西门子S7-1200 PLC的运动控制

工控无忧

运动控制系统的基本架构涵盖了运动控制器、驱动器、执行器以及反馈传感器等关键部件。在这一架构中，PLC（可编程逻辑控制器）作为运动控制的核心，发挥着举足轻重的作用。这主要得益于PLC所具备的高速脉冲输入输出功能以及专门的运动控制模块等软硬件特性。具体来说，用于控制步进电动机的脉冲信号，通常是由西门子S7-1200 PLC输出并传输至步进电动机的驱动器，进而转化为轴向运动，实现精确的定位和定长控制。
   西门子S7-1200 PLC实现运动控制的方式多种多样，主要包括运用程序指令块、定义工艺对象“轴”、利用CPU的PTO（脉冲串输出）硬件功能以及定义相关的执行设备等。为了更直观地展示这一过程，本章将通过一个具体的工程实例，详细介绍如何对西门子S7-1200 PLC的“轴”进行组态配置，并利用组态软件对工作台上的滑动座步进电动机进行精确控制。
1　运动控制的基本概念
1.1　运动控制的基本架构
   
  运动控制是电气控制领域的一个重要分支，它主要依赖一些特定的设备，比如液压泵、线性执行机或电动机，来精准地控制机器的位置或速度。在机器人和数控机床这些高科技领域，运动控制的应用要比在专用机器上复杂得多，因为后者通常只需要执行一些相对简单的运动，这种应用也被称为通用运动控制。实际上，运动控制在包装、印刷、纺织以及装配工业中都有着广泛的应用。
说到运动控制系统的基本架构，我们可以参考图1-1。首先，①运动控制器，比如PLC（可编程逻辑控制器），它的主要任务是生成轨迹点，也就是机器应该到达的位置，并负责闭合位置反馈环，确保机器能准确地到达这些点。很多控制器还能在内部闭合一个速度环，以控制机器的运动速度。
接下来是②驱动或放大器，比如伺服控制器和步进控制器。它们的作用是将运动控制器发出的控制信号（这些信号通常是关于速度或扭矩的）转换成更高功率的电流或电压信号，从而驱动执行器工作。更先进的智能化驱动器甚至能自己闭合位置环和速度环，实现更精确的控制。
最后是③执行器，也就是真正产生运动的部件，比如液压泵、气缸、线性执行机或电动机。它们根据驱动器的指令输出相应的运动，使机器能够按照预期的方式工作。
图1-1

④反馈传感器，如光电编码器、旋转变压器或霍尔效应设备，用来反馈执行器的位置到位置控制器，以实现与位置控制环的闭合。
众多机械部件都可将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器及线性和旋转轴承。
通常，一个运动控制工艺文件的功能主要包括：
①速度控制；
②点位控制（点到点），有很多方法可以计算出一个运动轨迹，通常基于一个运动的速度曲线有三角速度曲线、梯形速度曲线及S形速度曲线；
③电子齿轮（或电子凸轮），也就是从动轴的位置在机械上跟随一个主动轴的位置变化。举一个简单的例子：一个系统包含两个转盘，按照一个给定的相对角度关系进行转动。电子凸轮相比电子齿轮更复杂一些。其主动轴和从动轴之间的随动关系曲线是一个函数。这个曲线可以是非线性的，但必须是一个函数关系。
从运动控制的基本架构可以看到，PLC作为一种典型的运动控制核心起到了非常重要的作用。这主要是因于PLC具有高速脉冲输入、高速脉冲输出及运动控制模块等软、硬件功能。




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