觸摸屏電機(jī)單軸定位實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探析范文

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摘要：以步進(jìn)電機(jī)為監(jiān)控對(duì)象，利用PLC、觸摸屏實(shí)現(xiàn)了對(duì)單軸精確定位系統(tǒng)控制。根據(jù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制要求，進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單軸定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了位置的精確定位，誤差為±1mm。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確度較高。

關(guān)鍵詞：S7-200smart；觸摸屏；定位；步進(jìn)驅(qū)動(dòng)

引言

PLC控制技術(shù)作為自動(dòng)化、機(jī)械電子工程專業(yè)的核心課程，要求學(xué)生不僅能夠掌握其工作原理，而且要能與其他控制技術(shù)集成應(yīng)用。當(dāng)前PLC實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀是普遍采用一成本較低的PLC實(shí)驗(yàn)箱，這種實(shí)驗(yàn)箱沒有真實(shí)的被控對(duì)象，常用LED亮滅來(lái)模擬輸出控制對(duì)象動(dòng)作，由于學(xué)生無(wú)法觀察到實(shí)際的運(yùn)行效果，很難將程序和工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生只是憑空想象控制對(duì)象動(dòng)作，在很大程度上影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，這種實(shí)驗(yàn)箱只能仿真一些簡(jiǎn)單的控制模型，復(fù)雜的控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)控制中對(duì)采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)進(jìn)行精確定位技術(shù)應(yīng)用很廣泛[1]，本文將PLC技術(shù)和HMI技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套步進(jìn)電機(jī)單軸定位精確定位系統(tǒng)。

1步進(jìn)電機(jī)單軸精確定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示，PLC通過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的位移和速度控制，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺母絲杠，實(shí)現(xiàn)水平方向的定位。觸摸屏作為上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用[2]。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上有兩個(gè)限位開關(guān)，分別在起點(diǎn)和終點(diǎn)，主要為了防止?jié)L珠絲杠螺母副運(yùn)動(dòng)時(shí)撞到軸承座上去。在距離起點(diǎn)限位開關(guān)5cm處還設(shè)置了一個(gè)光電開關(guān)，以光電開關(guān)作為滾珠絲杠螺母副運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，這樣主要是為了消除限位開關(guān)作為起點(diǎn)時(shí)的機(jī)械誤差。滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)軸通過聯(lián)軸器同軸安裝[3]。具體如圖2所示。

2實(shí)驗(yàn)硬件系件設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用西門子s7-200SmartST30PLC，步進(jìn)電機(jī)選擇86BYG250D-114，驅(qū)動(dòng)器選擇普菲德DM860H帶風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器。絲桿為冷軋C7精度滾珠絲杠，型號(hào)為2005，20代表滾珠絲杠的直徑為20mm，05表示滾珠絲杠的導(dǎo)程為5mm。行程限位開關(guān)選擇德力西的LXJM1-8108。光電開關(guān)，選用E3F-DS30P1CHE18-30PA-B710，三線PNP常開。輸入電壓為6～36VDC；消耗電流為300mA；可檢測(cè)的距離為5～30cm可調(diào)[4]。將各器件連接，如圖3所示。

3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單軸定位系統(tǒng)程序流程為：先輸入定位坐標(biāo)值，方向設(shè)計(jì)，程序計(jì)算所需脈沖數(shù)，設(shè)定運(yùn)行速度，通過光電開關(guān)進(jìn)行限位控制[5]，程序流程圖如圖4所示。圖5為脈沖計(jì)算子程序，在該子程序中，上位機(jī)輸入一個(gè)距離，用這個(gè)距離和上一次距離進(jìn)行比較，當(dāng)本次距離小于前次距離，就用前次減去本次距離得到距離差值。若本次距離大于前次距離，則用本次距離減去前次距離得到距離差值。圖6為運(yùn)動(dòng)子程序，因?yàn)闈L珠絲杠的螺距為5mm，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)置為400，即400個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即1mm需要80個(gè)脈沖。所以最后用距離差值乘以80得到脈沖數(shù)量。S7-200系列PLC內(nèi)部有兩個(gè)高速脈沖發(fā)生器，通過設(shè)置可讓它們產(chǎn)生占空比為50%、周期可調(diào)的方波脈沖（PTO脈沖），要讓高速脈沖發(fā)生器產(chǎn)生符合要求的脈沖，需對(duì)其進(jìn)行有關(guān)控制及參數(shù)設(shè)置[6]。高速脈沖要的控制采用一個(gè)SM控制字節(jié)，用來(lái)控制脈沖輸出類型，脈沖的時(shí)間單位等信息。高速脈沖發(fā)生器采用SM存儲(chǔ)器來(lái)設(shè)置脈沖的個(gè)數(shù)、脈沖的寬度、脈沖的周期等參數(shù)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)子程序參考表，SM67.0為1更新頻率/周期，SM67.1為0，SM67.2為0，SM67.3為0，SM67.4為0，SM67.5為0，SM67.6為1選擇PTO模式，SM67.7為1PWM啟動(dòng)使能。即把16#C1賦值給SMB67。

4定位控制畫面

觸摸屏人機(jī)界面如圖7所示。該畫面中，用戶可以選擇低速中速或者高速，還可以運(yùn)行到起點(diǎn)處。按下緊急停止按鈕后，電機(jī)會(huì)立馬停止。左下角的HOME鍵按下后可以回到開機(jī)畫面[7-8]。

5結(jié)論

采用本系統(tǒng)改進(jìn)PLC的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于掌握PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與使用方法，有利于促進(jìn)理論與實(shí)際相結(jié)合、促進(jìn)多種控制技術(shù)相整合能力，從而提升學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)：

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［2］毛昀，楊峰.基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2014（04）：87-89.

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［8］陳曉東.西門子人機(jī)界面組態(tài)與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

作者：王卓君 單位：三江學(xué)院