馬新榮

[摘 要]本文介紹了PWM向?qū)Э刂频脑O(shè)定方法，并闡述了利用PWM實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制的系統(tǒng)設(shè)計。

[關(guān)鍵詞]PWM；控制；步進(jìn)電機(jī)

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.02.031

1 控制要求

步進(jìn)電機(jī)選用Kinko公司的2S86Q-03080 兩相雙極微步型電機(jī)，驅(qū)動器選用KINCO-2M530。設(shè)置驅(qū)動器細(xì)分為10，輸出相電流為3.0A。

按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕，步進(jìn)電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)一圈用時5秒，按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕，步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)一圈用時10秒，并且步進(jìn)電機(jī)在任何時刻都能夠從正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)或從反轉(zhuǎn)變?yōu)檎D(zhuǎn)，按下停止按鈕，步進(jìn)電機(jī)停止。

2 控制方案

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移或線位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進(jìn)角）。通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量或線位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

驅(qū)動器細(xì)分為10，則設(shè)定DIP1=OFF、DIP2=OFF、DIP3=OFF、DIP4=ON，輸出相電流為3.0A，則設(shè)定DIP6=OFF、DIP7=OFF、DIP8=ON。

2S86Q-03080型步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角是1.8°，而驅(qū)動器細(xì)分為10，于是每來一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度為0.18°，旋轉(zhuǎn)一圈就需要2000個脈沖。

旋轉(zhuǎn)角=步進(jìn)角/細(xì)分?jǐn)?shù)=1.8°/10=0.18°

旋轉(zhuǎn)一圈脈沖數(shù)=2π旋轉(zhuǎn)角=360°0.18°=2000

PWM輸出周期=轉(zhuǎn)一圈所需時間/轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)

所以本步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時的PWM輸出周期=2500us/脈沖，反轉(zhuǎn)時的PWM輸出周期=5000us/脈沖。

使用PWM控制步進(jìn)電機(jī)時必須使用晶體管輸出型CPU，于是控制器選用S7-200 Smart，采用開關(guān)量控制，輸入量有正轉(zhuǎn)啟動（I0.0）、反轉(zhuǎn)啟動（I0.3）和停止（I0.1），共3個輸入點(diǎn)；輸出量包括脈沖輸出端（Q0.0）、方向控制端（Q0.4），共2個輸出點(diǎn)?？刂圃砣鐖D1所示，圖中2k電阻是限流電阻，S7-200 Smart PLC的工作電源是直流24V。

圖1 步進(jìn)電機(jī)控制原理

3 PWM向?qū)Э刂频脑O(shè)定

S7-200 Smart每個向?qū)Ь@示一個樹結(jié)構(gòu)，對于每個向?qū)В急仨毻瓿扇克杞M態(tài)并生成代碼，成功生成代碼后，向?qū)⒊绦驂K存儲在項目樹中“程序塊”（Program Blocks）文件夾內(nèi)的“向?qū)А保╓izards）文件夾下。同樣，向?qū)?shù)據(jù)塊存儲在項目樹中“數(shù)據(jù)塊”（Data Block）文件夾內(nèi)的“向?qū)А保╓izards）文件夾下，將符號存儲在“符號表”（Symbol Table）文件夾內(nèi)的“向?qū)А保╓izards）文件夾下。

打開PWM向?qū)в袃煞N方法：①在“工具”（Tools）菜單功能區(qū)的“向?qū)А保╓izards）區(qū)域單擊“PWM” 按鈕；②在項目樹中打開“向?qū)А保╓izards）文件夾，然后雙擊“PWM”或選中“PWM”并按 Enter 鍵。

PWM向?qū)Ц鶕?jù)輸入生成一個指令，然后可將該指令放置到程序中以控制脈寬調(diào)制（PWM）輸出的占空比，PWM向?qū)У拿}沖輸出端是固定的也是可選的，脈沖輸出端可以選用Q0.0、Q0.1和Q0.3，本控制選用Q0.0作為脈沖輸出端，所以選擇要組態(tài)的脈沖“PWM0”。為了計算出的輸出周期和占空比都為整數(shù)，輸出時基選擇“微秒”，設(shè)定完成后會自動生成PWMx_RUN 子例程。

3.1 PWMx_RUN 子例程介紹

PWMx_RUN 子例程PWM提供了占空比可變的連續(xù)輸出，允許用戶通過改變脈沖寬度（從0到周期時間的脈沖寬度）來控制輸出占空比。PWMx_RUN指令的框圖如圖2所示。

圖2 PWMx_RUN指令框

EN使能端，一般直接接SM0.0。RUN運(yùn)行端，使輸出產(chǎn)生開和關(guān)的作用。若RUN的觸發(fā)端接通，則PWMx_RUN指令有輸出。注意：不等于不管就是關(guān)。 Cycle 輸入是一個字值，定義脈寬調(diào)制（PWM）輸出的周期。如果時基為毫秒，則允許的范圍為2～65535；如果時基為微秒，則允許的范圍為10～65535。

Pulse 輸入是一個字值，用于定義 PWM 輸出的脈寬（占空比）。允許的取值范圍為 0～65535 個時基單元，時基是在向?qū)е兄付ǖ?，單位為微秒或毫秒?/p>

Error 是 PWMx_RUN 子例程返回的字節(jié)值，用于指示執(zhí)行結(jié)果。“0”代表無錯誤，正常完成；“131”代表脈沖發(fā)生器已由另一個 PWM 或運(yùn)動軸使用，或者時基變化非法。

3.2 使用PWMx_RUN 子例程注意事項

（1）為了便于程序編寫EN使能端最好接SM0.0，當(dāng)PWMx_RUN 正在輸出的時候斷開EN就沒法停下來了，EN是產(chǎn)生控制的作用。

（2）Cycle、Pulse的數(shù)據(jù)類型是字，操作數(shù)只能使用IW、QW、VW、MW、SMW、SW、T、C、LW、AC、AIW、*VD、*AC、*LD、常數(shù)。

（3）PWM支持的最大脈沖速率為 100kHz。

（4）要改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速只需改變輸出周期和占空比，占空比一般都設(shè)為50%，使發(fā)出的脈沖為方波。

（5）要使步進(jìn)電機(jī)停止就需要斷開RUN運(yùn)行端。

（6）PWM控制步進(jìn)電機(jī)按照預(yù)設(shè)要求自行停止比較困難和麻煩。

4 控制程序

Q0.4控制步進(jìn)電機(jī)的方向（DIR端口），Q0.4沒有輸出和有輸出分別代表兩種方向。參考程序如圖3所示。

Always_On代表SM0.0，它始終為常閉觸點(diǎn)。當(dāng)V0.0有輸出時，步進(jìn)電機(jī)以400個脈沖/s的速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)V0.1有輸出時，步進(jìn)電機(jī)以200個脈沖/s的速度旋轉(zhuǎn)。

圖3 步進(jìn)電機(jī)控制程序

參考文獻(xiàn)：

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