西门子模块6ES7352-1AH02-0AE0详细说明

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1 引言

某进口设备大面积的严重损坏。经过修理，更换了一大批电子元件，才勉强恢复原有的技术指标。但其工作已不是很可靠。由于该设备已停产，并且没有相关的代替设备。为配合生产需要，我们投入了对该设备的研制。原设备完全由晶体管电路构成，考虑到研制周期及可靠性等因素。我们决定采用plc（fx2n-32t）和触摸屏（mt506s）控制技术重新进行设计。

2 功能概述

该设备实质上就是一台**的测控步进电机装置的设备。步进电机装置由步进电机及其相关电路组成。该设备功能包括：距离（工作步数）设定、启动、位置显示及清零，（自动、手动）连续或单次运行，（自动、手动）回原点，步进电机欠电流检测报警，原点到位显示等。

3 装置原理介绍

3.1 系统工作原理

触摸屏作为人机界面，用来显示并进行操作;plc作为控制器，接收触摸屏的设定数据并进行逻辑处理，再控制步进电机。步进电机装置是受控对象，不能进行修改。它包括多种电源形式：步进电机工作在－24v三相双三拍直流矩形波的供电方式，还包括＋12v、－12v、+5v等电压和极性不同的信号。为了使多种信号的检测和驱动、步进电机装置相匹配，增加了信号的转换电路。

3.2 转换电路原理

信号转换电路的部分电路，

当5v或0v信号到达电阻r1后，通过光电耦合器使plc输入1信号接通，此时电机回原点运行的过程中开始计数，记录运行步数。当+12v信号到达“±12v信号”后，首先点亮发光管d6，然后通过光电耦合器u1-3使plc输入3接通，指示到达原点，电机停止运行;当-12v信号到达“±12v信号”后，通过光电耦合器u1-2使plc输入2接通，**出设定极限。当-12v信号到达“-12v信号2”通过光电耦合器u1-3使plc输入接通，指示到达原点，电机停止运行。

3.3 电流检测原理

在步进电机驱动器中，内置了电流检测电路。电机发生断电或欠电流运行时，发出报警信号，使系统停止运行。检测原理是利用三相双三拍步进电机的工作特性，在任意时刻均有两相得电。只要检测任意时刻流过公共地线的电流大于相应额定电流的2/3即可认为工作正常，如小于相应额定电流的2/3，则认为欠电流运行。电路原理和时序图。

r是电流检测电阻，c用于竞争。在图4中in表示三相双三拍电机流过公共点电流检测电阻的额定工作电流;in表示检测电流的门限，in=2/3in;i表示电机的实际工作电流。alm表示欠电流报警。系统运行后，当i≥in时，alm报警，直到故障排除，系统复位后报警解除。图4中的细实线表示alm未报警时的时序图。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），其旋转以固定的角度运行。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的;同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度而达到调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为**）而广泛应用于各种开环控制。

1 定位原理及方案

1.1 步进电机加减速控制原理

步进电机驱动执行机构从一个位置向另一个位置移动时，要经历升速、恒速和减程。当步进电机的运行频率低于其本身起动频率时，可以用运行频率直接起动并以此频率运行，需要停止时，可从运行频率直接降到零速。当步进电机运行频率fb>fa（有载起动时的起动频率）时，若直接用fb频率起动会造成步进电机失步甚至堵转。同样在fb频率下突然停止时，由于惯性作用，步进电机会发生过冲，影响定位精度。如果非常缓慢的升降速，步进电机虽然不会产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。所以对步进电机加减速要保在不失步和过冲前提下，用较快的速度（或较短的时间）移动到*位置。

步进电机常用的升降频控制方法有2种：直线升降频（图1）和指数曲线升降频（图2）。指数曲线法具有较强的跟踪能力，但当速度变化较大时平衡性差。直线法平稳性好，适用于速度变化较大的快速定位方式。以恒定的加速度升降，规律简练，用软件实现比较简单，本文即采用此方法。

1.2 定位方案

要保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转一个步距角所移动的距离不能太大，而且步进电机的升降速要缓慢，以防止产生失步或过冲现象。但这两个因素合在一起带来了一个**问题：定位时间太长，影响执行机构的工作效率。因此要获得高的定位速度，同时又要保定位精度，可以把整个定位过程划分为两个阶段：粗定位阶段和精定位阶段。粗定位阶段，采用较大的脉冲当量，如0.1mm/步或1mm/步，甚至更高。精定位阶段，为了保证定位精度，换用较小的脉冲当量，如0.01mm/步。虽然脉冲当量变小，但由于精定位行程很短（可定为全行程的五十分之一左右），并不会影响到定位速度。为了实现此目的，机械方面可通过采用不同变速机构实现。

工业机床控制在工业自动化控制中占有重要位置，定位钻孔是常用工步。设或工作台欲从A点移至C点，已知AC=200mm，把AC划分为AB与BC两段，AB=196mm，BC=4mm，AB段为粗定位行程，采用0.1mm/步的脉冲当量依据直线升降频规律快速移动，BC段为精定位行程，采用0.01mm/步的脉冲当量，以B点的低频恒速运动完成精确定位。在粗定位结束进入精定位的同时，PLC自动实现变速机构的更换。

2 定位程序设计

2.1 PLC脉冲输出指令

目前较为先进的PLC不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令，而且还提供了丰富的功能指令。Siemens S7-200系列PLC的PLUS指令在Q0.0和Q0.1输出PTO或PWM高速脉冲，较大输出频率为20KHz。脉冲串（PTO）提供方波输出（50%占空比），用户控制周期和脉冲数。脉冲宽度可调制（PWM）酮能提供连续、变占空比输出，用户控制周期和脉冲宽度。本文采用PTO的多段管线工作方式实现粗定位，PTO的单段管线方式实现精定位。

上述例子中，定电机的起动和结束频率是2KHz，较大脉冲频率是10KHz。在粗定位过程中，用200个脉冲完成升频加速，400个脉冲完成降频减速。使用PLC的PTO多段管线脉冲输出时，用下面的公式计算升降频过程中的脉冲增量值。

给定段的周期增量=（ECT—ICT）/Q

式中：ECT=该段结束周期时间

ICT=该段初始周期时间

利用这个公式，加速部分（*1段）周期增量为2，减速部分（*3段）周期增量为1。因*2段是恒速部分，故周期增量为0。如果PTO的包络表从VB500开始存放，则表1为上例的包络表值。

2.2 源程序

//主程序

LD SM0.1 //**扫描为1

R Q0.0，1 //复位映像寄存器位

CALL 0 //调用子程序0，初始化粗定位相关参数

LD M0.0 //粗定位完成

R Q0.0，1

CALL 1 //调用子程序1，初始化精定位相关参数

//子程序0,粗定位

LD SM0.0

MOVB 16#A0，SMB67 //设定控制字：允许PTO操作，选择ms增量，选择多段操作

MOVW 500，SMW168 //*包络表起始地址为V500

MOVB 3，VB500 //设定包络表段数是3

MOVW 500，VW501 //设定**段初始周期为500ms

MOVW -2，VD503 //设定**段周期增量为-2ms

MOVD 200，VD505 //设定**段脉冲个数为200

MOVW 100，VW509 //设定*二段初始周期为100ms

MOVW 0，VD511 //设定*二段周期增量为0ms

MOVD 1360，VD513 //设定*二段脉冲个数为1360

MOVW 100，VW517 //设定*三段初始周期为100ms

MOVW 1，VD519 //设定*三段周期增量为1ms

MOVD 400，VD521 //设定*三段脉冲个数为400

ATCH 2，19 //定义中断程序2处理PTO完成中断

ENI //允许中断

PLS 0 //启动PTO操作

//子程序1，精定位

LD SM0.0 //**扫描为1

MOVB 16#8D，SMB67 //允许PTO功能，选择ms增量，设定脉冲数和周期

MOVW 500，SMW68 //设定精定位周期为500ms

MOVD 400，SMD72 //设定脉冲个数为400

ATCH 3，19 //定义中断程序3处理PTO完成中断

ENI //允许中断

PLS 0 //启动PTO操作

//中断程序2

LD SM0.0 //一直为1

= M0.0 //启动精定位

//中断程序3

LD SM0.0 //一直为1

= M0.1 //实现其他功能

引言

大型轴承内、外套上的分度、打孔是轴承中的关键工序，它的工艺水平和质量的高低直接影响轴承的质量、寿命和制造成本。目前轴承行业大型轴承内、外套的分度方式普遍采用人工分度方式，其分度精度低、累积误差大、工作效率低、工人劳动强度大，对轴承性能的提高造成很大的影响。我们所研制的大型数控分度头，采用plc可编程控制器，控制步进电机驱动蜗轮蜗杆对执行工件进行自动分度，结构简单、制造费用低，较好地解决了生产中的实际问题。

总体设计方案

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非**载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。其重要特点是只有周期性的误差而无累积误差。步进电机的运行要有步进电机驱动器这一电子装置进行驱动，这种装置就是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：

控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。

在我们所设计的数控分度头中，就是利用这*性关系，用plc进行电气控制、编写分度算法程序，控制脉冲信号的频率和脉冲数，步进电机驱动蜗轮蜗杆对执行工件进行精确分度，并可实现调整、手动分度、自动分度等多种电气控制。

电气控制方案为plc＋步进电机及可细分驱动器+数显尺。plc选用dvp20eh00t，ac220v供电20点200hz晶体管输出类型；根据分度精度要求考虑，选用可细分驱动器及步进电机，考虑分度时对工件的扭矩m=fr=fnr，计算出较大扭矩为27nm。按矩频特性选取步进电机，选130byg350a型三相混合式步进电机及配套细分驱动器ms-3h130m。

该数控分度头在径向安装数显尺来控制径向分度尺寸；由plc控制步进电机轴向分度。操作人员启动电源，输入分度数后，调整/分度开关置于分度位置即可实现手动或自动分度。在自动分度中可实现分度机构的松开、上升、分度、下降、卡紧再松开的顺序控制。

分度算法

设总孔数为d2，总脉冲数d0，分度脉冲可计算为：d0/d2=d4+d5（余数）。若d5=0时，步进电机每转动一次，电机转角控制脉冲均为d4。若d5≠0时，将d5与孔数的一半（d2/2=d8）进行比较，若小于孔数的一半，步进电机先按d4个脉冲分度，步进电机每转过一个分度角，余数d5累积一次，当累积数大于d8时，步进电机则按d4+1个脉冲分度一次，此时累积数减去d4+1脉冲的余数即d2-d5，然后再按d4个脉冲分度，依次类推直至分度完毕；若余数大于孔数的一半，步进电机先按d4+1个脉冲分度，余数按d2-d5累积，当累积数大于d8时，步进电机则按d4个脉冲分度一次，此时累积数减去d4脉冲的余数d5，然后再按d4+1个脉冲分度，依次类推直至分度完毕。这样的分度算法，使孔与孔之间的分度误差始终小于一个脉冲当量，可以实现在3600转角误差为0的分度精度要求。

结束语

该大型数控分度头应用于1000mm～2000mm的轴承内、外套的分度。主要优点为：（1）分度精度高。驱动器在较高细分10000工作状态下，孔孔之间分度误差可控制在7.3μm，可以实现3600转角误差为0的分度精度要求，满足了工件的分度要求。（2）工作效，分度速度快。选用的plc较高频率为200hz，在自动分度工作状态下，50个孔的分度工作不足十分钟即可完成。（3）操作灵活、简便。该数控分度头实现调整（不分度）、手动或自动分度等电气操作。人工分度方式需要测量、画线等费工费时，由plc控制的步进电机自动分度方式只需输入分度数，即可实现分度的多种控制。（4）该数控分度头经济、实用。投入使用后，较好地解决了以往大型轴承内、外套的分度存在的问题，提高了轴承产品质量，降低工人劳动强度。