第7章S7-1200PLC在運(yùn)動(dòng)控制中的

應(yīng)用摘要ABSTRACT西門子S7-1200PLC集成了工藝功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的控制。本章主要內(nèi)容包括S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、工藝對(duì)象“軸”的組態(tài)與調(diào)試等，并對(duì)運(yùn)動(dòng)控制指令做了詳細(xì)介紹。讀者可以通過最后的技能訓(xùn)練任務(wù)，掌握以步進(jìn)電機(jī)為被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基本組成和開發(fā)調(diào)試方法。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)①了解運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和功能。②了解S7-1200運(yùn)動(dòng)控制功能和實(shí)現(xiàn)方法。③掌握步進(jìn)電機(jī)的電路連接、驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置知識(shí)。④掌握博途軟件中工藝對(duì)象的組態(tài)和調(diào)試方法。⑤掌握S7-1200運(yùn)動(dòng)控制指令和編程方法。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)能力目標(biāo)①能根據(jù)要求繪制步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的PLC原理圖。②能完成步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的安裝與檢測(cè)。③能在博途環(huán)境中對(duì)工藝對(duì)象進(jìn)行組態(tài)和基本調(diào)試。④能應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)指令編制程序，控制對(duì)象按要求進(jìn)行定位與移動(dòng)。⑤能通過小組合作分析解決在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的各種問題。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)①養(yǎng)成良好的安全規(guī)范操作的職業(yè)習(xí)慣。②具備對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、精益求精的責(zé)任意識(shí)。③形成團(tuán)結(jié)互助、勇于創(chuàng)新的工匠精神。④具備不斷探究、自主學(xué)習(xí)的工程意識(shí)。1目錄CONTENTSS7-1200PLC運(yùn)動(dòng)控制功能2步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器S7-1200運(yùn)動(dòng)控制指令43工藝對(duì)象“軸”的組態(tài)與調(diào)試5職業(yè)技能訓(xùn)練8一、S7-1200PLC運(yùn)動(dòng)控制功能1.S7-1200PLC運(yùn)動(dòng)控制功能1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及組成（1）運(yùn)動(dòng)控制及其應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制（MotionControl）是自動(dòng)化的一個(gè)分支，也可以稱作電力拖動(dòng)控制（ControlofElectricDrive）。運(yùn)動(dòng)控制往往是針對(duì)產(chǎn)品或者系統(tǒng)而言，包含機(jī)械、軟件、電氣等模塊，例如機(jī)器人、無人機(jī)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等等。運(yùn)動(dòng)控制是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、力矩、速度、加速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和管理，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的一種控制方式。1.S7-1200PLC運(yùn)動(dòng)控制功能（2）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基本架構(gòu)以滑動(dòng)工作臺(tái)控制系統(tǒng)為例，一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的架構(gòu)主要由上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、功率驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋檢測(cè)裝置等部分組成，如圖所示。2.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能TIA博途軟件中集成了S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能，可對(duì)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)進(jìn)行高效控制。S7-1200PLC可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)在于集成了高速計(jì)數(shù)口、高速脈沖輸出口等硬件和相應(yīng)的軟件功能。尤其是S7-1200PLC在運(yùn)動(dòng)控制中使用了軸的概念，通過對(duì)軸的組態(tài)，包括硬件接口、位置定義、動(dòng)態(tài)特性、機(jī)械特性等與相關(guān)的指令塊（符合PLCopen規(guī)范）組合使用，可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)位置、相對(duì)位置、點(diǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)速控制及自動(dòng)尋找參考點(diǎn)的功能。2.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能1.運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)方式SIMATICS7-1200使用工藝對(duì)象或者基本定位指令FB284可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)進(jìn)行速度和位置控制。其中，S7-1200CPU工藝對(duì)象支持三種方式控制伺服、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，連接方式如圖所示：(1)PROFIdrive方式：S7-1200PLC通過基于PROFIBUS/PROFINET的PROFIdrive方式與支持PROFIdrive的驅(qū)動(dòng)器連接，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。PROFIdrive定義了一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模型，其中包含多種設(shè)備。(2)PTO方式：PTO全稱是“PulseTrainOutput”，也就是“脈沖串輸出”。通過CPU本體或信號(hào)板輸出占空比為50%的高速脈沖串給驅(qū)動(dòng)器來控制伺服或步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。(3)模擬量方式：該方式以模擬量信號(hào)作為伺服驅(qū)動(dòng)器的給定信號(hào)，通過模擬量的信號(hào)變化控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速。2.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能2.用于運(yùn)動(dòng)控制的硬件組件用于運(yùn)動(dòng)控制的硬件組件包括CPU模塊、信號(hào)板、PROFINET接口、驅(qū)動(dòng)裝置和編碼器等。（1）CPU模塊S7-1200CPU兼具可編程邏輯控制器的功能和通過脈沖接口控制步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能；運(yùn)動(dòng)控制功能負(fù)責(zé)對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行監(jiān)控。DC/DC/DC型的CPU模塊上配備有用于直接控制驅(qū)動(dòng)器的板載輸出。（2）信號(hào)板可以使用信號(hào)板為CPU添加其它輸入和輸出。如果需要，還可將數(shù)字量輸出用于控制驅(qū)動(dòng)器的脈沖和方向輸出。對(duì)于繼電器輸出型的CPU，無法通過板載輸出來輸出高頻脈沖信號(hào)。（3）PROFINET接口用于在CPU與編程設(shè)備之間建立在線連接，除了CPU的在線功能外，附加的調(diào)試和診斷功能也可用于運(yùn)動(dòng)控制。（4）驅(qū)動(dòng)裝置和編碼器驅(qū)動(dòng)器用于控制軸的運(yùn)動(dòng)，編碼器提供軸的閉環(huán)位置控制的實(shí)際位置。2.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能3.與運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的CPU輸出S7-1200CPU提供了一個(gè)脈沖輸出和一個(gè)方向輸出，通過脈沖接口對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。脈沖輸出為驅(qū)動(dòng)器提供電機(jī)運(yùn)行所需的脈沖，方向輸出則用于控制驅(qū)動(dòng)器的行進(jìn)方向。

脈沖輸出和方向輸出具有特定的信號(hào)分配關(guān)系。CPU板載輸出或信號(hào)板輸出可用作脈沖輸出和方向輸出。在設(shè)備組態(tài)期間，可以在“屬性”選項(xiàng)卡的脈沖發(fā)生器（PTO/PWM）中，選擇激活板載輸出或信號(hào)板輸出。PTO/PWM輸出信號(hào)波形如圖所示。其中PTO信號(hào)占空比固定為50%；PWM信號(hào)占空比可調(diào)。PTOPWM2.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能3.與運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的CPU輸出下表中列出了脈沖輸出和方向輸出的地址分配情況：PTO編號(hào)輸出位置脈沖方向PTO0板載I/OQ0.0Q0.1信號(hào)板I/OQ4.0Q4.1PTO1板載I/OQ0.2Q0.3信號(hào)板I/OQ4.2Q4.3PTO2板載I/OQ0.4①Q(mào)0.5①信號(hào)板I/OQ4.0Q4.1PTO3板載I/OQ0.6②Q0.7②信號(hào)板I/OQ4.2Q4.32.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能4.S7-1200的軸資源S7-1200運(yùn)動(dòng)控制軸的資源個(gè)數(shù)是由S7-1200PLC硬件能力決定的，不是由單純的添加IO擴(kuò)展模塊來擴(kuò)展的。下表顯示了每種CPU的開環(huán)控制資源個(gè)數(shù)。CPU型號(hào)CPU軸總資源數(shù)量CPU本體上最大軸數(shù)量添加信號(hào)板后最大軸數(shù)量CPU1211CDC/DC/DC444DC/DC/RLY04AC/DC/RLYCPU1212(F)CDC/DC/DC444DC/DC/RLY04AC/DC/RLYCPU1214(F)CDC/DC/DC444DC/DC/RLY04AC/DC/RLYCPU1215(F)CDC/DC/DC444DC/DC/RLY04AC/DC/RLYCPU1217CDC/DC/DC4442.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能4.S7-1200的軸資源目前為止，S7-1200的最大的脈沖軸個(gè)數(shù)為4，該值不能擴(kuò)展，如果客戶需要控制多個(gè)軸，并且對(duì)軸與軸之間的配合動(dòng)作要求不高的情況下，可以使用多個(gè)S7-1200CPU，這些CPU之間可以通過以太網(wǎng)的方式通信。5.輸出頻率范圍S7-1200CPU組態(tài)為PTO時(shí)，可提供最高頻率為100kHz的50%占空比的高速脈沖輸出，可以對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行開環(huán)控制和定位控制。其中CPU1217C還可提供4路1MHz的差分信號(hào)。組態(tài)信號(hào)板為PTO時(shí)，可提供的脈沖輸出最高頻率為200kHz。信號(hào)板中200kHz的DQ點(diǎn)支持低電平有效的輸出，如果CPU有低電平有效的輸出需求的話，只能使用信號(hào)板。二、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器1.步進(jìn)電機(jī)1.步進(jìn)電機(jī)的基本工作原理步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（步進(jìn)角）。如圖所示，可以幫助讀者理解步進(jìn)電機(jī)的工作原理。每輸入一個(gè)控制脈沖，電機(jī)就會(huì)按照既定的角度旋轉(zhuǎn)一步，這個(gè)角度叫做步進(jìn)角（或步距角），如上圖中的步進(jìn)角為15°。步進(jìn)角取決于電機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式，有各種各樣的角度。以兩相混合式步進(jìn)電機(jī)為例，步進(jìn)角一般為1.8°。當(dāng)兩相繞組都通電勵(lì)磁時(shí)，電機(jī)輸出軸將靜止并鎖定位置。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向，則電機(jī)將順著一個(gè)既定方向旋轉(zhuǎn)一步（1.8°）。對(duì)于1.8°兩相步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需200步。1.步進(jìn)電機(jī)2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與選型（1）基本結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和裝配如圖所示。1.步進(jìn)電機(jī)2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與選型定子和轉(zhuǎn)子鐵芯由軟磁材料或硅鋼片疊成凸極結(jié)構(gòu)，定子、轉(zhuǎn)子磁極上均有小齒，如圖所示。定子有6個(gè)磁極，定子磁極上套有星型連接的三相控制繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極為一相，組成一相控制繞組。當(dāng)某一相線圈通電時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下，該相定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊。當(dāng)下一相線圈通電時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，也使小齒相互對(duì)齊。各相線圈輪流通電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)連續(xù)動(dòng)作。1.步進(jìn)電機(jī)2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與選型步進(jìn)電機(jī)都會(huì)有額定轉(zhuǎn)矩這一參數(shù)，在進(jìn)行電機(jī)選型的時(shí)候，我們需要根據(jù)廠家提供的電機(jī)的矩頻曲線來確定在應(yīng)用所需的轉(zhuǎn)速下，所選電機(jī)是否能提供足夠的轉(zhuǎn)矩。目前，市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品多是以基座尺寸來劃分的。不同機(jī)座尺寸的步進(jìn)電機(jī)所能提供的輸出功率不一樣。一般來說機(jī)座尺寸越大，能夠提供的轉(zhuǎn)矩越高。步進(jìn)電機(jī)的體積可以小到花生粒，也可以大到如機(jī)座尺寸為145*145mm的大體積步進(jìn)電機(jī)。1.步進(jìn)電機(jī)2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與選型步進(jìn)電機(jī)接線不同的步進(jìn)電機(jī)接線有所不同，如兩相步進(jìn)電機(jī)出線形式有4線、6線和8線，參照說明書進(jìn)行接線即可。以步科2S42Q-0240為例接線圖如所示，兩相繞組的4根引出線，分別接到步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)接口A+、A-以及B+、B-。2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與普通的交流異步電機(jī)或直流電機(jī)不同，步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。1.驅(qū)動(dòng)器接口以雷賽DM542兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器為例，介紹驅(qū)動(dòng)器接口和接線。如圖所示，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接口包括供電接口、電機(jī)接口、控制接口以及用于細(xì)分和電流選擇的撥碼開關(guān)。2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2.驅(qū)動(dòng)器接線（1）強(qiáng)電接口

強(qiáng)電接口的接線見下表名稱功能GND直流電源地+V直流電源正極，范圍+20V—+50V，推薦值+24~48VDCA+、A-電機(jī)A相線圈。B+、B-電機(jī)B相線圈。2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器名稱功能PUL+（+5V）脈沖控制信號(hào)：脈沖上升沿有效；PUL+為脈沖信號(hào)正極；PUL-為脈沖信號(hào)負(fù)極；為了可靠響應(yīng)脈沖信號(hào)，脈沖寬度應(yīng)大于1.2μs。如采用+12V或+24V時(shí)需串電阻。PUL-（PUL）DIR+（+5V）方向信號(hào)：高/低電平信號(hào)，為保證電機(jī)可靠換向，方向信號(hào)應(yīng)先于脈沖信號(hào)至少5μs建立。電機(jī)的初始運(yùn)行方向與電機(jī)的接線有關(guān)，互換任一相繞組（如A+、A-交換）可以改變電機(jī)初始運(yùn)行的方向，DIR高電平時(shí)4～5V，低電平時(shí)0～0.5V。DIR-（DIR）ENA+（+5V）使能信號(hào)：此輸入信號(hào)用于使能或禁止。ENA+接+5V，ENA-接低電平（或內(nèi)部光耦導(dǎo)通）時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將切斷電機(jī)各相的電流使電機(jī)處于自由狀態(tài)，此時(shí)步進(jìn)脈沖不被響應(yīng)。當(dāng)不需用此功能時(shí)，使能信號(hào)端懸空即可。ENA-（ENA）（2）控制信號(hào)接口

控制信號(hào)包括脈沖、方向、使能等，具體功能見下表2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

DM542驅(qū)動(dòng)器采用差分式接口電路可適用差分信號(hào)，單端共陰及共陽等接口，內(nèi)置高速光電耦合器，允許接收長線驅(qū)動(dòng)器，集電極開路和PNP輸出電路的信號(hào)?，F(xiàn)以集電極開路和PNP輸出為例，接口電路示意圖如圖。注意：VCC值為5V時(shí)，不用串電阻R；VCC值為12V時(shí)，R為1K，大于等于1/4W電阻；VCC值為24V時(shí)，R為2K，大于等于1/4W電阻；2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（3）電流、細(xì)分撥碼開關(guān)設(shè)定DM542驅(qū)動(dòng)器采用八位撥碼開關(guān)設(shè)定動(dòng)態(tài)電流、靜止半流、細(xì)分、以及實(shí)現(xiàn)電機(jī)參數(shù)和內(nèi)部調(diào)節(jié)參數(shù)的自整定。1）工作（動(dòng)態(tài)）電流設(shè)定對(duì)于同一電機(jī)，工作電流設(shè)定值越大時(shí)，電機(jī)輸出力矩越大，但電流大時(shí)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱也比較嚴(yán)重。用戶可以通過撥碼開關(guān)SW1、SW2、SW3位來設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流（有效值）。各開關(guān)位置對(duì)應(yīng)的輸出電流見表。2）靜止（靜態(tài)）電流設(shè)定靜態(tài)電流可用SW4撥碼開關(guān)設(shè)定，off表示靜態(tài)電流設(shè)為動(dòng)態(tài)電流的一半，on表示靜態(tài)電流與動(dòng)態(tài)電流相同。一般用途中應(yīng)將SW4設(shè)成off，使得電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱減少，可靠性提高。脈沖串停止后約0.4秒左右電流自動(dòng)減至一半左右（實(shí)際值的60%），發(fā)熱量理論上減至36%。輸出峰值電流輸出均值電流SW1SW2SW31.00A0.71Aononon1.46A1.04Aoffonon1.91A1.36Aonoffon2.37A1.69Aoffoffon2.84A2.03Aononoff3.31A2.36Aoffonoff3.76A2.69Aonoffoff4.20A3.00Aoffoffoff2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3）細(xì)分設(shè)定細(xì)分是驅(qū)動(dòng)器將上位機(jī)發(fā)出的每個(gè)脈沖按驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的細(xì)分倍數(shù)后對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。簡(jiǎn)單的說，就是電機(jī)的步距角按照細(xì)分倍率進(jìn)行縮小。比如1.8°步距角的步進(jìn)電機(jī)，如細(xì)分設(shè)置為8，則每個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°/8=0.225°。沒有細(xì)分之前每轉(zhuǎn)一圈驅(qū)動(dòng)器輸出200個(gè)脈沖；8細(xì)分后，驅(qū)動(dòng)器需要輸出200*8=1600個(gè)脈沖步進(jìn)電機(jī)才轉(zhuǎn)一圈。用戶可以根據(jù)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器上的細(xì)分表設(shè)置撥碼開關(guān)，設(shè)置細(xì)分。細(xì)分倍數(shù)步數(shù)/圈（1.8°/整步）SW5SW6SW7SW81200onononon2400offononon4800onoffonon81600offoffonon163200ononoffon326400offonoffon6412800onoffoffon12825600offoffoffon51000onononoff102000offononoff204000onoffonoff255000offoffonoff408000ononoffoff5010000offonoffoff10020000onoffoffoff12525000offoffoffoff三、工藝對(duì)象“軸”的組態(tài)與調(diào)試S7-1200的運(yùn)動(dòng)控制在組態(tài)上引入了“軸”工藝對(duì)象的概念，“軸”工藝對(duì)象就是實(shí)際軸的映射，用來驅(qū)動(dòng)管理和使用如PTO實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制?！拜S”工藝對(duì)象用于組態(tài)機(jī)械驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)器的接口、動(dòng)態(tài)參數(shù)以及其它驅(qū)動(dòng)器屬性。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)“軸”工藝對(duì)象是用戶程序與驅(qū)動(dòng)的接口。工藝對(duì)象從用戶程序中收到控制命令，在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行并監(jiān)視執(zhí)行狀態(tài)?！膀?qū)動(dòng)”表示步進(jìn)電機(jī)加電源部分或者伺服驅(qū)動(dòng)器加脈沖接口轉(zhuǎn)換器的機(jī)電單元。1.S7-1200PTO硬件配置與組態(tài)S7-1200CPU本體或信號(hào)板可輸出4路PTO或PWM脈沖用于運(yùn)動(dòng)軸。在CPU屬性中，選擇“PTO1/PWM1”，勾選“啟用該脈沖發(fā)生器”，再通過脈沖選項(xiàng)選擇PTO或PWM脈沖，如圖所示。一旦設(shè)置為PTO后，則需要設(shè)置輸出源為集成輸出或板載CPU輸出（如果使用具有繼電器輸出的PLC，則必須將信號(hào)板用于PTO的輸出）及其他參數(shù)，如時(shí)基、脈沖寬度格式、循環(huán)時(shí)間等。如選用PTO1（脈沖+方向），則默認(rèn)脈沖輸出為Q0.0、方向輸出為Q0.1。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”以開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制為例，通過PTO（脈沖串輸出）在PLC和驅(qū)動(dòng)器上組態(tài)和連接開環(huán)軸。STEP7為“軸”工藝對(duì)象提供組態(tài)工具、調(diào)試工具和診斷工具，如圖所示。①驅(qū)動(dòng)器；②工藝對(duì)象；③組態(tài)；④調(diào)試；⑤診斷1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”“軸”組態(tài)主要定義軸的工程單位（如脈沖數(shù)/秒，轉(zhuǎn)/分鐘），軟硬件限位，啟動(dòng)/停止速度，加減速、參考點(diǎn)定義等。進(jìn)行參數(shù)組態(tài)前，需要添加工藝對(duì)象，具體操作為：選擇“項(xiàng)目樹”→“工藝對(duì)象”→“新增對(duì)象”選項(xiàng)，雙擊該選項(xiàng)彈出新新對(duì)象對(duì)話框，選擇MotionControl選項(xiàng)下的TO_PositioningAxis，在名稱文本框中輸入對(duì)象名稱，選擇軸對(duì)象數(shù)據(jù)塊編號(hào)，單擊“確認(rèn)”按鈕確認(rèn)，如圖所示。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”在創(chuàng)建“軸”對(duì)象后，即可在項(xiàng)目樹的“工藝對(duì)象”中找到“軸_1”，并選擇“組態(tài)”菜單即可，如圖所示。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”（1）基本參數(shù)配置1）常規(guī)選項(xiàng)在常規(guī)配置中，主要選擇驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)來源，這里選擇“PTO”。測(cè)量單位包括毫米、米、英寸、英尺、脈沖數(shù)、角度。2）驅(qū)動(dòng)器主要對(duì)硬件接口進(jìn)行組態(tài)配置。如圖所示，可以選擇脈沖輸出來源、類型及其輸出地址。在驅(qū)動(dòng)裝置的使能和反饋選項(xiàng)中，可以為驅(qū)動(dòng)器組態(tài)使能輸出和就緒輸入。一般驅(qū)動(dòng)器的使能是默認(rèn)的，因此“使能輸出”可以不設(shè)置。選擇“就緒輸入”為設(shè)置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常輸入點(diǎn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備正常時(shí)會(huì)給出一個(gè)開關(guān)量輸出，并接到CPU中，告知運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)器正常與否。有些驅(qū)動(dòng)器不提供這種接口，則可將此參數(shù)設(shè)為“TRUE”。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”（2）擴(kuò)展參數(shù)配置1）機(jī)械機(jī)械組態(tài)如圖所示。選項(xiàng)“電機(jī)每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)”為電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)；選項(xiàng)“電機(jī)每轉(zhuǎn)的負(fù)載位移”為電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周后，生產(chǎn)機(jī)械所產(chǎn)生的位移。選項(xiàng)“所允許的旋轉(zhuǎn)方向”可以指定電機(jī)運(yùn)行的方向，如在調(diào)試中定義的正方向與實(shí)際相反，可以在“反向信號(hào)”處打勾調(diào)整。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”（2）擴(kuò)展參數(shù)配置2）位置限制下圖為位置限制組態(tài)信息。在S7-1200PLC運(yùn)動(dòng)控制中，可以設(shè)置硬件限位開關(guān)和軟件限位開關(guān)。如使能機(jī)械系統(tǒng)的硬件限位功能，在軸到達(dá)硬件限位開關(guān)時(shí)，“軸”將使用急停減速斜坡停車。如使能機(jī)械系統(tǒng)的軟件限位功能，此功能通過程序或者組態(tài)定義系統(tǒng)的極限位置。在軸到達(dá)軟件限位開關(guān)，軸運(yùn)動(dòng)將被停止。工藝對(duì)象報(bào)故障，在故障被確認(rèn)后，軸可以恢復(fù)在工作范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。選擇電平為限位點(diǎn)有效電平，分為高電平有效和低電平有效兩種。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”3）動(dòng)態(tài)設(shè)置速度、加速度和急停參數(shù)。右圖所示為動(dòng)態(tài)常規(guī)參數(shù)設(shè)置，包括速度限值的單位、最大轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)和停止速度及時(shí)間信息。最大轉(zhuǎn)速由PTO輸出的最大頻率和電機(jī)允許的最大速度共同限定；加/減速度與加/減速時(shí)間這兩組數(shù)據(jù)，只要定義其中任意一組，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算另外一組數(shù)據(jù)，這里的加/減速度與加/減速時(shí)間需要用戶根據(jù)實(shí)際工藝要求和系統(tǒng)本身特性調(diào)試得出。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”急停參數(shù)設(shè)置：急停組態(tài)如圖所示。在該窗口中可以組態(tài)軸的急停減速時(shí)間，當(dāng)軸出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)或禁用軸時(shí)，可以以此減速度將軸制動(dòng)至停止?fàn)顟B(tài)。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對(duì)象“軸”4）回原點(diǎn)回原點(diǎn)分為主動(dòng)回原點(diǎn)和被動(dòng)回原點(diǎn)兩種方式。主動(dòng)回原點(diǎn)：指可以按一定的速度運(yùn)行至原點(diǎn)，到原點(diǎn)后降低速度，依我們?cè)O(shè)定的速度尋找參考點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)控制指令“MC_Home”指令輸入?yún)?shù)Mode=3時(shí)，會(huì)啟用主動(dòng)回原點(diǎn)，此時(shí)會(huì)按照組態(tài)的速度去尋找原點(diǎn)開關(guān)信號(hào)。主動(dòng)回原點(diǎn)的組態(tài)設(shè)置如圖所示。1.工藝對(duì)象“軸”組態(tài)①輸入歸位（原點(diǎn)）開關(guān)：設(shè)置原點(diǎn)開關(guān)的DI輸入點(diǎn)，輸入必須具有硬件中斷功能，另外還需設(shè)置電平信號(hào)②允許硬件限位開關(guān)處自動(dòng)反轉(zhuǎn)：如果在主動(dòng)回原點(diǎn)的過程中碰到硬限位，軸將以組態(tài)的減速度（不是以急停減速）制動(dòng)，然后反向檢測(cè)原點(diǎn)信號(hào)；如果未激活反向功能且在主動(dòng)回原點(diǎn)的過程中軸達(dá)到硬限位開關(guān)，軸將因錯(cuò)誤而終止回原點(diǎn)過程并以急停減速度對(duì)軸進(jìn)行制動(dòng)。③接近/回原點(diǎn)方向：設(shè)置尋找參考點(diǎn)的起始方向，也就是說觸發(fā)了尋找原點(diǎn)功能后，軸是正方向還是反方向開始尋找原點(diǎn)。④歸位開關(guān)一側(cè)：如圖所示，“上側(cè)”是指軸完成回原點(diǎn)指令后，軸的左邊沿停在參考點(diǎn)開關(guān)的右側(cè)邊沿；“下側(cè)”指軸完成回原點(diǎn)指令后，軸的右邊沿停在參考點(diǎn)開關(guān)的左側(cè)邊沿。⑤接近速度/回原點(diǎn)速度：前者表示尋找參考點(diǎn)（原點(diǎn)）的起始速度，尋找參考點(diǎn)為高速；后者表示最終接近原點(diǎn)開關(guān)的速度，尋找參考點(diǎn)為低速；當(dāng)軸第一次碰到原點(diǎn)開關(guān)有效邊沿后的運(yùn)行速度就是回原點(diǎn)速度，回原點(diǎn)速度小于接近速度。2.軸調(diào)試面板的使用調(diào)試面板是S7-1200運(yùn)動(dòng)控制中一個(gè)重要的工具，在對(duì)硬件進(jìn)行組態(tài)后，一般要使用“軸控制面板”來測(cè)試Portal軟件中關(guān)于軸的參數(shù)和實(shí)際設(shè)備接線等安裝是否正確。在Portal軟件中左側(cè)項(xiàng)目樹的工藝對(duì)象中新增工藝對(duì)象后選擇“調(diào)試”。閱讀彈出的警告信息后，點(diǎn)擊“是”，進(jìn)入到軸控制面板，如圖所示。2.軸調(diào)試面板的使用下面對(duì)軸控制面板中的主要功能做簡(jiǎn)要介紹：（1）軸的啟用和禁用：相當(dāng)于MC_Power指令的“Enable”端。（2）命令：在這里分成三大類：點(diǎn)動(dòng)，定位和回原點(diǎn)。定位包括絕對(duì)定位和相對(duì)移動(dòng)功能。回原點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)Mode0（絕對(duì)式回原點(diǎn)）和Mode3（主動(dòng)回原點(diǎn)）功能。（3）根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)命令，設(shè)置運(yùn)行速度，加/減速度等參數(shù)。（4）每種運(yùn)動(dòng)命令的正/反方向設(shè)置、停止等操作。（5）軸的狀態(tài)位，包括了是否有回原點(diǎn)完成位。（6）錯(cuò)誤確認(rèn)按鈕，相當(dāng)于MC_Reset指令的功能。（7）軸的當(dāng)前值，包括軸的實(shí)時(shí)位置和速度值在使用“軸調(diào)試面板”進(jìn)行調(diào)試時(shí)，可能會(huì)遇到軸報(bào)錯(cuò)的情況，我們可以參考“診斷”信息來定位報(bào)錯(cuò)原因，如圖所示。2.軸調(diào)試面板的使用通過“軸調(diào)試面板”測(cè)試成功后，我們就可以根據(jù)工藝要求，編寫運(yùn)動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。四、S7-1200運(yùn)動(dòng)控制指令在TIAPortal中對(duì)定位軸和命令表工藝對(duì)象進(jìn)行組態(tài)。S7-1200CPU使用這些工藝對(duì)象來控制用于控制驅(qū)動(dòng)器的輸出。在用戶程序中，可以通過運(yùn)動(dòng)控制指令來控制軸，也可以啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)命令。通過工藝指令可以獲得一系列運(yùn)動(dòng)控制指令，具體為：MC_Power啟用/禁用軸；MC_Reset確認(rèn)錯(cuò)誤；MC_Home使軸回原點(diǎn)，設(shè)置參考點(diǎn)；MC_Halt停止軸；MC_MoveAbsolute絕對(duì)定位軸；MC_MoveRelative相對(duì)定位軸；MC_MoveVelocity以速度預(yù)設(shè)值移動(dòng)軸；MC_MoveJog在點(diǎn)動(dòng)模式下移動(dòng)軸；MC_CommandTable按運(yùn)動(dòng)順序運(yùn)行軸命令；MC_ChangeDynamic更改軸的動(dòng)態(tài)設(shè)置；MC_WriteParam寫入工藝對(duì)象的參數(shù)；MC_ReadParam讀取工藝對(duì)象的參數(shù)。1.運(yùn)動(dòng)控制指令的操作說明

1.在項(xiàng)目中創(chuàng)建FB塊，在Portal軟件右側(cè)“指令”中的“工藝”中找到運(yùn)動(dòng)控制指令文件夾“MotionControl”可以看到所有的S7-1200運(yùn)動(dòng)控制指令?？梢允褂猛献Щ蚴请p擊的方式在程序段中插入運(yùn)動(dòng)指令，如圖所示。以MC_Power指令為例，用拖拽方式說明如何添加MotionControl指令。1.運(yùn)動(dòng)控制指令的操作說明

MotionControl指令插入到程序中時(shí)需要指定背景數(shù)據(jù)塊，如圖所示，可以選擇手動(dòng)或是自動(dòng)生成DB塊的編號(hào)。如果在FB中調(diào)用，建議選擇“多重實(shí)例”。1.運(yùn)動(dòng)控制指令的操作說明

2.運(yùn)動(dòng)控制指令的背景DB塊如果選擇“單個(gè)實(shí)例”，則在“項(xiàng)目樹”→“程序塊”→“系統(tǒng)塊”→“程序資源”中可以找到。用戶在調(diào)試時(shí)可以直接監(jiān)控該DB塊中的數(shù)值；如果選擇“多重實(shí)例”，則可以在FB接口區(qū)找到并調(diào)用。

3.軸工藝對(duì)象數(shù)據(jù)塊及變量讀寫。每個(gè)軸的工藝對(duì)象都一個(gè)背景DB塊，用戶可以通過右擊“軸_1[DB1]”→“打開DB編輯器”，打開這個(gè)背景DB塊，如圖所示。1.運(yùn)動(dòng)控制指令的操作說明用戶可以對(duì)DB塊中的數(shù)值進(jìn)行監(jiān)控或是讀寫。以實(shí)時(shí)讀取“軸_1”的當(dāng)前位置為例，如下圖所示，軸_1的DB塊號(hào)為DB1，用戶可以在OB1調(diào)用MOVE指令，在MOVE指令的IN端輸入：DB1.Position，則Portal軟件會(huì)自動(dòng)把DB1.Position更新成：“軸_1”.Position。用戶可以在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示該軸的實(shí)際位置。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介

S7-1200運(yùn)動(dòng)控制指令比較多，指令參數(shù)也比較復(fù)雜，限于篇幅，這里只介紹常用的指令和參數(shù)，詳細(xì)參數(shù)請(qǐng)參考TIA博途軟件的幫助信息。

1.MC_Power指令軸在運(yùn)動(dòng)之前必須先被使能，使用運(yùn)動(dòng)控制指令“MC_Power”可集中啟用或禁用軸。在程序里一直調(diào)用，并且在其他運(yùn)動(dòng)控制指令之前調(diào)用并使能。如果禁用了軸，則用于該軸的所有運(yùn)動(dòng)控制指令都將無效，并將中斷當(dāng)前的所有作業(yè)。下圖為MC_Power指令：2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介

2.MC_Reset指令如圖所示的MC_Reset指令為錯(cuò)誤確認(rèn)，即如果存在一個(gè)需要確認(rèn)的錯(cuò)誤，則可通過上升沿激活Execute端進(jìn)行復(fù)位。使用MC_Reset

指令前，必須已將需要確認(rèn)的未決組態(tài)錯(cuò)誤的原因消除（例如，通過將“軸”工藝對(duì)象中的無效加速度值更改為有效值）。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介3.MC_Home指令軸回原點(diǎn)由運(yùn)動(dòng)控制語句“MC_Home”啟動(dòng)，如圖所示。在回原點(diǎn)期間，參考點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置在定義的軸機(jī)械位置處。如軸做絕對(duì)位置定位前一定要觸發(fā)MC_Home指令?；卦c(diǎn)模式共有4種：①M(fèi)ode=3，主動(dòng)回原點(diǎn)。②Mode=2，被動(dòng)回原點(diǎn)。③Mode=0，絕對(duì)式直接回原點(diǎn)。④Mode=1，相對(duì)式直接回原點(diǎn)。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介4.MC_Halt指令如圖所示的MC_Halt指令為停止軸的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)被激活的運(yùn)動(dòng)指令都可由該指令停止。上升沿使能Execute后，軸會(huì)立即按照組態(tài)好的減速曲線停車。常用該指令來停止通過MC_MoveVelocity指令觸發(fā)的軸的運(yùn)行。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介5.MC_MoveAbsolute指令如圖所示的MC_MoveAbsolute指令為絕對(duì)位置移動(dòng)。使軸以某一速度進(jìn)行絕對(duì)位置定位。在使能絕對(duì)位置指令之前，軸必須回原點(diǎn)。因此MC_MoveAbsolute指令之前必須有MC_Home指令。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介6.MC_MoveRelative指令如圖所示的MC_MoveRelative指令表示相對(duì)位置移動(dòng)。它的執(zhí)行不需要建立參考點(diǎn)，只需要定義運(yùn)行距離、方向及速度。當(dāng)上升沿使能Execute端后，軸按照設(shè)置好的距離與速度運(yùn)行，其方向由距離值的符號(hào)決定。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介7.MC_MoveVelocity指令

下圖為MC_MoveVelocity指令（速度運(yùn)行指令），即使軸以預(yù)設(shè)的速度運(yùn)行。運(yùn)行方向可通過Velocity的管腳來決定；若需要停止時(shí)，可通過MC_Halt停止軸運(yùn)行指令停止，或把速度設(shè)置為0；該指令在運(yùn)行中只有速度，沒有位置，但可指定正反運(yùn)行方向。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介8.MC_MoveJog指令下圖為MC_MoveJog指令（點(diǎn)動(dòng)指令），即在點(diǎn)動(dòng)模式下以指定的速度連續(xù)移動(dòng)軸。在使用該指令的時(shí)候，正向點(diǎn)動(dòng)和反向點(diǎn)動(dòng)不能同時(shí)觸發(fā)。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介9.MC_WriteParam指令

下圖為MC_WriteParam指令（寫參數(shù)指令），可在用戶程序中寫入或更改軸工藝對(duì)象和命令表對(duì)象中的變量。2.運(yùn)動(dòng)控制指令簡(jiǎn)介10.MC_ReadParam指令

下圖為MC_ReadParam指令，即讀參數(shù)指令，可在用戶程序中讀取軸工藝對(duì)象和命令表對(duì)象中的變量。

上圖讀取的是軸的實(shí)際位置值，讀到的數(shù)值放在“Value”中。

注意：使用時(shí)要選擇讀參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，如上圖中為“Real”。3.運(yùn)動(dòng)控制指令的選擇應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用中，我們要對(duì)步進(jìn)或伺服電機(jī)進(jìn)行控制，根據(jù)控制要求的不同，要合理選擇運(yùn)動(dòng)控制指令。下面列舉了常用的運(yùn)動(dòng)功能和所選擇的指令，供讀者參考。1.點(diǎn)動(dòng)功能

點(diǎn)動(dòng)功能至少需要MC_Power，MC_Reset，和MC_Jog指令。2.相對(duì)距離運(yùn)行

相對(duì)速度控制功能，需要MC_Power，MC_Reset，MC_MoveRelative和MC_Halt指令。3.絕對(duì)運(yùn)動(dòng)

絕對(duì)運(yùn)動(dòng)功能需要MC_Power，MC_Reset，MC_Home，MC_MoveAbsolute和MC_Halt指令。

在觸發(fā)MC_MoveAbsolute指令前需要軸有回原點(diǎn)完成信號(hào)才能執(zhí)行。4.以速度連續(xù)運(yùn)行相對(duì)速度控制功能，需要MC_Power，MC_Reset，和MC_MoveVolcity，以及MC_Halt指令。五、職業(yè)技能訓(xùn)練8專業(yè)知識(shí)目標(biāo)掌握步進(jìn)電機(jī)的基本原理和控制方法掌握S7-1200脈沖輸出功能和工藝軸的組態(tài)方法掌握S7-1200運(yùn)動(dòng)控制指令應(yīng)用和調(diào)試方法

職業(yè)能力目標(biāo)能夠根據(jù)要求完成位置控制系統(tǒng)（步進(jìn)、伺服）的方案設(shè)計(jì)；能夠根據(jù)要求完成位置控制系統(tǒng)（步進(jìn)、伺服）的原理圖的繪制；能編寫步進(jìn)電機(jī)控制程序；能夠完成PLC與步進(jìn)系統(tǒng)的調(diào)試；能夠完成步進(jìn)系統(tǒng)與其他站點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信；

素質(zhì)素養(yǎng)目標(biāo)規(guī)范操作、注重質(zhì)量和安全的職業(yè)素養(yǎng)；一絲不茍、精益專注的匠心精神；S7-1200PLC通過PTO方式控制步進(jìn)電機(jī)職業(yè)技能訓(xùn)練8：S7-1200PLC通過PTO方式控制步進(jìn)電機(jī)1.任務(wù)要求現(xiàn)有一套步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M，如圖所示。要求使用S7-1200PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行初步調(diào)試。調(diào)試要求：能夠通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的回原點(diǎn)、點(diǎn)動(dòng)控制、絕對(duì)位置控制、相對(duì)位置控制和以勻速運(yùn)動(dòng)等且無論模組處于何種運(yùn)動(dòng)方式下，按下停止按鈕，模組立即停止。觸摸屏上能夠?qū)崟r(shí)顯示電機(jī)的運(yùn)行速度和位置。職業(yè)技能訓(xùn)練8：S7-1200PLC通過PTO方式控制步進(jìn)電機(jī)2.任務(wù)分析本任務(wù)是通過S7-1200PLC調(diào)試步進(jìn)電機(jī)，基本涵蓋了步進(jìn)電機(jī)的主要?jiǎng)幼鞴δ?。此任?wù)可分為下面幾部分：（1）PLC的選型與配置。根據(jù)要求，我們選擇帶晶體管輸出型的PLC，如CPU1212C（DC/DC/DC），啟用脈沖輸出功能。（2）步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器接線配置。根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)接線圖，連接步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)電機(jī)和模組情況設(shè)置驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，如電機(jī)電流