S7-200在步进电机控制中的应用

dengson · 发表于 2007-3-5 15:51:00

发条卷绕机的作用同其名称，主要用于各类带料的卷绕定形，大量应用在钢卷尺生产厂及各类发条生产企业。目前使用的带料卷绕机传动电机大多为交流异步电机，加上感应开关，加上正反控制，利用感应开关的动作来控制带料卷紧的长度，精度很低，且失误率高，生产效率也低，产品报费率却很高。进口的卷绕机稍先进，用带制动的异步电机，加上光电脉冲发生器和记数器，根据反馈的脉冲数与设定的数值比较来控制电机启停，精度有所提高，但使用时间长了也要下降，因为制动距离改变造成余部长短不一，且定位角度也不能保证。我们利用西门子S7-214可编程序控制器和西门子TD200文本显示器，控制步进电机，开发出新型的发条卷绕机，其外观简洁，造型美观，控制精度高，定位角度准确，操作方便直观，在厂方应用中获得了一致好评。
一、发条卷绕机的技术要求
1、要有正反转控制且速度可调；
2、正反卷绕的长度可调；
3、要有自动和点动功能；
4、每次起始卷绕角固定；
5、最高卷绕速度达到1500转/分钟；
6、最大卷绕力矩12NM；
7、动作顺序：装工件正转反转卸工件、或装工件
反转正转卸工件，自动正反转要用脚踏开关或按钮，点动正反转只能用按钮。
二、控制系统的构成
1、步进电机及驱动器
我们选用的步进电机是南京肯迈自动化有限公司生产的130BYG201型混合式步进电机及配套的HD205型混合步进电机驱动器。混合式步进电机是最新式步进电机，其特点是体积小、效率高，是未来步进电机的发展方向。130BYG201型步进电机的最大静转矩为24Nm，4000Hz时的动转矩是 12.1Nm，最大动转矩是500Hz时的19.5Nm。 其矩频特性曲线如下图：
<IMG src="http://www.chinakong.com/article/1603.h1.gif" border=0>
HD205型驱动器具有标准的信号输入端子，信号电压可以是5V．12V或24V，输入电流≥200mA，机内含有光电隔离器，信号可直接输入；脉冲信号的宽度≥20Ms。其机内接线如下：
<IMG src="http://www.chinakong.com/article/1603.h2.gif" border=0>
2、系统控制器
西门子S7-200是西门子公司生产的具有很高的性能价格比的微型可编程序控制器（PLC）。由于它具有结构小巧，运行速度高，价格低廉及具有多种集成功能等特点，在各行业中得到广泛的应用。其中的214DC24V型具有两个高速脉冲输出端子，最高输出频率可达4000Hz；有3个高速计数器输入端子最高计数频率达7KHz；配有2K的EEPROM，可永久性地存储用户的程序和其它重要的系统参数。
3、TD-200文本输入器
TD200文本显示器是专为S7-200系列PLC开发的操作员界面，具有广泛的应用场合，是S7-200控制系统人机界面最经济的一种选择，具有如下特点：
<UL>
<LI>
带背光的二行LCD液晶显示，可显示40个字符； 
<LI>
无需单独电源，直接与PLC的CPU的PPI口连接； 
<LI>
可显示、修改和设定控制程序中的过程变量值； 
<LI>
可编程的功能键； </LI></UL>
三、系统控制原理
1、电气原理简图
<IMG src="http://www.chinakong.com/article/1603.h3.gif" border=0>
2、控制原理
利用TD200文本输入器输入工件的工作参数：正转卷紧长度（角度），正转卷紧速度，反转卷紧长度（角度），反转卷紧速度，当最后一个参数输完后，PLC 自动把数据读入并计算，并将计算结果保存在断电保护的存贮区中，如果工件不变，以后就不须再输入参数。PLC将根据计算结果输出高速脉冲到步进电机驱动器，电机的速度通过调节脉冲发生的频率来控制，同时将当前的实际转速及已完成的工件数反馈给TD200显示出来；当指定的脉冲输完后，发出中断信号，转入中断程序来处理各种标志信号，并根据原先的转动方向自动调整下次的运行方向，等待下次的启动信号。 每个品种的工件在最初工作时需先试验出所需的参数，因为长度转换成角度的精确值不可知，取决于材料的厚度和卷紧后的内径，可能要作几次调整才能达到最佳值。
四、程序框图
<IMG src="http://www.chinakong.com/article/1603.h4.gif" border=0>
五、结束语
作为可编程序控制器，现在的应用已十分普遍，其已大量替代普通的低压电器在各型设备中被使用，在一般的CNC数控系统中也都集成了内置的PLC功能，但PLC作为伺服领域的控制系统的应用还不多。本系统的硬件构成并不复杂，甚至应该说是很简单，但在软件控制上要实现步进电机的升降频倒是有点麻烦。应用成功并不是说本系统有多么先进，而是作为PLC的开拓应用这个例子，可以派生出许多方面的应用，甚至说只需修改一下控制软件，就能应用于多种设备的控制，该系统具有如下许多优点：
1、控制成本低：与专用的微机控制器比，费用少几倍；
2、本身就是可编程控制器，在机床设计时可以省去许多的中间继电器、定时器、计数器等等低压电器，满足控制系统的灵活性和简洁性要求。如用微机控制器恐怕还要许多的其他电器或1台PLC。
3、体积小：与专用的控制器相比，1台TD200加S7-214，其体积远小于带标准键的控制器。
4、可扩展性好：根据控制的精度及控制场合的不同，可考虑是否加脉冲发生器做成闭环控制，可控制两台步进电机的动作。
5、人机界面好：可任自己所需设定各条提示信息，最多达80条；可用于设定故障诊断等功能。
6、适合各种简单动作的设备的系统控制或自动化流水线，固定加工工艺的专用设备设计，旧普通机床的自动化改造等等。

mouse00000 · 发表于 2007-3-16 10:46:00

路过学习中，虽没具体程序，但能了解一下具体项目的设计流程。
还有Lz有TD100的资料吗？

asmdebuger · 发表于 2011-6-27 10:28:00

不计成本的设计，换来不可接受的高价。

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