西门子S7-1200 PLC实现运动控制的基础

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西门子S7-1200 PLC能够实现运动控制，关键在于它集成了高速计数口、高速脉冲输出口等硬件以及相应的软件功能。特别是，这款PLC在运动控制中引入了“轴”的概念。通过对轴的组态设置，包括指定硬件接口、定义位置、设定动态特性和机械特性，并结合使用相关的指令块（这些指令块符合PLCopen规范），PLC就能实现多种运动控制功能，比如绝对位置控制、相对位置控制、点动控制、转速控制以及自动寻找参考点。
图1-1展示了西门子S7-1200 PLC在运动控制中的应用：PLC的CPU输出脉冲（即脉冲串输出，简称PTO）和方向信号给驱动器（无论是步进驱动器还是伺服驱动器）。驱动器接收到这些信号后，会进行处理，并将处理后的信号输出给步进电动机或伺服电动机，从而控制电动机的加速、减速以及移动。需要注意的是，西门子S7-1200 PLC内部的高速计数器是通过测量CPU输出的脉冲（这种脉冲类似于编码器信号）来计算速度和当前位置的，它并不是基于电动机编码器实际反馈的速度和位置信息。

   西门子S7-1200 PLC实现运动控制的途径主要包括：①程序指令块；②定义工艺对象“轴”；③CPU PTO硬件输出；④定义相关执行设备，如机床。
　驱动器HB-4020M的特点及其与西门子S7-1200 PLC的接线
由于西门子S7-1200 PLC使用的运动控制属于“开环”控制的范围，通常使用在定位精度一般的场合，如机床的进刀、丝杠的定位等，因此在实际使用中，采用“PLC+步进”控制的场合相比“PLC+伺服”的场合多一些。这里将主要介绍西门子S7-1200 PLC在步进控制中的应用。其中，步进驱动器采用HB-4020M系列，步进电动机采用57两相系列。
1.HB-4020M的特点
HB-4020M细分型步进电动机驱动器的驱动电压为DC12～32V，适配4、6或8出线、电流为2.0A以下、外径为39～57mm型号的二相混合式步进电动机，可运用在对细分精度有一定要求的设备上。图1-2为HB-4020M的外观。

其电气规格见表1-3。

2.驱动器与西门子S7-1200 PLC的电气接线
表1-5为HB-4020M接线端子的功能说明。

HB-4020M与西门子S7-1200 PLC的接线如图1-5所示。由于西门子S7-1200 PLC的脉冲信号为PNP和24V两种，因此需要考虑串接2kΩ的电阻。

3.驱动器供电电压
   供电电压越高，电动机高速时的力矩就越大，另一方面，电压太高，会导致过压保护，甚至可能损坏驱动器，而且在高压下工作时，低速运动的振动较大，所以在设定电压时，在一般情况下，电动机的转速小于150r/min时，尽量使用低电压（小于等于24V），转速提高，可相应提高电压，但不要超过驱动器的最大电压（DC32V）。
   图1-6为步进驱动器上进行步进电动机电流设定的示意。电流设定值越大时，电动机输出的力矩就越大，但电流大时，电动机和驱动器的发热也比较严重。所以，在一般情况下，将电流设为电动机的额定电流，在保证力矩足够的情况下尽量减小电流，这样在长时间工作时可以提高驱动器和电动机工作的稳定性。高速状态工作时可以提高电流值，但不要超过额定电流的30%。

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