PLC简单案例讲解——机器人周边设备控制

一、设计思路

1、用PLC控制一维运动平台实现电机的自动正反转运行及手动正反转运行；

2、一维运动平台的行程两端各有一行程开关，分别定义为正向限位和负向限位；

3、在电机自动正反转运行前，需对电机进行复位。复位的过程是：启动电机往负向运行，运行至负向限位后，往正向运行一段距离，将该位置作为电机自动正反转运行的初始位置；

4、复位完成后，按下正转按钮，电机往正向运行一段距离（该距离通过运动包络参数设定），到位后停止。按下反转按钮，电机往负向运行一段距离，到位后停止；

5、如正反转运行过程中，触动行程开关，电机停止运行。此时可通过手动正反转按钮控制电机运行离开限位开关，或按下复位按钮对平台重新复位；

6、触动行程开关后，需重新复位才能进行自动正反转运行控制；

7、在电机运行过程中，任何时刻均可通过“停止按钮”和“急停按钮”控制其停止运行；

8、停止运行后，需重新复位才能进行自动正反转运行控制；

9、“复位指示灯”、“运行指示灯”和“停止指示灯”用来指示一维平台的运行状态。

二、机械本体

三、硬件电路

S7-200 CPU提供两个高速脉冲输出点（Q0.0和Q0.1）,可以分别工作在PTO(脉冲串输出）和PWM（脉宽调制）状态下。使用PTO或PWM可以实现速度、位置的开环运动控制。

PTO功能可以输出一串脉冲，用户可以控制脉冲的周期（频率）和个数。PWM功能可以连续输出一串占空比可调的脉冲，用户可以控制脉冲的周期和脉宽（占空比）。

高速脉冲输出点和普通数字量输出点共用输出映像Q0.0和Q0.1。当在Q0.0和Q0.1上激活PTO或PWM功能时，PTO/PWM发生器对输出拥有控制权，输出波形不受其他影响。

只有晶体管输出类型的CPU能够支持高速脉冲输出功能。

四、运动包络

包络（Profile）是一个预先定义的以位置为横坐标，以速度为纵坐标的曲线，包络是运动的图形描述。

一个包络由多段组成，每一段包含一个达到目标速度的加减速过程，和以目标速度匀速运行的一串指定数量的脉冲。如果是单段运动控制或者是多段运动控制的最后一段，还应该包括一个由目标速度到停止的减速过程。

PTO主要通过包络来实现位置控制。位置控制想到通过参数设置来创建包络，并用图形方式显示包络曲线，自动生成位置控制用的子程序。

五、运动包络设定步骤

在开始编写程序前，首先设定运动包络，步骤如下：

（1）双击左图所示“向导—PTO/PWM”，出现“脉冲输出向导”窗口。

（2）选择Q0.0，单击“下一步”。

（3）选择“线性脉冲串输出（PTO）”，单击“下一步”。

（4）设置项目中应用的电机最高速度、最低速度和电机启动/停止速度。

（5）单击“下一步”，设置加减速时间。

（6）单击“下一步”。

（7）点击“新包络”，选择“是”。

（8）图27灰色部分激活，在其中选择“相对位置”，设置好参数，其中步0的目标位置不要设置太小，需大于加减速脉冲数之和。

（9）单击“确认”。

（10）将参数”VB0”更改为“VB1000”，需注意，不要在程序中再重复定义“VB1000—VB1069”；单击“下一步”。

（11）单击“完成”，在弹出的对话框中选择“是”。

（12）运动包络设置完成。在调用子程序中出现Q0.0对应的位控子程序。

六、PLC程序

1、上电初始化

SM0.1：首次扫描周期时该位打开，用途是调用初始化子程序。

2、电机控制子程序和初始化

PTO0_CTRL在程序中只使用一次，并且在每次扫描时得到执行,所以使用SM0.0作为EN的输入。

EN：使能端，用SM0.0连接，保持常通；

I_STOP：有效时电机立即停止；

D_STOP：有效时电机减速停止；

Done：完成标志。为“1”时表明上一指令执行完成；

Error：显示错误代码，“0”表示无错误；

C_Pos：HSC计数器功能开启时，表示运行脉冲数，否则为0。

3、复位

VD1100：复位返回脉冲数，在数据块的“用户定义1”进行设置。根据电机的减速比和驱动器的细分以及电机行程设置。

VD1043：运行包络恒速段脉冲数；VD1100－VD1080= VD1043。

4、正转

VD60.1：运动包络运行完成标志，PTO0_CTRL中的“Done”参数；v100.1：正转运行状态；v101.3：正转结束；

I0.1：正转按钮；

V100.1：正转运行状态；V101.2：复位完成标志。正反转自动运行前必须复位完成；

Q0.2：电机方向；

VD1104：正反转脉冲数，同VD1100参数一样，在“数据块”的“用户定义1”中设置．VD1104－VD1080= VD1043。

5、反转

VD60.1：运动包络运行完成标志，PTO0_CTRL中的“Done”参数；v100.2：反转运行状态；v101.4：反转结束；

I0.2：反转按钮；V100.2：反转运行状态；V101.2：复位完成标志。正反转自动运行前必须复位完成；

Q0.2：电机方向；

VD1104：正反转脉冲数，同VD1100参数一样，在“数据块”的“用户定义1”中设置。VD1104－VD1080= VD1043。

6、手动正转

手动正转是对电机的点动控制，需要一直按住按钮，电机才能运行。运行至正限位后，即使按住按钮也不能运行，只能反向运行。

7、手动反转

手动反转是对电机的点动控制，需要一直按住按钮，电机才能运行。运行至负限位后，即使按住按钮也不能运行，只能正向运行。

8、紧急停止

紧急停止：运行至正负限位时，对系统的保护策略。任何情况下，按下紧急停止按钮，使系统紧急停止。

9、输出

(1)、包络运行

EN：使能端，用SM0.0链接表示保持常通；

START：参数开启时，执行运动包络，为确保命令只发送一次，使用上升沿信号；

Profile：设定的运动包络编号；

Abort：位控模块停止参数。开启后停止运行当前包络并减速停止；

Done：完成标志。模块完成该子程序时，此参数为“1”；

Error：错误代码，为“0”表示无错误；

C_Profile：包含位控模块当前执行的轮廓；

C_Step：目前正在执行的轮廓步骤；

C_Pos：如果PTO向导的HSC计数器功能已启用，C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块；否则此数值始终 为0。

(2)、点动运行

EN：使能端，SM0.0保持常通；

RUN：启用该参数加速至设定速度运行，停用该参数电机减速停止；

Speed：设定手动运行的最高速度；

Error：本子程序的错误代码，“0”表示无错误；

C_Pos：如果PTO向导的HSC计数器功能已启用，C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块；否则此数值始终为零。

(3)、指示灯

复位状态下，复位指示灯亮。

正反转运行时，运行指示灯亮。

不处于复位或运行状态时，停止灯亮。