在自動化和控製係統中，運動控製器和可編程邏輯控製器(PLC)扮演著至關(guan) 重要的角色。盡管它們(men) 經常被用於(yu) 實現工業(ye) 機械的自動化控製，但它們(men) 的設計目標、功能和應用範圍存在顯著差異。在工業(ye) 自動化領域當中，運動控製一直是PLC應用領域當中的重要組成部分。運動控製器專(zhuan) 門設計用於(yu) 精密地控製機械運動的軌跡、速度、加速度和位置。這些設備通常用於(yu) 要求高精度和複雜運動控製的場合，如機器人臂、CNC機床、半導體(ti) 製造設備和其他自動化裝配線。運動控製器強調高速、精確的點對點移動，以及多軸協調運動的能力。而步進電機由於(yu) 其性能穩定、響應速度快、運行平穩、噪音低等特點，被廣泛應用在有精度要求的定位控製場合。對於(yu) 絕大多數步進控製係統，都使用的是開環控製，因為(wei) 控製簡單。

有些情況下，增加編碼器的方式，組成步進閉環控製係統，既能降低設備體(ti) 積，還可以減少步進電機丟(diu) 步的風險，相比伺服係統成本更低。本文以西門子PLC為(wei) 控製器，結合編碼器和步進電機組成閉環係統，以供參考。

1.係統硬件組成

因為(wei) 需要組成步進閉環係統，所以在選取PLC的時候，需要滿足兩(liang) 個(ge) 條件，支持脈衝(chong) 輸出，支持高速計數器輸入。在這裏使用S7-200 SMART ST20，它具有2個(ge) 100KHz的脈衝(chong) 輸出，6個(ge) 高速計數器，滿足步進閉環控製的性能要求。

步進電機使用研控步進電機YK57HB76-04A，該電機步距角為(wei) 1.8°，保持轉矩為(wei) 2.0 N.m。驅動器使用配套的型號YKE2405M，電流在1.5-4.0A可調，細分可在400-40000之間設置。在本項目中，細分設置為(wei) 1000，即PLC發送1000個(ge) 脈衝(chong) ，電機旋轉一圈。

由於(yu) 閉環的需要，需要使用一款編碼器，這裏選取歐姆龍的增量編碼器E6B2-CWZ6C 1000P/R 3M，其分辨率為(wei) 1000脈衝(chong) /圈，將其直接安裝在步進電機的輸出軸上。

綜上所述，那麽(me) 我們(men) 可以得到該步進控製係統的關(guan) 係：PLC發送一千個(ge) 脈衝(chong) ，步進電機旋轉一圈，編碼器也旋轉一圈。

為(wei) 了更好的發送脈衝(chong) 的輸入指令，通常使用觸摸屏。觸摸屏輸入脈衝(chong) 指令，給到PLC，PLC再發送給步進驅動器，步進驅動器驅動電機。完成一係列的控製。在實際應用的時候，為(wei) 了操作員的易讀懂、方便度量，通常將輸入的單位轉化為(wei) 毫米。本案使用的是絲(si) 杆結構，導程為(wei) 10mm，即發送1000脈衝(chong) ，電機移動10mm。本機以威綸通的觸摸屏MT8051IP作為(wei) 參數輸入界麵，當輸入長度為(wei) P時，指令脈衝(chong) 的數量為(wei) Q = 100P，步進電機運轉時編碼器的反饋脈衝(chong) 為(wei) F，F=Q。總的係統硬件方框圖如圖1示：

圖1 係統硬件方框圖片描述

2.係統主要控製功能

係統控製軟件功能包括長度與(yu) 指令脈衝(chong) 換算，位置控製參數設定及定位控製，脈衝(chong) 反饋及閉環控製，超差處理等

圖2 係統軟件框圖

• （一）運動控製向導
  

為(wei) 了將長度單位與(yu) 脈衝(chong) 指令進行換算，S7-200 SMART 提供了一個(ge) 運動向導的工具，這個(ge) 工具可以快速的將工程單位轉化成步進驅動器相對應的控製脈衝(chong) 。本案中步進的脈衝(chong) 細分為(wei) 1000，導程為(wei) 10mm，所以在進行運動控製向導的時候，設置方法如圖3所示：

圖3 步進測量係統

• （二）位置指令參數設定
  

當使用運動控製向導設置完畢之後，會(hui) 自從(cong) 生成對應的功能塊，在進行定位控製的時候，調用相對應的功能塊即可。需要注意的是，使用絕對定位運動，需要先進行回零的設置。在進行絕對定位，使用的功能塊是AXIS0_GOTO，在進行位置控製的時候，設置好位置數據，觸發V2100.7則可以進行定位控製。

圖4 AXIS0_GOTO功能塊

• （三）編碼器閉環反饋係統
  

對於(yu) 編碼器的閉環反饋，可以使用S7-200 SMART的高速計數器向導，來完成相關(guan) 參數的設置，在進行相關(guan) 參數設置的時候，需要確定好對應的高速計數器的模式。通常有四種類型的高速計數器，內(nei) 部方向高速計數器、外部方向高速計數器、加減雙相高速計數器、AB正交高速計數器，這四種類型根據是否有複位功能又有所不同。本案使用模式1，帶有內(nei) 部方向控製的單相增/減計數器。使用複位輸入。

圖5 高速計數器向導

當進行運動控製的時候，使用高速計數器的返回值與(yu) AXIS0_GOTO的當前位置值進行比較，當兩(liang) 者相等時候，證明沒有丟(diu) 步，當反饋值小於(yu) AXIS0_GOTO的位置值，則可能發生丟(diu) 步的情況，需要進行補償(chang) ，通常會(hui) 設置一定的容差範圍，當大於(yu) 容查的時，則不再進行補償(chang) ，需要進行報警處理，檢查超出容差的原因。

3.總結

步進的閉環控製係統，對於(yu) 某些定位要求比較高的場合具有重要的作用。除了使用編碼器反饋組成閉環控製之外，還有可以使用模擬量等方式來構建步進閉環控製係統。具體(ti) 的實現方式，可以根據工藝和要求來進行選擇，此處隻是提供了一種應用方案，供參考。