精准控制步进电动机的定位模块

既然利用S7-200系列PLC的高速输出点可以控制步进电动机，那么为什么还要使用定位模块呢？原因在于：

①S7-200系列PLC要用其高速输出点控制步进电动机，必须具备两个条件，一是PLC必须要有高速输出点，二是输出点必须是晶体管输出。

②PLC集成的高速输出点的频率不够高，以CPU226为例，其最高频率只有20kHz，其使用范围有限，而定位模块EM253的最高频率达到200kHz。

③从示波器观测波形就可以看出，定位模块高速脉冲的波形品质明显优于PLC内部集成的高速输出点，因此对于要求较高的控制系统必须使用定位模块。

④PLC集成的高速输出点的功能也不够强大。

1.定位模块EM253简介

相对集成在PLC的高速输出点，定位模块EM253的功能强大，定位精度高，使用更加方便，具体特点如下：

①用于位置开环控制回路中，不用于闭环位置模式。用于1.1版本以上的CPU22X的扩展模块，但由于CPU221自身不能带扩展模块，所以EM253不能作为CPU221的扩展模块。

②可提供12Hz～200kHz的脉冲频率。

③支持直线和S曲线。

④提供了螺距补偿功能。

⑤有绝对式、手动式和相对式等多种工作模式。

⑥有4种回原点的方式。

EM253定位模块的外形如图3-15所示。其各接线端子

图3-15 EM253模块外形图

的定义见表3-8。

表3-8 接线端子的定义

EM253定位模块指示灯的状态见表3-9。

表3-9 EM253定位模块的接线端子或指示灯

以下用一个例子来讲解EM253模块的使用。

【例3-2】某设备上有一套步进驱动系统，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：压下按钮SB1时，步进电动机带动X方向运动，步进电动机上有两个限位开关。请画出I／O接线图并编写程序。

2.软硬件的配置和接线图

（1）主要软硬件配置

①1套STEP7-Micro／WINV4.0。

②1台步进电动机，型号为17HS111。

③1台步进驱动器，型号为SH-2H042Ma。

④1台CPU226CN。

⑤1台EM253模块。

（2）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，这种型号的步进电动机的出线接线图如图3-16所示。其含义是：步进电动机的4根引出线分别是红色、绿色、黄色和蓝色；其中红色引出线应该与步进驱动器的A＋接线端子相连，绿色引出线应该与步进驱动器的A-接线端子相连，黄色引出线应该与步进驱动器的B＋接线端子相连，蓝色引出线应该与步进驱动器的B-接线端子相联。

（3）EM253定位模块与步进驱动器的接线

步进驱动器的脉冲输入端子与定位模块的P0脉冲输出端子相连，步进驱动器的方向控制端子与P1端子相连，而步进驱动器的V-端子和EM253的M端子相连，达到共地的目的。由于本驱动器没有使能端子所以EM253的DIS端子不接线。

图3-16 PLC与驱动器和步进电动机接线图

3.系统的硬件组态

（1）打开“位置控制向导”配置工具

启动软件STEP7-MicroWIN V4.0，单击导航条中的“工具”按钮，再单击“位置控制向导”按钮，弹出“位置控制向导”界面，如图3-17所示，也可以通过单击主菜单下的“位置控制向导”子菜单实现。

图3-17 位置控制向导

（2）选择位置配置模式

先选定“配置EM253的位置模块操作”，再单击“下一步”按钮。

（3）读取定位模块EM253的逻辑位置

先设定模块的位置，由于只有一个扩展模块，所以模块位置为0，再单击“读取模块”按钮，弹出位置“4”处的信息，再单击“下一步”按钮，读取定位模块EM253的逻辑位置如图3-18所示。

（4）输入系统的测量单位

先在标记“1”处输入电动机转一周应输出的脉冲数，再在标记“2”处输入基准测量单位，本例为“mm”，再在标记“3”处输入电动机旋转一周产生多少“mm”的运动，这个数值与机械结构有关，最后单击“下一步”按钮，如图3-19所示。

图3-18 读取定位模块EM253的逻辑位置

（5）定义模块输入信号LMT＋、LMT和STP的功能

本例选择的都是“减速停止”，当然也可根据实际需要选择“立即停止”或者“不停止”选项，如图3-20所示。

图3-19 输入系统的测量单位(www.xing528.com)

图3-20 定义模块输入信号LMT＋、LMT和STP的功能

（6）定义电动机速度

根据需要定义电动机的最大速度、最低速度以及启动／停止速度，再单击“下一步”按钮，如图3-21所示。

图3-21 定义电动机速度

（7）定义手动操作的参数

设定点动时，电动机的速度，再单击“下一步”按钮，如图3-22所示。

图3-22 定义手动操作的参数

（8）加减速参数设定

加速时间就是从最低速度加速到最大速度所用的时间，设置在标记“1”处，减速时间就是从最高速度加速到最低速度所用的时间，设置在标记“2”处，再单击“下一步”按钮，如图3-23所示。

（9）设置运动位置拐点参数

指定补偿时间，若不补偿则输入0，再单击“下一步”按钮，如图3-24所示。

（10）设置模块寻找原点位置参数

图3-23 加减速参数设定

图3-24 设置运动位置拐点参数

先选取标记“1”处的选项，再单击“下一步”按钮，如图3-25、图3-26和图3-27所示。

图3-25 设置模块寻找原点位置参数（1）

图3-26 设置模块寻找原点位置参数（2）

图3-27 设置模块寻找原点位置参数（3）

（11）设定定位模块EM253的运动轨迹包络

定位模块EM253的运动轨迹包络设定如图3-28所示。

（12）分配地址

先单击“建议地址”按钮，再单击“下一步”按钮，如图3-29所示。

（13）完成组态

单击“完成”按钮，结束组态，如图3-30所示。

4.编写程序

（1）子程序简介

完成以上的配置后，STEP7-Micro／WIN V4.0自动生成一系列子程序，以下重点介绍两个，即POSx_CTRL和POSx_GOTO。

图3-28 设定定位模块EM253的运动轨迹包络

图3-29 分配地址

图3-30 完成组态

POSx_CTRL子程序（控制）启用和初始化位控模块，方法是自动命令位控模块每次S7-200更改为RUN模式时，载入配置／轮廓表。在项目中仅限使用一次本子程序，并确保程序在每次扫描时呼叫本子程序。要将SM0.0（始终开启）用作EN参数的输入。MOD_EN参数必须开启，才能启用其他位置子程序向位控模块发送命令。如果MOD_EN参数关闭，位控模块会异常中止所有正在执行的命令。POSx_CTRL子程序的输出参数提供位控模块的当前状态。当位控模块完成任何一个子程序时，Done参数会开启。Error参数包含本子程序的结果。该子程序各输入／输出参数含义见表3-10。

表3-10 POSx_CTRL子程序的参数表

POSx_GOTO子程序命令位控模块进入所需的位置，开启EN位会启用此子程序。在“完成”位发出子程序执行已经完成的信号前，应确定EN位保持开启。开启START参数向位控模块发出一个GOTO命令。对于在START参数开启，且位控模块当前不繁忙时执行的每次扫描，该子程序向位控模块发送一个GOTO命令。为了确保仅发送了一个GOTO命令，应使用边缘探测元素用脉冲方式开启START参数。Pos参数包含一个数值，指示移动的位置（绝对移动）或移动的距离（相对移动）。根据所选的测量单位，该数值是脉冲（DINT）或工程单位（REAL）数目。Speed参数确定该移动的最高速度。其各输入／输出参数见表3-11。

表3-11 POSx_GOTO子程序的参数表

（2）程序编写

编写如图3-31所示的程序，将其下载到PLC，并运行程序，当合上SB1时，步进电动机运行，当合上SB2或者SB3时，步进电动机停止，当碰到硬限位开关SQ1或者SQ2时，步进电动机也停止运行。

图3-31 程序

【关键点】首先硬件系统的接线要正确，再者要注意组态正确。EM253用于开环控制，含义是EM253不能接受反馈信号（如光电编码器的信号），并非指整个控制系统就是开环，若EM253与伺服系统连接时，伺服驱动器与伺服电动机构成自闭环系统，也可以说这个控制系统是闭环的。