PLC在机械手控制中的应用

1 引言

　　本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了PLC与步进驱动装置的控制方法，本系统涉及的主要硬件是s7-200plc和sh-2h057步进驱动器。

　　（1） s7-200

　　plc系列是西门子公司的可编程控制器，这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得s7-200plc可以满足小规模的控制要求。此外，丰富的cpu类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。

　　1台s7-200 plc包括一个单独的s7-200 cpu，或者带有各种各样的可选扩展模块。s7-200cpu模块包括一个中央处理单元（cpu）、电源以及数字量i/o点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。

　　cpu负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制;输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备;电源向cpu 及其所连接的任何设备提供电力;通讯端口允许将s7-200 cpu同编程器或其他一些设备连起来;

　　状态信号灯显示了cpu 的工作模式（运行或停止），本机i/o的当前状态，以及检查出来的系统错误;

　　通过扩展模块可提供其通讯性能;

　　通过扩展模块可增加cpu的i/o点数（cpu 221不扩展）;

　　一些cpu有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡;

　　l eeprom卡可以存储cpu程序，也可以将一个cpu中的程序送到另一个cpu中;

　　通过可选的插入式电池盒可延长ram中的数据存储时间;

　　最大i/o配置。

　　（2）sh-2h057驱动器输入信号共有三路，他们是：步进脉冲信号cp、方向电平信号dir、脱机电平信号free.他们在驱动器内部分别通过270ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电路形式完全相同，三路光耦的正输入端为opto端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以opto端需接外部系统的vcc端，如果vcc是+5伏，可直接接入;否则需在外部另加限流电阻，保证给驱动器内部光耦提供8-15ma的驱动电流。

　　步进脉冲信号cp

　　步进脉冲信号cp用于控制步进电机的位置和速度，也就是说：驱动器每接受一个cp脉冲就驱动步进电机旋转一个步角度，cp脉冲的频率改变则同时是步进电机的速率改变，控制cp脉冲的个数，则可以使步进电机精确定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的。本驱动器的cp信号为低电平有效，要求cp信号的驱动电流为8-15ma，对cp脉冲宽度也有一定要求，一般不小于5μs。

　　方向电平信号dir

　　方向电平信号dir用于控制步进电机的旋转方向。此端为高电平时，电机为一个转向;次端为低电平时，电机为另一个转向。电机换向必须在电机停止后再进行，并且换向信号一定要在前一个方向的最后一个cp脉冲结束后以及下一个方向的第一个cp脉冲前发出。

　　脱机电平信号free

　　当驱动器上电后，步进电机处于锁定状态（未施加cp脉冲时）或运行状态（施加cp脉冲），但用户想手动调整电机而又不想关闭驱动器电源，这时可以用到此信号，此信号低电平有效，电机处于自由无力矩状态;当此信号为高电平或悬空不接时，取消脱机状态。

　　步进电机简介

　　sh-2h057型驱动器用于驱动二相或四相混合式步进电机（亦称感应子式），此驱动器一般驱动60号机座以下电机。电机的出线方式不同，与驱动器的连接也不同。本系统使用的电机为二相四根线电机，可以直接和驱动器相连。见图1的机械手电机驱动模块原理图。