西门子模块6ES7322-1HF10-0AA0功能参数

西门子模块6ES7322-1HF10-0AA0功能参数

一、系统硬件

本系统采用软件环分驱动大量工作由软件完成。硬件电路十分简单。
同PLC 配合闭环控制步进电机是该驱动器的一种典型应用。

二、系统工作原理

众所周知普通的PLC 可编程控制器输入为OC 门或继电器很少有高速脉冲输出口但一般有脉冲计数输入接口。我们利用这一特征点通过以下配置可方便的完成机械运动的过程或位置控制。
在机械运动机构上安装过程控制使用的长光栅并在运动机构一端设定限位开关为机械原点(可用光电、霍尔元件) 远离限位开关为步进电机运行的正方向。当步进电机通电后向机械原点运行当碰到限位开关时 PLC 内部的计数器自动清零。如我们要进行机械运动的过程控制通过光栅与步进电机带动的机械部件相连确定步进电机与
光栅的脉冲当量值之后即可在PLC 可编程控制器上编程实现高速的过程控制了。例如:步进电机的脉冲当量为01001mm 与之配合的光栅反馈脉冲也选配输出每个脉冲为01001mm 这样步进电机每走一步光栅反馈一次信号到PLC 内计数器则加(或减) 一。

由于该步进电机控制驱动器有7 种速度可选在不同的运动情况下选不同的速度当运行到确定的位置后停止步进电机即可。同时控制驱动器内还自带升降频控制、整步/ 细分切换等功能所以PLC 的控制使用十分方便。

步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点.电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。步进电机接线是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机接线方法广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。　　 

选择步进电机时，要保步进电机的输出功率大于负载所需的功率。步进电机接线方法而在选用功率步进电机时，要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可。

步进电机接线在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩在矩频特性曲线的范围内。一般地说大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。

选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。步进电机接线方法在机械传动过程中为了使得有小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。

步进电机接线方法细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之速连续工作频率能满足机床快速移动的需要

1  引言
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。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它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”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
有些类型的PLC如三菱FX-2N和西门子S7-200晶体管输出类型可输出高速脉冲,但是S7-300的PLC使用功能模块FM353,如无此模块,可用S7-300使用循环中断OB35控制高速脉冲的产生,驱动晶体管输出模块的输出代替FM353,,驱动步进电机定位,是一种经济的解决方案。

2  系统组成
工件自动分拣系统由上料装置、输料皮带、气动横梁机械手、八工位料盘和各种传感器等组成。
工件由料筒推出,经皮带运送至机械手下方。输料皮带的两侧安装有电容传感器、电感传感器、颜色传感器、光电传感器及对射传感器等传感器,使用传感器分辨被分拣的工件的材质和颜色。
被分拣的工件有2个白色塑料工件、2个黑色塑料工件和4个金属工件共8个,被随机放置在井式料筒中。料筒中的工件被推出后经输料皮带送至气动横梁机械手下方,经机械手放置在八工位料盘相应的位置上,如表1所示。八工位料盘被分为3个区,8个工位,如图1所示,每转过一个工位,需旋转45°,料盘在初始位置由霍尔传感器定位。气动横梁机械手放置工件的位置是固定的,为3区1号工位的位置。如果想把被分拣的工件放置在1区2号工位,则需料盘逆时针旋转90°,将1区2号工位旋转到3区1号工位的位置,气动机械手将工件放好后提升,料盘再顺时针旋转90°,回到初始位置。3  解决方案
3.1  步进电机的驱动
系统使用步进电机控制料盘的旋转,步进电机使用步进驱动器驱动,步进驱动器的型号为YKA2608MC,它是等角度恒力矩细分型步进驱动器,驱动电压DC24-80V,采用单电源供电。适配6或8出线电流在6.0A以下,外径57-86mm的各种型号的二相混合式步进电机。步进电机和驱动器的接线如图2。3.2  步进驱动细分数
步进电机固有步距角 1.8°,PLC每发出一个控制脉冲至步进驱动器,驱动器驱动步进电机旋转1.8°,如驱动器设置细分数,则该固有步距角被细分,如细分数为5,则旋转1.8°需5个脉冲。YKA2608MC细分数表如表2 。
3.3  循环中断组织块OB35
循环中断组织块,按一定时间间隔循环执行中断程序,间隔时间从STOP切换到RUN模式时开始计算。可以使用的循环中断组织块的个数与CPU的型号有关,S7-300除CPU318外只能使用OB35,工件自动分拣控制系统使用的CPU是CPU315-2DP,使用OB35, OB35默认的时间间隔为100ms。
如果使用晶体管输出Q8.5作为步进驱动的脉冲信号,需在OB35中编程如下,

Q8.5的状态会随OB35的每次调用后翻转,输出方波信号如图。OB35的循环周期在CPU属性组态窗口中设置,如图  将OB35的循环时间为设置为5ms,每隔5ms执行一次OB35, 
则Q8.5的输出脉冲的周期为T=10ms,频率f=1/T=100Hz。3.4  循环中断组织块OB35的和禁止
如果不对OB35的执行加以控制,则在运行过程中OB35自动被执行,Q8.5一直输出方波信号[1]。由于Q8.5信号的处理程序放置在OB35中,当需要的脉冲个数输出完毕,禁止OB35的执行,从而控制脉冲输出的个数;需要输出脉冲时,OB35,从而使八工位料盘转动。由于OB35无SFC和禁止,因此使用通用的SFC40和SFC39来和禁止OB35,如图4所示 ,并且使用上升沿触发相应的SFC。

4  控制系统程序
4.1  系统程序结构
系统编程采用模块化编程的方法,子程序为FC1和FB1。其中各程序的功能如下:
OB1: 主程序
OB35: 循环中断    
FC1: 上料、输料皮带控制及检测元件材质、颜色登记
FB1: S7-Graph编程,主要控制气动横梁机械手
DB1: FB1的背景数据块 
SFC64: 读系统时间
FC72: FB1运行的主要代码
DB1、SFC64 和 FC72在编译FB1过程中自动产生
SFC40“EN_INT”是启用新中断和异步错误处理的系统功能,OB35执行
SFC39“DIS_INT”是禁用新中断和异步错误处理的系统功能,禁止OB35的执行
4.2  主程序流程

程序说明:
1)  料筒中随机推出的工件经输送带两侧的传感器检测后,产生的信号在OB1中调用SFC40,OB35执行,输出高速脉冲,高速脉冲的个数由工件的颜色和材质决定,并把这些需计数的脉冲个数赋值给减计数器。在OB35中使用减计数器对Q8.5输出的脉冲计数,当减计数器计数为零时,通过比较指令控制SFC39执行,禁止OB35执行,控制Q8.5产生的脉冲个数,从而控制料盘停止的位置。在控制SFC39和SFC40时均需使用上升沿信号控制,在一个扫描周期内两个SFC块同时被,会导致系统停机。
2)  FB1采用S7-Graph的编程方法,该方法能够快速、准确地编制顺控程序,控制气动横梁机械手的执行,八工位料盘的控制程序与横梁机械手程序并行执行,提高了工作效率。

5  监控组态画面二类主站使用的是威纶触摸屏MT6100I,与S7-300PLC使用MPI通信,自动和手动控制画面如图6和图7,料盘各工位放置工件情况如图8,其中放置工件的工位显示为。

6  结束语

该设备覆盖的知识面广,分别涉及PLC控制、气动传动、变频器、触摸屏应用及步进控制等内容,尤其是八工位料盘的步进控制,在无功能模块FM353的情况下,用晶体管输出模块代替该功能块,输出高速脉冲驱动步进电机,在实验室应用中了良好的效果,是一种经济的解决方案。

1 概 述

在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可编程控制器（简称PLC）以其通用性强、性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。特别是在组合机床自动生产线的控制及CNC机床的S、T、M功能控制显示出其的性能。PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低70~，甚至只占用自动线控制单元PLC的3~5个I/O接口及<1KB的内存。特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。

2 PLC控制的数控滑台结构

一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。

3 数控滑台的PLC控制方法

数控滑台的控制因素主要有三个：

3.1 行程控制

一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：

n= DL/d （1）

式中 DL——伺服机构的位移量（mm）

d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）

3.2 进给速度控制

伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率:

f=Vf/60d (Hz) (2)

式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)

3.3 进给方向控制

进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现