西门子S7-200控制步进电机方法浅析

1  引言

步进电动机在数控机床、轧钢机、数模变换、军事工业以及自动化仪表等自动控制系统中得到了广泛的应用。本文研讨使用西门子S7-216 控制步进电动机的过程中，实现控制的方法的不同而具有不同的特点进行了分析。

2  步进电机概要

2.1原理

步进电动机是将输入的电脉冲信号转换成输出的轴的角位移或直线位移的一种执行元件。每输入一个脉冲信号，输出轴便转动一定的角度或前进一步，因此被称为步进电动机或脉冲电动机。

2.2特点

(1) 角位移或线位移一输入脉冲严格成正比，不因电源电压、负载大小、环境条件  的波动而变化。没有累积的定位误差，控制输入的脉冲数就能准确地控制输出的角位移量，因而能够精确地用数字定位。

(2) 转速或线速度与脉冲频率成正比，在负载能力范围内，通过改变脉冲频率的高低，可以在很大范围内实现步进电动机的调速，并能快速启动、制动和反转。

(3) 适合于开环控制，控制系统的结构大大简化，又非常可靠易于维护。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。

(4) 不需要变换就能直接将数字脉冲信号转换成角位移或线位移，非常适合于数字控制系统。

3  步进电机驱动控制

3.1选型参数

首先要根据工艺参数来选择控制器的型号。其中主要是负载运行的速度和位置，决定负载运行速度的是控制器发出的脉冲频率，此时就要看控制器所允许的最大脉冲频率是否满足要。例如，已知某设备步进电机经转速器后的转速为603r / m i n，导程为20m m，移动的距离为1000m m，可得到电机需转50 转，方可到达指定位置，工艺要求5 秒种走完行程，要想控制速度还需要知道步进电机驱动器每秒所发的脉冲数，这里，驱动器的脉冲的频率为1000H z，则可知该系统所需的最大脉冲频率为10050Hz。

3.2PLC控制

基于P L C 的步进电机控制重点是高速串行接口的应用设计。

西门子S7-216 具有两个高数脉冲输出口，分别为Q0.0 和Q0.1，支持的最大脉冲频率为20K H Z，可以满足要求。

步进电机采用的是百格拉电机，型号为E X R D M39。百格拉公司将交流伺服控制原理应用到三相混合式步进电机驱动系统中，输入的220VA C（D921 驱动器是35V D C）经整流后变为325V D C，再经脉宽调制变为三路325V 阶梯式正弦波形电流，它们按固定时序分别流过三路绕组，其每个阶梯对应电机转动一步。它采用特殊的结构、优良的材质和先进的制造工艺。电机定转子间气隙仅为50μ m。具用几乎无共振区、无爬行、无噪音。三相325V（D921 驱动器除外）高压驱动，大大提高了高速扭矩。满负荷、10000 步/ 转时能平稳运行和精确定位等特点。驱动器采用的是W D3-007  该驱动器主要驱动2N m ~12N m 三相混合式步进电机，输入电压220VA C，控制信号电压5V D C，与百格拉电机配套性能最佳。S7-216 与驱动器的连接的电路图如下图所示：由于S7-216 的输入电平为24V D C，而驱动器的输出脉冲电平为5DC，所以需要串接一个1.8K欧姆的电阻。电路图如附图所示。

4 使用PTO脉冲串指令编程

使用脉冲串P T O 冲串提令，PTO 操作按照给（定的PT 脉O 冲）个数和周期输出一串方波( 占空比50 ％)。P T O 可以产生单段脉冲串或者多段串（使用脉冲包络）。可以指定脉冲数和周期( 以微秒或毫秒为增加量)。PTO 功能允许脉冲串“链接”或者“排队”。当前脉冲串输出完成时，会立即开始输出一个新的脉冲串。这保证了多个输出脉冲串之间的连续性。