【正文】 當(dāng)用戶選擇一個(gè) USS
。通過 USS 指令，用戶可以控制這 個(gè)物理驅(qū)動(dòng)，并讀 /寫驅(qū)動(dòng)參數(shù)。 STEP 7Micro/WIN 提供一個(gè)調(diào)制解調(diào)擴(kuò)展向?qū)?，它可以幫助用戶設(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)端的調(diào)制解調(diào) 器，或者設(shè)置將 S7200 連 向遠(yuǎn)端設(shè)備的調(diào)制解調(diào)模塊。 創(chuàng)建調(diào)制解調(diào)模塊程序 使用 EM241調(diào)制解調(diào)模塊可以將 S7200直接連到一個(gè)模擬電話線上，并且支持 S7200全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 與 STEP 7Micro/WIN 的通訊。該向?qū)Э梢陨晌豢刂噶?，用戶可以? 這些指令在應(yīng)用程序中對(duì)速度和位置進(jìn)行動(dòng) 態(tài)控制。 EM253 位控模塊一用于速度和位置控制的附加模塊。 運(yùn)動(dòng)控制 S7200 提供有開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的三種方式： 脈寬調(diào)制（ PWM)—— 內(nèi)置于 S7200，用于速度、位置或占空比控制。 （ 4）對(duì)用戶程序進(jìn)行文檔管理，加密處理等。 （ 3）在編輯程序的過程中進(jìn)行語法檢查，可以避免一些語法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。在脫機(jī)方式時(shí)，計(jì)算機(jī)與 PLC 斷開連接，此時(shí)能完成大部分的基本功能，如編程、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計(jì)算機(jī)的磁盤上。它的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件的開發(fā)，其主要實(shí)現(xiàn)以下功能。 它的優(yōu)點(diǎn)很明顯：適用于 所有 SIMATIC S7200 PLC 機(jī)型軟件編程；同時(shí)支持 STL、LAD、 FBD 三種編程語言，用戶可以根據(jù)自己的喜好隨時(shí)在三者之間切換；軟件包提供無微不至 的幫助功能，即使初學(xué)者也能容易地入門；包含多國(guó)語言包，可以方便地在各語言版本間切 換；具有密碼保護(hù)功能，能保護(hù)代碼不受他人操作和破壞 [15]。STEP 7Micro/WIN 編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán) 境。 S7200 CN CPU 必須配合 STEP7Micro/WIN SP3 或以上版使用。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走一步，環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一，當(dāng)步數(shù)減為零時(shí)，停止環(huán)形脈沖分配，等待下一次的脈沖輸入。二是 PLC 本身的輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管，以滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。一是在此應(yīng)用的 PLC最好是具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)的 PLC，使輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫芝或更高。 PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 西門子 PLC 本身帶有高速脈沖計(jì)數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為10KHz，能夠滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求。為此要求線路設(shè)置必要的聯(lián)鎖環(huán)節(jié)，如圖 所示。 按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕 SB2，正向接觸器 KM2 通電， KM2 主觸頭和自鎖觸頭閉合，電動(dòng)機(jī) M 反轉(zhuǎn)。當(dāng)控制輸入信號(hào)為低電平時(shí)， T1 截止，輸出高電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導(dǎo)通，因此繞組中無電流流過；當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)， T1 飽和導(dǎo)通， 于是紅外發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 使光敏三極管導(dǎo)通，向功率驅(qū)動(dòng)級(jí)晶體管提供基極電流， 使其導(dǎo)通，繞組被通以電流。由 T T3 兩個(gè)三極管組成達(dá)林頓式功放電路， 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的 3 個(gè)繞組，使電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到近 2A。在圖中三極管 T1 起開關(guān)作用。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 圖 為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。另外， SMD340C 還具有許多非同尋常的特性，能充分控制電機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)械性能，以獲得最大工作效率 。 SMD340C 三相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是常州華音電子有限公司引進(jìn)德國(guó)技術(shù)和器件生產(chǎn)的新一代三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ,具有非常好的性價(jià)比。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行功率放大、環(huán)形分配，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) [14]。而方向由繞組通電的順序決定。 圖 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 在定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，當(dāng) A 相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)應(yīng)時(shí)， B 相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開 1/3 齒距， C 相則錯(cuò)開2/3 齒距。 定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。規(guī)格： D 為 75mm； D1 為 31mm； 高 H 為 2mm； d 為 8mm； E 為 18mm； L 為 60mm； D2 為 68mm； MS 為 4M3。 m(該型號(hào)的步矩角為 。 常用軟元件有：輸入繼電器（ I）、通用輔助繼電器 (M)、輸出繼電器 (Q)、特殊繼電器(SM)、局部變量存儲(chǔ)器 (L)、變量存儲(chǔ)器 (V)、順 序控制繼電器 (S)、計(jì)數(shù)器 (C)、定時(shí)器 (T)、模擬量輸入映像寄存器 (AI)、高速計(jì)數(shù)器 (HC)、模擬量輸出映像寄存器 (AQ)、累加器 (AC)等。為了把這種元器件和傳統(tǒng)電氣控制電路中的繼電器區(qū)別開來，把它們成為軟元件或者軟繼電器。 軟元件 用戶使用的 PLC 中的 每一個(gè)輸入 /輸出、內(nèi)部存儲(chǔ)單元、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等都稱作軟元件。 相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為充分和方便利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)、使用的一些設(shè)備，主要有人機(jī)操作界面、編程設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 特殊功能 模塊：當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，需要擴(kuò)展功能模塊。根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)不同、性質(zhì)不同、供電電壓不同， I/O擴(kuò)展模塊有多種類型。 擴(kuò)展單元：擴(kuò)展單元，又稱擴(kuò)展模塊。它由 CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入 /輸出點(diǎn)和電源等組成，是 PLC 的主要部分。它還可以進(jìn)行靈活的擴(kuò)展，如果 (I/O)點(diǎn)不夠，則可增加 (I/O)擴(kuò)展模塊；如果需要其他特殊功能，如特殊通信或定位控制等，則可以增加全套設(shè)計(jì)（圖紙 ）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 相應(yīng)的功能模塊。 CPU226XM：它是西門子公司推出的一款增強(qiáng)型主機(jī)，主要在用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和 CPU 226 相同。 CPU224：和前兩者相比，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，使用很普遍。 CPU 22X 系列具有不同的技術(shù)性能，使用于不同要求的控制系統(tǒng)： CPU 221：用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)處理能力，適合用于點(diǎn)數(shù)少的控制系統(tǒng)。本書將介紹 CPU22X 系列產(chǎn)品。 從 CPU 模塊的功能來看， SIMATIC S7200 系列小型 PLC 發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代： 第一代產(chǎn)品，其 CPU 模塊為 CPU 21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同配置的 CPU單元： CPU 212， CPU 214， CPU 215 和 CPU 216，本書不介紹該產(chǎn)品。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。 西門子最早的小型 PLC 產(chǎn)品是在上世紀(jì) 末推出的 S7200CPU21*系列的 PLC，但很快就被 CPY22*系列的產(chǎn)品所取代了。在 2020 年以前，西門子在中國(guó)市場(chǎng)的 PLC 產(chǎn)品主要是大中型 PLC，日本的小型 PLC 占據(jù)了中國(guó)大部分的市場(chǎng)份額。 本設(shè)計(jì)選用西門子 S7200 PLC 通過控制驅(qū)動(dòng)器來控制步進(jìn)電機(jī)。如圖 所示，這是一種軟 軟結(jié)構(gòu)，脈沖生成器和脈沖分配器均有可編程序控制器程序?qū)崿F(xiàn)。這種控制驅(qū)動(dòng)方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，同時(shí)占用 CPU 時(shí)間較少，用可編程控制器全部實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)器和控制器的功能。 （ 3） 軟 —— 硬結(jié)構(gòu) 如圖 所示，這種步進(jìn)電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由軟件脈沖生成器、硬件脈沖分配器和全套設(shè)計(jì)（圖紙 ）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 硬件驅(qū)動(dòng)器組成。用工業(yè)控制機(jī)、單片機(jī)、可編程序控制器控制步進(jìn)電機(jī)、普通個(gè)人計(jì)算機(jī)一般均可采用這種結(jié)構(gòu)。這種控制驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)行速度比較快，但是功能單一，電路復(fù)雜。 步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)方法很多，按照使用的控制裝置來分可以分為 :普通集成工業(yè)控制機(jī)控制電路控制、可編程控制器控制、單片機(jī)控制等幾種；按 照控制結(jié)構(gòu)可分為 :硬脈沖生成器硬脈沖分配結(jié)構(gòu) (硬 硬結(jié)構(gòu) )、軟脈沖生成器軟脈沖分配器結(jié)構(gòu) (軟 軟結(jié)構(gòu) )、軟脈沖生成器硬脈沖分配器結(jié)構(gòu) (軟 硬結(jié)構(gòu) ) [11]。所以只 要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的順序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。然而，其基本原理是不變的，即：是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度。 圖 三相單六拍正向 時(shí)序圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 PLC控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)思路 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖 所示： 圖 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成線位移或者角位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。并使用 PLC 產(chǎn)生各種時(shí)序的脈沖。而當(dāng) AB同時(shí)通電時(shí) , 由于兩個(gè)磁力的作用 , 定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次 , 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 176。若 A 相斷電 , B 相通電 , 由于磁力的作用 , 轉(zhuǎn)子的齒與定子 BB 上的齒對(duì)齊 , 轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過 3176。當(dāng) A 相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊時(shí) , B 相磁極上的齒剛好超前或滯后轉(zhuǎn)子齒輪 1／ 3 齒距角 , C 相磁極齒超前或滯后轉(zhuǎn)子齒 2／ 3齒距角。 , 轉(zhuǎn)子上沒有繞組 , 只有均勻分布的個(gè) 40 小齒 , 齒槽也是等寬的 , 齒間夾角也是 , 與磁極上 的小齒一致。三相步進(jìn)電機(jī)可構(gòu)成三相控制繞組 , 若任一相繞組通電 , 便形成一組定子磁極。定子鐵芯由電工鋼片疊壓而成。 三相六拍步進(jìn)電機(jī)是一典型徑向分相、單 定子、反應(yīng)式伺服電機(jī)。而且，電機(jī)是三拍的工作方式時(shí)，其分辨率為 3 度，六拍的工作方式時(shí)，分辨率是 度。工作方式是單三拍時(shí)通電時(shí)間最短，雙三拍時(shí)允許放電時(shí)間最短，六拍時(shí)通電時(shí)間和放電時(shí)間最長(zhǎng)。三相步進(jìn)電機(jī)可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙三拍，三相單六拍。調(diào)節(jié)發(fā)出的脈沖頻率，就能對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。 控制步進(jìn)電機(jī)的速度 每次給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)動(dòng)一步。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三相三拍工作方式，其各相通電順序 為 A→ B→ C→ A，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A、 B、 C、 D 相的通斷 。并且， PLC 有采用大功率晶體管的輸出端口，能夠滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù) 10V 級(jí)脈沖電壓、 1A 級(jí)脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。所以只要控制指令脈沖的頻率、數(shù)量及電機(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的速度、輸出位移量和轉(zhuǎn)向。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出軸便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度。 目前利用可編程序控制器（即 PLC 技術(shù)）可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢(shì)性。對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行全套設(shè)計(jì)（圖紙 ）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 綜合設(shè)計(jì)。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。 PLC 控制 系統(tǒng)既具有較高的控制精度，良好的控制性能，又能穩(wěn)定可靠地工作。 （ 6） 質(zhì)量小、體積小、功耗低，由于 PLC 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品，因而結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，質(zhì)量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和適應(yīng)環(huán)境溫度、濕度變化的能力。在維修方面， PLC 的故障率很低，且有完善的診斷和實(shí)現(xiàn)功能，一旦 PLC 外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，就可根據(jù) PLC 上發(fā)光二極管或編程器上提供的 信息， 快速 查明原因。 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的計(jì)數(shù)器等部件、時(shí)間繼電器、中間繼電器，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。 該語言編程表達(dá)方式和元件的符號(hào)與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。 （ 4） 編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握。軟件方面，設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。 PLC 的輸入、 輸出電路一般用光電耦合器來傳遞信號(hào)，使外部電路與 CPU 之間無電路聯(lián)系， 有效地抑制了外部干擾源對(duì) PLC 的影響，同時(shí)，還可防止外部高電壓竄入 CPU 模塊。針對(duì) PLC 是專為在工業(yè)環(huán) 境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，故采取了一系列軟件和硬件抗干擾措施。 （ 3） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 因此，它既可對(duì)模擬量進(jìn)行控制，也可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，既可控制 1 條生產(chǎn)線、 1 臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械，也可控制 1個(gè)生產(chǎn)過程。 （ 2） 功能性強(qiáng)，適 用 面廣。由于 PLC 產(chǎn)品的模塊化和系列化， PLC 配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。另外步進(jìn)電機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。還可以通過控制頻率改變步進(jìn)電機(jī)的加速度和轉(zhuǎn)速，達(dá)到任意調(diào)速的目的，因此步進(jìn)電機(jī)可以廣泛的應(yīng)用于各種不同的系統(tǒng)領(lǐng)域中。 步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，由于步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。 （ 8）步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。 （ 6）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。 （ 4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及變速。 （ 3）由驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常非?？煽俊⒘畠r(jià)又簡(jiǎn)單。 （ 2） 電動(dòng)機(jī)輸出軸的角