1、项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用项目三项目三 柔性制造系统中的柔性制造系统中的PLC控制技术应用控制技术应用任务任务1 PLC在过程控制中的应用在过程控制中的应用任务任务2 PLC在步进电动机中的应用在步进电动机中的应用任务任务3 使用使用MAP库指令控制步进电动机库指令控制步进电动机任务任务4 使用定位模块控制步进电动机使用定位模块控制步进电动机任务任务5 PLC伺服控制中的应用伺服控制中的应用任务任务6 使用使用PPI协议实现两台协议实现两台PLC之间的通信之间的通信任务任务7 使用使用USS协议对协议对MicroMaster变频器进行通信调速变频器进行通信调速项目三 柔性制造系
2、统中的PLC控制技术应用 任务任务1 PLC在过程控制中的应用在过程控制中的应用项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用一、任务引入在过程控制中，PID(比例(P)、积分(I)和微分(D)控制是应用最广泛的一种自动控制方法。它具有原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数选定比较简单、调整方便等优点。长期以来，广大科技人员及现场操作人员在PID控制的使用中积累了大量的实践经验。了解PID控制的原理和使用方法，已成为电气和仪表操作人员的必备技能。二、任务分析通过本任务的学习，应实现以下知识目标：(1)了解PID控制的工作原理。(2)掌握PID控制的参数整定方法。(3)掌握S7-200
3、 PLC的PID指令使用方法。(4)掌握PID指令的编程方法和步骤。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用三、相关知识1.PID控制简介在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效办法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活(如可为PI调节、PD调节等)。1)比例(P)控制比例控制是一种最简单、最常用的控制方式，如放大器、减速器和弹簧等。比例控制器能立即成比例地响应输入的变化量。当仅有比例控制时，系统输出存在稳态误差。2)积分(I)控制在积分控制中，控制器的输出是输入量对时间的积累
4、。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差的运算取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。所以即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而增大，它推动控制器的输出增大，使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，采用比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用3)微分(D)控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在
5、较大的惯性组件(环节)或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。2.PID控制器的参数整定1)闭环控制系统的特点控制系统一般包括开环控制系统和闭环控制系统。开环
6、控制系统是指被控对象的输出(被控制量)对控制器的输出没有影响，在这种控制系统中，不依赖将被控制量反馈回来以形成任何闭环回路。闭环控制系统的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反馈回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若负反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈；若极性相同，则称为正反馈。一般闭环控制系统均采用负反馈，又称为负反馈控制系统。可见，闭环控制系统性能远优于开环控制系统。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用2)PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性，确定PID控制器的比例系数、积分时间和微
7、分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有如下两大类：(1)理论计算整定法。它主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。(2)工程整定法。它主要依赖于工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。这三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后的调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利
8、用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作。仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期。在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用3)PID控制器的主要优点PID控制器成为应用最广泛的控制器，它具有以下优点：(1)PID算法蕴涵了动态控制过程中的过去、现在、将来的主要信息，而且其配置几乎最优。其中，比例(P)代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。微分(D)在信号变化时有超强控制作用，代表将来的信息。在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减
9、小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。积分(I)代表了过去的积累的信息，它能消除静差，改善系统的静态特性。此三种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好的效果。(2)PID控制适用性好，有较强的鲁棒性，对各种工业应用场合，都可在不同的程度上应用，特别适于“一阶惯性环节+纯滞后”和“二阶惯性环节+纯滞后”的过程控制对象。(3)PID算法简单明了，各个控制参数相对较为独立，参数的选定较为简单，形成了完整的设计和参数调整方法，很容易为工程技术人员所掌握。(4)PID控制根据不同的要求，针对自身的缺陷进行了不少改进，形成了一系列改进的PID算法。例如，为了克服微分带来的高
10、频干扰的滤波PID控制，为克服大偏差时出现饱和超调的PID积分分离控制，为补偿控制对象非线性因素的可变增益PID控制等。这些改进算法在一些应用场合取得了很好的效果。同时当今智能控制理论的发展，又形成了许多智能PID控制方法。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用3.PID算法PID控制器调节输出，保证偏差(e)为零，使系统达到稳定状态，偏差是给定值(SP)和过程变量(PV)的差。PID控制的原理基于以下公式：式中，M(t)是PID回路的输出；Kc是PID回路的增益；e是PID回路的偏差(给定值与过程变量的差)；Minitial是PID回路输出的初始值。由于以上的算式是连续量，必须将以上的连
11、续量离散化才能在计算机中运算，离散处理后的算式如下：式中，Mn是在采样时刻n的PID回路输出的计算值；KL是积分项的比例常数；KD是微分项的比例常数；是采样时刻n的回路的偏差值；是采样时刻n-1的回路的偏差值；是采样时刻x的回路的偏差值。再对式(3-2)进行改进和简化，得出如下计算PID输出的算式：ne1nexe项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用4.S7-200PLC的PID指令S7-200PLC有PID指令，可以比较方便地进行PID控制。S7-200PLC的PID回路指令，当使能有效时，根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID回路计算。PID指令的格式如表3-1所
12、示。使用PID指令时的注意事项如下：(1)程序中最多可以使用8条PID指令，回路号为07，不能重复使用。(2)PID指令不对参数表输入值进行范围检查。必须保证过程变量、给定值积分项前值和过程变量前值在0.01.0之间。(3)使能ENO=0的错误条件：0006(间接地址)，SM1.1(溢出，参数表起始地址或指令中指定的PID回路指令号操作数超出范围)。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用在工业生产过程中，模拟信号PID(由比例、积分和微分构成的闭合回路)调节是常见的控制方法。运行PID控制指令，S7-200 PLC将根据参数表中输入测量值、控制设定值及PID参数，进行PID运算，求得输出控
13、制值。参数表中有9个参数，全部是32位的实数，共占用36个字节。PID控制回路的参数表如表3-2所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用四、任务实施1.使用PID指令编写控制程序1)控制要求有一台电炉要求炉温控制在一定的范围。电炉的工作原理如下：当设定电炉温度后，S7-200 PLC经过PID运算后由模拟量输出模块EM232输出一个电压信号送到控制板，控制板根据电压信号(弱电信号)的大小控制电热丝的加热电压(强电)的大小(甚至断开)，温度传感器测量电炉的温度，温度信号经过控制板的处理后输入到模拟量输入模块EM231，再送到S7-200 PLC进行PID运算，如此循环。整个系统的硬件配置
14、如图3-1所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用2)硬件配置系统硬件配置如下：(1)1台CPU226CN PLC。(2)1台EM231。(3)1台EM232。(4)1根编程电缆(或CP5611卡)。(5)1台电炉(含控制板)。3)PID参数表编写程序前，先要填写PID指令的参数表，参数如表3-3所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用4)程序编写程序分为三部分：主程序、子程序和中断子程序。主程序在开机时即调用子程序，在子程序中将表3-3中的PID参数进行设置，同时在子程序中设定中断子程序的中断周期为100ms，中断事件为10，中断子程序为INT_0，允许中断。在中断子程序中将
15、EM231采集的模拟量信号AIW0的值进行转换，进行标准化运算，最后将其值作为过程变量(反馈值)存放到VD100中。经过PID运算后，再将PID输出值Mn进行将实数转换为16位整数的逆运算，然后经EM232输出端AQW0输出，最后由控制板控制电阻丝的通断，从而控制电炉的温度。(1)PID控制主程序如图3-2所示。(2)PID控制回路的参数设置在子程序中完成，如图3-3所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(3)程序首先对温度传感器检测来的模拟量信号AIW0进行标准化运算，将运算值存入过程变量VD100中，进行PID运算，再将运算结果VD108
16、中的值进行逆运算，传入AQW0中去对控制板进行控制，从而控制电阻丝的通断。PID运算中断子程序如图3-4所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用2.使用指令向导编写PID控制程序使用PID指令编写控制程序，必须对控制过程比较了解，但编写比较麻烦，初学者不容易理解。STEP7编程软件可以使用指令向导进行PID控制程序编写，这样就相对容易实现了。1)PID指令向导设置(1)打开指令向导，选定PID。选中菜单栏的“工具”，单击其子菜单项“指令向导”，弹出如图3-5所示的界面，选定“PID”选项，单击“下一步”按钮。(2)指定回路号。如图3-6所示，本例选定回路号码为“0”，单击“下一步”按钮
17、。(3)设置回路参数。如图3-7所示，本例将比例参数设定为0.05，采用时间设为“35.0”秒，积分时间设为“30.00”分钟，微分时间设为“0.00”分钟，实际上就是不使用微分项“D”，使用PI调节器，最后单击“下一步”按钮。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(4)设置回路的输入和输出选项。如图3-8所示，标定项中选择“单极性”，过程变量中的参数不变，输出类型中选择“模拟量”(因为本例为EM232输出)，单击“下一步”按钮。(5)设置回路报警选项。如图3-9所示，本例没有设置报警，单击“下一步”按钮。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(6)为计算指定存储区。如图3-10所示，
18、PID指令使用V存储区中的一个36个字节的参数表，存储用于控制回路操作的参数。PID计算还要求一个“暂存区”，用于存储临时结果。先单击“建议地址”按钮，再单击“下一步”按钮，自动分配地址，当然地址也可以根据需要自己来分配。(7)指定子程序和中断程序。如图3-11所示，本例使用默认子程序名，只要单击“下一步”按钮即可。如果项目包含一个激活PID配置，已经建立的中断程序名被设为只读。项目中的所有配置共享一个公用中断程序，项目中增加的任何新配置不得改变公用中断程序的名称。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用2)程序编写在主程序编辑区使用特殊辅助继电器SM0.0直接调用PID0_INIT子程序，
19、如图3-13所示。3)PID的自整定S7-200 CPU V2.3以上版本的硬件支持PID自整定功能，在软件STEP-Micro/WIN V4.0以上提供的版本中增加了PID调节控制面板。可以使用用户程序或PID调节控制面板来启动自整定功能。在同一时刻，最多可以有8个PID回路同时进行自整定。PID自整定的目的是为用户提供一套最优化的整定参数，使用这些整定参数值可以使控制系统达到最佳的控制效果，真正优化控制程序。PID自整定的使用方法如下：在STEP-Micro/WIN V4.0在线的情况下，单击菜单“工具”下的子菜单“PID调节控制面板”，如图3-14所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制
20、技术应用在“PID调节控制面板”上先选定“自动调节”，再单击“开始自动调节”按钮，PID自动调节开始。PID调节控制面板如图3-15所示。为了保证PID自整定的成功，在启动PID自整定前，需要调节PID参数，使PID调节器基本稳定，输出、反馈变化平缓，并且使反馈比较接近给定；设定合适的给定值，使PID调节器的输出远离趋势图的上下坐标轴，以免PID自整定开始后输出值的变化范围受限制。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用 任务任务2 PLC在步进电动机中的应用在步进电动机中的应用项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用一、任务引入在定位控制中，使用
21、PLC控制步进电动机的实例非常多。S7-200 PLC如何通过编程控制步进电动机，就是本节将要完成的任务。二、任务分析通过本任务的学习，应实现以下知识目标：(1)掌握高速脉冲输出指令的使用方法。(2)掌握高速脉冲输出指令控制步进电动机的编程方法。(3)掌握使用位置向导指令控制步进电动机的编程方法。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用三、相关知识1.直接使用S7-200 PLC的高速输出点控制步进电动机1)高速脉冲输出指令介绍高速脉冲输出功能即在PLC的指定输出点上实现脉冲输出(PTO)和脉冲调制(PWM)功能。S7-200 PLC配有两个PTO/PWM 发生器，它们可以产生一个高速脉冲串
22、或一个脉冲调制波形。一个发生器输出点是Q0.0，另一个发生器输出点是Q0.1。Q0.0和Q0.1也可作为普通输出点使用。一般情况下，PTO/PWM输出负载至少为10%的额定负载。脉冲输出指令(PLS)配合特殊存储器用于配置高速输出功能，PLS指令格式见表3-5。脉冲串操作(PTO)按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波(占空比为50%，如图3-16所示)。PTO可以产生单段脉冲串或者多段脉冲串(使用脉冲包络)，单位为s或ms，以指定脉冲宽度和周期。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用PTO脉冲个数范围为1429496295，周期为1065535 s或者265535 ms。2)与PLS指令相
23、关的特殊寄存器的含义如果要装入新的脉冲数(SMD72或SMD82)、脉冲宽度(SMW70或SMW80)和周期(SMW68或SMW78)，应在执行PLS指令前装入这些值和控制寄存器，然后PLS指令会从特殊存储器SM中读取数据。这些特殊寄存器分为3大类：PTO/PWM功能状态字、PTO/PWM功能控制字、PTO/PWM功能寄存器。这些寄存器的含义见表3-6表3-8。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用使用与PTO/PWM功能相关的特殊寄存器SM时有以下几点需要注意：(1)如果要装入新的脉冲数(SMD72或SMD82)、脉冲宽度(SMW70或SMW80
24、)或者周期(SMW68或SMW78)，应该在执行PLS指令前装入这些数值到控制寄存器中。(2)如果要手动终止一个正在进行的PTO包络，则应把状态字中的用户终止位SM66.5或者SM76.5)置1。(3)用一个PTO状态字中的空闲位SM66.7(或SM76.7)来表示脉冲输出完成，另外在脉冲串输出完成时，可以执行一段中断服务程序。当使用多段操作时可以在整个包络表之后执行中断服务程序。四、任务实施某设备上有两套步进驱动系统：步进驱动器的型号为SH-2H042Ma；步进电动机的型号为17HS111，是两相四线直流24V步进电动机。要求：按下按钮SB1时，步进电动机带动X方向和Y方向的机构复位，当X方
25、向靠近开关SQ1时停止，当Y方向靠近开关SQ2时停止，复位完成。请画出I/O接线图并编写程序。1.使用高速脉冲输出指令编写程序1)主要软硬件配置(1)1套STEP7-Micro/WIN V4.0。(2)2台型号为17HS111的步进电动机。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(3)2台型号为SH-2H042Ma的步进驱动器。(4)1台CPU226CN。2)系统接线图(1)步进电动机与步进驱动器的接线。本系统选用的步进电动机是两相四线的步进电动机，其型号是17HS111，其接线原理图如图3-17所示(图中只画出一台步进电动机)。其含义是：步进电动机的四根引出线分别是红色、绿色、黄色和蓝色；
26、其中红色引出线应该与步进驱动器的A+接线端子相连，绿色引出线应与步进驱动器的A-接线端子相连，黄色引出线应与步进驱动器的B+接线端子相连，蓝色引出线应与步进驱动器的B-接线端子相连。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(2)PLC与步进电动机、步进驱动器的接线。步进驱动器有共阴和共阳两种接法，这与控制信号有关系，西门子PLC的输出信号是+24V(即PNP接法)，应采用共阴接法。所谓共阴接法就是步进驱动器的DIR-、CP-和电源的负极短接，如图3-17所示。三菱PLC输出的是低电位信号(即NPN接法)，应采用共阳接法。步进驱动器的驱动信号是+5V，而西门子输出信号是+24V，显然是不匹配的
27、，解决办法就是在PLC与步进驱动器之间串联一个2000电阻，起分压作用，因此输入信号近似等于+5V。有的资料指出串联一个2000电阻是为了将输入电流控制在10mA，也就是起限流作用。这里电阻的限流或分压作用的含义在本质上是相同的。CP+(CP-)是脉冲接线端子，DIR+(DIR-)是方向控制信号接线端子。PLC接线图如图3-17所示。有的步进驱动器只能采用共阳接法，如果使用西门子S7-200PLC控制这种类型的步进驱动器，就不能直接连接，必须将PLC的输出信号进行反相。另外，还要注意，输入端的接线采用PNP的接法，因此两只接近开关是PNP型，若选用的是NPN型接近开关，那么接法就会不同。项目三
28、 柔性制造系统中的PLC控制技术应用3)程序编写复位主程序、子程序如图3-18所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用4)关键点编写这段程序的关键点在于初始化和强制使步进电动机停机而对SMB67的设定，其核心都体现在对于SMB67寄存器的理解上。其中，SMB67=16#85的含义是PTO允许、选择PTO模式、单段操作、时间基准为微秒、PTO脉冲更新和PTO周期更新，SMB67=16#CB的含义是PTO禁止、选择PTO模式、单段操作、时间基准为微秒、PTO脉冲不更新和PTO周期不更新。2.使用位置控制向导编程控制步进电动机使用高速脉冲输出指令控制PLC的高速输出点对于步进电动机进行运动控
29、制比较麻烦，特别是控制字不容易理解。我们可以使用STEP7-MicroWIN软件中提供的位置控制向导，就很容易编写程序了。下面具体介绍这种方法。1)位置向导指令设置(1)激活“位置控制向导”。打开STEP7软件，在主菜单“工具”中选中“位置控制向导”子菜单，并单击之，弹出装置选择界面，如图3-19所示。(2)装置配置。S7-22X系列PLC内部有两个装置可以配置：一个是机载PTO/PWM发生器，一个是EM253位置模块。位置控制向导允许配置以上两个装置中的任意一个。很显然，我们选择“PTO/PWM发生器”，如图3-19中的“1”处，再单击“下一步”按钮。(3)指定一个脉冲发射器。S7-22X系
30、列PLC内部有两个脉冲发生器(Q0.0和Q0.1)可供选用，本例选择“Q0.0”，再单击“下一步”按钮，如图3-20所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(4)选择PTO/PWM，应选择时间基准。可选择Q0.0为脉冲串输出(PTO)或脉冲宽度调制(PWM)配置脉冲发生器，控制步进电动机，应该选择“线性脉冲串输出(PTO)”，再单击“下一步”按钮，如图3-21所示。若想监视PTO产生的脉冲数目，则点击复选框选择使用高速计数器。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(5)指定电动机速度。MAX_SPEED：在电动机扭矩能力范围内输入应用最佳的工作速度。驱动负载所需的转矩由摩擦力、惯性
31、和加速/减速时间决定。位置控制向导会计算和显示由位控模块为指定的MAX_SPEED所能够控制的最低速度。SS_SPEED：在电动机的能力范围内输入一个数值，以低速驱动负载。如果SS_SPEED数值过低，电动机和负载可能会在运动开始和结束时颤动或跳动。如果SS_SPEED数值过高，电动机可能在启动时失步，并且在尝试停止时，负载可能使电动机不能立即停止而多行走一段。在电动机的数据单中，对于电动机和给定负载，有不同的方式定义启动/停止(或拉入/拉出)速度，通常SS_SPEED值是MAX_SPEED值的5%15%。如图3-22所示，在“1”和“3”处输入最大速度、启动和停止速度，再单击“下一步”按钮。
32、项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(6)设置加速和减速时间。ACCEL_TIME(加速时间)：电动机从SS_SPEED加速至MAX_SPEED所需要的时间，默认值为1000 ms(1 s)，本例选默认值，如图3-23所示的“1”处。DECEL_TIME(减速时间)：电动机从最大MAX_SPEED减速至SS_SPEED所需要的时间，默认值为1000ms(1s)，本例选默认值，如图3-23所示的“2”处。之后单击“下一步”按钮。电动机的加速时间和减速时间应经过测试来确定，以ms为单位，开始时可输入一个较大的值，逐渐减少这个时间值直至电动机开始失速，从而优化应用中的这些设置。项目三 柔性制造
33、系统中的PLC控制技术应用(7)定义每个已配置的轮廓。先单击如图3-24所示“1”处的“新包络”，弹出“2”处的“运动包络定义”对话框，再单击“确定”按钮，弹出如图3-25所示的“运动包络定义”界面。先选择操作模式，如图3-25所示的“1”处，根据操作模式(相对位置或单速连续旋转)配置此轮廓；再在“2”和“3”处输入目标速度和结束位置脉冲；接着单击“4”处的“绘制包络”按钮，包络线生成，最后单击“确定”按钮。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(8)设定轮廓数据的起始V存储区地址。PTO向导在V存储区中以受保护的数据块形式生成PTO轮廓模板，在编写程序时不能使用PTO向导已经使用的地址，
34、此地址段可以系统推荐，也可以人为地分配。人为分配的好处是PTO向导占用的地址段可以避开读者习惯使用的地址段。设定轮廓数据的起始V存储区地址，如图3-26所示，本例设置为“VB1000”，再单击“下一步”按钮。(9)生成子程序。单击“确定”按钮可生成子程序，如图3-27所示。至此PTO向导的设置工作已经完成，后续工作就是在编程时使用这些生成的子程序。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用2子程序简介(1)PTOx_CTRL子程序：(控制)启用和初始化与步进电动机或伺服电动机合用的PTO输出，在程序中只使用一次，并且确定在每次扫描时得到执行。始终用SM0.0作为EN的输入。PTOx_CTRL子
35、程序的参数见表3-9。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(2)PTOx_RUN子程序(运行轮廓)：命令PLC执行存储于配置/轮廓表的特定轮廓中的运动操作。开启EN位会使用此子程序。PTOx_RUN子程序的参数见表3-10。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(3)PTOx_MAN子程序(手动模式)：将PTO输出置于手动模式。允许电机启动、停止和按不同的速度运行。当PTOx_MAN子程序已启用时，任何其他PTO子程序都无法执行。PTOx_MAN子程序的参数见表3-11。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用3)编写程序使用位置向导控制来编写程序会比较简单，但必须搞清楚三个子程序
36、的使用方法，这是编写程序的关键，其程序梯形图如图3-28所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用4)关键点使用指令向导编写的程序简洁、方便，特别是控制步进电动机加速启动或减速停止，且能很好地避开步进电动机失步问题。3.不使用步进驱动器，PLC直接控制步进电动机使用PLC直接控制步进电动机时，可使用PLC产生控制步进电动机所需要的各种时序脉冲。例如三相步进电动机可采用三种工作方式：三相单三拍，正向ABC，反向ACB；单相双三拍，正向ABBCCA，反向ACCBBA；三相单六拍，正向AABBBCCCA，反向AACCCBBBA。根据步进电动机的工作方式以及所要求的频率(步进电动机的速度)，可画
37、出A、B、C各相的时序图，并使用PLC产生各种时序的脉冲。1)采用西门子S7-200 PLC控制三相步进电动机要求通过PLC实现三相步进电动机的启停控制、正反转控制，以及三种工作方式的切换控制(每相通电时间为1 s)。2)程序的I/O分配根据控制要求，设置程序的I/O分配如表3-12所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用3)各种控制方式的时序图(1)三相单三拍正向的时序图如图3-29所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(2)三相双三拍正向的时序图如图3-30所示。(3)三相单六拍正向的时序图如图3-31所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用4)程序编写使用定时器
38、产生不同工作方式下的工作脉冲，然后按照控制开关状态输出到各相对应的输出点以控制步进电动机。(1)三相单三拍正向控制程序。按照图3-29所示的时序图编写三相单三拍正向控制程序，如图3-32所示。(2)三相双三拍正向控制程序。按照图3-30所示的时序图编写三相双三拍正向控制程序，如图3-33所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用 任务任务3 使用使用MAP库指令控制步进电动机库指令控制步进电动机项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用一、任务引入在PLC控制步进电动机的过程中，使用西门子公司新开发的MAP库指令控制步进电动机，比使用位置向导指令
39、编写的程序更方便，实际控制步进电动机运行更精确。本节的任务是使用MAP库指令编程控制步进电动机。二、任务分析通过本任务的学习，应实现以下知识目标：(1)熟悉MAP库指令的安装方法。(2)熟悉MAP库指令的输入/输出定义。(3)熟悉MAP库指令的背景数据块。(4)掌握MAP库指令的使用方法及控制步进电动机的编程方法。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用三、相关知识1.MAP库指令的安装方法现在，S7-200系列PLC本体PTO提供了应用库MAP SERV Q0.0和MAP SERV Q0.1，分别用于Q0.0和Q0.1的脉冲串输出。MAP库指令的安装步骤如下：(1)打开STEP7编程软件，
40、在指令树中打开“库”，选中“库”，单击鼠标右键，弹出“添加/删除库”显示框，如图3-34所示。(2)在图3-34中点击“添加(A)”按钮，在弹出的界面中将显示多个添加的路径，如图3-35所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用(3)在图3-35中，双击“绝对指令库”，弹出如图3-36所示的界面，分别点击要安装的库指令“map serv q0.0.mwl”、“map serv q0.1.mwl”。保存完后，出现“添加/删除库”的界面，如图3-37所示。(4)在图3-37中，点击“确认”按钮，则被选中的“map serv q0.0.mwl”、“map serv q0.1.mwl”两条库指令
41、被添加到STEP7编程软件中，如图3-38所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用2.每条库指令的含义MAP库指令分别对应S7-200 PLC的脉冲输出点Q0.0、Q0.1，每点的库指令含义相同，它们的功能如表3-13所示。为了很好地应用该库，需要在运动轨迹上添加三个限位开关Home、Fwd_Limit和Rev_Limit，如图3-39所示。Home为参考点接近开关，用于定义绝对位置C_Pos的零点。Fwd_Limit是正向限位开关，Rev_Limit是反向限位开关，两者统称为边界限位开关。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用绝对位置C_
42、Pos的计数值格式为DINT，所以其计数范围为-2147483648+2147483647。如果一个限位开关被运动物件触碰，则该运动物件会减速停止，因此，限位开关的安置位置应当留出足够的裕量Smin，以避免物件滑出轨道尽头。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用3.输入/输出点定义应用MAP库时，一些输入/输出点的功能被预先定义，如表3-14所示。4.MAP 库的背景数据块为了可以使用MAP库，必须为该库分配68 B(每个库)的全局变量，如图3-40所示。库存储区在使用了MAP库指令编程后才能分配存储区。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用表3-15是使用该库时所用到的最重要的一些变
43、量(以相对地址表示)。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用5.库指令块介绍MAP库中的指令块全部是基于PLC-200的内置PTO输出来完成运动控制的。此外，脉冲数将通过指定的高速计数器HSC进行计量。HSC可用来中断计算并触发减速的起始点。1)Q0_x_CTRL指令块该指令块用于传递全局参数，在每个扫描周期都需要被调用。该指令块如图3-41所示，功能描述如表3-16所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用Velocity_SS是最小脉冲频率，是加速过程的起点和减速过程的终点。Velocity_Max是最大脉冲频率，受限于电机最大频率和PLC的最大输出频率。在程序中若输入超出(Ve
44、locity_SS，Velocity_Max)范围的脉冲频率，将会被Velocity_SS 或Velocity_Max所取代。accel_dec_time是由Velocity_SS加速到Velocity_Max所用的时间(或由Velocity_Max减速到Velocity_SS所用的时间，两者相等)，规定为0.0232.0 s，但最好不要小于0.5 s。注意：超出accel_dec_time范围的值仍可以被写入块中，但是会导致定位过程出错。2)Scale_EU_Pulse指令块该指令块用于将一个位置量转化为一个脉冲量，因此它可将一段位移转化为脉冲数，或将一个速度转化为脉冲频率。Scale_EU
45、_Pulse指令块如图3-42所示，功能描述如表3-17所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用该功能块的计算公式：3)Scale_Pulse_EU指令块该指令块用于将一个脉冲量转化为一个位置量，因此它可将一段脉冲数转化为位移，或将一个脉冲频率转化为速度。Scale_Pulse_EU指令块如图3-43所示，功能描述如表3-18所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用该功能块的计算公式：4)Q0_x_Home指令块Q0_x_Home指令块如图3-44所示，功能描述如表3-19所示。该指令块用于寻找参考点(零点)，在寻找过程的起始，电机首先以Start_Dir的方向、Homing_
46、Fast_Spd的速度开始寻找，在碰到边界限位开关(“Fwd_Limit”或“Rev_Limit”)后，减速至停止，然后开始相反方向的寻找；当碰到参考点开关(input I0.0；with Q0_1_Home：I0.1)的上升沿时，开始减速到“Homing_Slow_Spd”。如果此时的方向与“Final_Dir”相同，则在碰到参考点开关下降沿时停止运动，并且将计数器HC0的计数值设为“Position”中所定义的值。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用如果当前方向与“Final_Dir”不同，则必然要改变运动方向，这样就可以保证参考点始终在参考点开关的同一侧(具体是哪一侧取决于“Fin
47、al_Dir”)。寻找参考点的状态可以通过全局变量“Homing_State”来监测，如表3-20所示。5)Q0_x_MoveRelative指令块该指令块用于让轴按照指定的方向，以指定的速度，运动指定的相对位移。Q0_x_MoveRelative指令块如图3-45所示，功能描述如表3-21所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用6)Q0_x_MoveAbsolute指令块该指令块用于让轴以指定的速度运动到指定的绝对位置。Q0_x_MoveAbsolute指令块如图3-46所示，功能描述如表3-22所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用7)Q0_x_MoveVelocity
48、指令块该指令块用于让轴按照指定的方向和频率运动，在运动过程中可对频率进行更改。Q0_x_MoveVelocity指令块如图3-47所示，功能描述如表3-23所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用Q0_x_MoveVelocity指令块只能通过Q0_x_Stop指令块来停止轴的运动，如图3-48所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用8)Q0_x_Stop指令块该指令块用于使轴减速直至停止。Q0_x_Stop指令块如图3-49所示，功能描述如表3-24所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用9)Q0_x_LoadPos指令块 该指令块用于将当前位置的绝对位置设置为预置值
49、。Q0_x_LoadPos指令块如图3-50所示，功能描述如表3-25所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用四、任务实施使用MAP库指令驱动步进电动机，使步进电动机驱动的滑块能在如图3-39所示的轨道上运行。要求按下复位按钮后，滑块能回到零位；按下启动按钮，滑块又能运行到指定位置。1主要软硬件配置(1)1套STEP-Micro/WIN V4.0，且安装MAP库指令。(2)1台型号为17HS111的步进电动机。(3)1台型号为SH-2H042Ma的步进驱动器。(4)1台S7-226CN PLC。(5)1台配备有滑块的导轨。2.系统接线图使用一台步进电动机驱动滑块，配置PLC输出点Q0.
50、0作高速脉冲输出，此时PLC控制器自动定义输出点Q0.2为步进电动机方向控制，I0.0为参考点输入，如表3-14所示。I2.0为复位(回零点)按钮，I1.5为停止按钮，I1.6为到达第一段绝对位移的启动按钮，I1.7为到达第二段绝对位移的启动按钮。系统接线图如图3-51所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用3.系统I/O分配按图3-51系统接线图，分配程序所使用的输入、输出点如表3-26所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用4.系统控制程序系统控制程序如图3-52所示。项目三 柔性制造系统中的PLC控制技术应用网络1为Q0_0_CTRL脉冲控制指令，使用SM0.0使指令一直
