在自動化和控制系統(tǒng)中，運動控制器和可編程邏輯控制器(PLC)扮演著至關(guān)重要的角色。盡管它們經(jīng)常被用于實現(xiàn)工業(yè)機械的自動化控制，但它們的設(shè)計目標、功能和應(yīng)用范圍存在顯著差異。在工業(yè)自動化領(lǐng)域當中，運動控制一直是PLC應(yīng)用領(lǐng)域當中的重要組成部分。運動控制器專門設(shè)計用于精密地控制機械運動的軌跡、速度、加速度和位置。這些設(shè)備通常用于要求高精度和復(fù)雜運動控制的場合，如機器人臂、CNC機床、半導(dǎo)體制造設(shè)備和其他自動化裝配線。運動控制器強調(diào)高速、精確的點對點移動，以及多軸協(xié)調(diào)運動的能力。而步進電機由于其性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、運行平穩(wěn)、噪音低等特點，被廣泛應(yīng)用在有精度要求的定位控制場合。對于絕大多數(shù)步進控制系統(tǒng)，都使用的是開環(huán)控制，因為控制簡單。

有些情況下，增加編碼器的方式，組成步進閉環(huán)控制系統(tǒng)，既能降低設(shè)備體積，還可以減少步進電機丟步的風險，相比伺服系統(tǒng)成本更低。本文以西門子PLC為控制器，結(jié)合編碼器和步進電機組成閉環(huán)系統(tǒng)，以供參考。

1.系統(tǒng)硬件組成

因為需要組成步進閉環(huán)系統(tǒng)，所以在選取PLC的時候，需要滿足兩個條件，支持脈沖輸出，支持高速計數(shù)器輸入。在這里使用S7-200 SMART ST20，它具有2個100KHz的脈沖輸出，6個高速計數(shù)器，滿足步進閉環(huán)控制的性能要求。

步進電機使用研控步進電機YK57HB76-04A，該電機步距角為1.8°，保持轉(zhuǎn)矩為2.0 N.m。驅(qū)動器使用配套的型號YKE2405M，電流在1.5-4.0A可調(diào)，細分可在400-40000之間設(shè)置。在本項目中，細分設(shè)置為1000，即PLC發(fā)送1000個脈沖，電機旋轉(zhuǎn)一圈。

由于閉環(huán)的需要，需要使用一款編碼器，這里選取歐姆龍的增量編碼器E6B2-CWZ6C 1000P/R 3M，其分辨率為1000脈沖/圈，將其直接安裝在步進電機的輸出軸上。

綜上所述，那么我們可以得到該步進控制系統(tǒng)的關(guān)系：PLC發(fā)送一千個脈沖，步進電機旋轉(zhuǎn)一圈，編碼器也旋轉(zhuǎn)一圈。

為了更好的發(fā)送脈沖的輸入指令，通常使用觸摸屏。觸摸屏輸入脈沖指令，給到PLC，PLC再發(fā)送給步進驅(qū)動器，步進驅(qū)動器驅(qū)動電機。完成一系列的控制。在實際應(yīng)用的時候，為了操作員的易讀懂、方便度量，通常將輸入的單位轉(zhuǎn)化為毫米。本案使用的是絲桿結(jié)構(gòu)，導(dǎo)程為10mm，即發(fā)送1000脈沖，電機移動10mm。本機以威綸通的觸摸屏MT8051IP作為參數(shù)輸入界面，當輸入長度為P時，指令脈沖的數(shù)量為Q = 100P，步進電機運轉(zhuǎn)時編碼器的反饋脈沖為F，F(xiàn)=Q。總的系統(tǒng)硬件方框圖如圖1示：

圖1 系統(tǒng)硬件方框圖片描述

2.系統(tǒng)主要控制功能

系統(tǒng)控制軟件功能包括長度與指令脈沖換算，位置控制參數(shù)設(shè)定及定位控制，脈沖反饋及閉環(huán)控制，超差處理等

圖2 系統(tǒng)軟件框圖

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