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、恒速和减速过程。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证在不失步和过冲前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到指定位置。 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www.szzhenhe.com 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突出问题：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，同时又要保证定位精度，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。设刀具或工作台欲从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，最大输出频率为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，假定电机的起动和结束频率是2KHz，最大脉冲频率是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（第1段）周期增量为2，减速部分（第3段）周期增量为1。因第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 //首次扫描为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 //指定包络表起始地址为V500 MOVB 3，VB500 //设定包络表段数是3 MOVW 500，VW501 //设定第一段初始周期为500ms MOVW -2，VD503 //设定第一段周期增量为-2ms MOVD 200，VD505 //设定第一段脉冲个数为200 MOVW 100，VW509 //设定第二段初始周期为100ms MOVW 0，VD511 //设定第二段周期增量为0ms MOVD 1360，VD513 //设定第二段脉冲个数为1360 MOVW 100，VW517 //设定第三段初始周期为100ms MOVW 1，VD519 //设定第三段周期增量为1ms MOVD 400，VD521 //设定第三段脉冲个数为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 //首次扫描为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
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