探析范文

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摘要：以步进电机为监控对象，利用PLC、触摸屏实现了对单轴精确定位系统控制。根据实验系统的控制要求，进行了硬件设计和软件设计。实验结果表明，单轴定位系统实现了位置的精确定位，误差为±1mm。实验系统稳定性和精确度较高。

关键词：S7-200smart；触摸屏；定位；步进驱动

引言

PLC控制技术作为自动化、机械电子工程专业的核心课程，要求学生不仅能够掌握其工作原理，而且要能与其他控制技术集成应用。当前PLC实践教学的现状是普遍采用一成本较低的PLC实验箱，这种实验箱没有真实的被控对象，常用LED亮灭来模拟输出控制对象动作，由于学生无法观察到实际的运行效果，很难将程序和工业的现场联系起来，学生只是凭空想象控制对象动作，在很大程度上影响了学生的学习兴趣。另外，这种实验箱只能仿真一些简单的控制模型，复杂的控制系统无法实现。工业控制中对采用步进电机或伺服电机进行精确定位技术应用很广泛[1]，本文将PLC技术和HMI技术相结合，设计了一套步进电机单轴定位精确定位系统。

1步进电机单轴精确定位系统设计方案

实验系统设计方案如图1所示，PLC通过步进驱动器实现对步进电机的位移和速度控制，步进电机驱动螺母丝杠，实现水平方向的定位。触摸屏作为上位机，实现人机交互作用[2]。在实验平台上有两个限位开关，分别在起点和终点，主要为了防止滚珠丝杠螺母副运动时撞到轴承座上去。在距离起点限位开关5cm处还设置了一个光电开关，以光电开关作为滚珠丝杠螺母副运动的起点，这样主要是为了消除限位开关作为起点时的机械误差。滚珠丝杠和步进电机轴通过联轴器同轴安装[3]。具体如图2所示。

2实验硬件系件设计

本实验系统采用西门子s7-200SmartST30PLC，步进电机选择86BYG250D-114，驱动器选择普菲德DM860H带风扇驱动器。丝杆为冷轧C7精度滚珠丝杠，型号为2005，20代表滚珠丝杠的直径为20mm，05表示滚珠丝杠的导程为5mm。行程限位开关选择德力西的LXJM1-8108。光电开关，选用E3F-DS30P1CHE18-30PA-B710，三线PNP常开。输入电压为6～36VDC；消耗电流为300mA；可检测的距离为5～30cm可调[4]。将各器件连接，如图3所示。

3实验系统软件设计

单轴定位系统程序流程为：先输入定位坐标值，方向设计，程序计算所需脉冲数，设定运行速度，通过光电开关进行限位控制[5]，程序流程图如图4所示。图5为脉冲计算子程序，在该子程序中，上位机输入一个距离，用这个距离和上一次距离进行比较，当本次距离小于前次距离，就用前次减去本次距离得到距离差值。若本次距离大于前次距离，则用本次距离减去前次距离得到距离差值。图6为运动子程序，因为滚珠丝杠的螺距为5mm，步进驱动器的细分设置为400，即400个脉冲电机转一圈，即1mm需要80个脉冲。所以最后用距离差值乘以80得到脉冲数量。S7-200系列PLC内部有两个高速脉冲发生器，通过设置可让它们产生占空比为50%、周期可调的方波脉冲（PTO脉冲），要让高速脉冲发生器产生符合要求的脉冲，需对其进行有关控制及参数设置[6]。高速脉冲要的控制采用一个SM控制字节，用来控制脉冲输出类型，脉冲的时间单位等信息。高速脉冲发生器采用SM存储器来设置脉冲的个数、脉冲的宽度、脉冲的周期等参数。根据运动子程序参考表，SM67.0为1更新频率/周期，SM67.1为0，SM67.2为0，SM67.3为0，SM67.4为0，SM67.5为0，SM67.6为1选择PTO模式，SM67.7为1PWM启动使能。即把16#C1赋值给SMB67。

4定位控制画面

触摸屏人机界面如图7所示。该画面中，用户可以选择低速中速或者高速，还可以运行到起点处。按下紧急停止按钮后，电机会立马停止。左下角的HOME键按下后可以回到开机画面[7-8]。

5结论

采用本系统改进PLC的实验教学，有利于掌握PLC的结构特点与使用方法，有利于促进理论与实际相结合、促进多种控制技术相整合能力，从而提升学生的创新应用能力。

参考文献：

［1］祝宁，于海生，吴贺荣，等.基于S7-200及WinCC6.0的PLC综合实验系统研制［J］.青岛大学学报（工程技术版），2012，27（01）：53-58.

［2］毛昀，杨峰.基于PLC的步进电机控制系统设计［J］.工业仪表与自动化装置，2014（04）：87-89.

［3］范超毅，范巍.步进电机的选型与计算［J］.机床与液压，2008（05）：310-313.

［4］杨友进.S7-200Smart的步进电机控制研究［J］.电工技术，2018（6）：23-24.

［5］吉顺平.可编程控制器原理及应用［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［6］向晓汉.S7-200SMARTPLC完全精通教程［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［7］韩兵.触摸屏应用及技术［D］.南昌：南昌大学，2007.

［8］陈晓东.西门子人机界面组态与应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2013.

作者：王卓君 单位：三江学院