1引言

現代制造加工業對運動控制中的精準定位、運動速度和加速度、相對與絕對位置移動以及轉矩的控制要求越來越高。可編程邏輯控制器(PLC)通常都具備脈沖序列輸出能力，可以控制伺服系統或者步進電機系統進行動作。此控制方式有較好的通用性和可靠性，成本適宜且軟件開發隨控制要求易于改變，因此被廣泛應用[1]。而PLC對電機的控制關鍵就是其產生的脈沖序列，本文以施耐德ModiconM218PLC為例闡述了4種脈沖產生方式。

2電機脈沖控制原理

PLC電機控制系統所用的電機基本是步進電機和伺服電機這兩種。這兩種電機都屬于控制電機，它們的動作取決于控制信號，需要步進驅動器和伺服控制器來接受控制信號并將控制信號進行適當轉換來驅動電機[2]。因此，PLC產生的控制信號是實現控制的關鍵。這里的控制信號包括脈沖和方向信號等。PLC電機控制系統結構如圖1所示。

圖1PLC電機控制系統結構圖

3PLC脈沖序列編程設計

3.1PTO脈沖序列輸出

施耐德M218PLC內部PTO是占空比50%且頻率可變的脈沖序列，可以精確定位電機驅動器，其最高頻率100kHz。M218內部具有脈沖輸出管理、PTO錯誤診斷、相對位置移動、絕對位置移動、恒速連續移動、受控軸停止、快速起停精準定位等功能塊。為了實現電機的高精度控制，只需要靈活運用功能塊并設置詳細參數即可，省去了更低一級編程的麻煩。

以快速起停及精確位置補償為例，此功能塊由外部數字量信號觸發，恒定頻率持續輸出脈沖。啟動信號觸發后頻率由0開始根據設定的加速度增加到目標頻率。停止信號觸發后，功能塊開始輸出位置補償值，并根據設定的減速度在輸出完位置補償值時減速到0。PTO_REF_IN是對PTO的參考輸入。Execute是上升沿使能輸入。StartInput是外部啟動輸入。DelayStart是運動執行延遲。Acceleration是加速度值。Direction是運動方向。Velocity是目標速度。MaxDistance是運動執行的最大保護距離。StopInput是外部停止輸入。Compensation是位置補償脈沖值。Deceleration是減速度值。PTO_REF_OUT是對PTO的參考輸出。InMode是外部輸入觸發允許。Status是運動狀態。Active是外部輸入觸發執行狀態。CommendAborted是執行請求忽略。Error是監測錯誤。ErrID是錯誤類型。其圖形語言如圖2所示。

圖2快速起停及精確位置補償圖型語言

3.2PWM脈寬調制

PWM脈寬調制可以生成具有可變頻率和可變寬度的方波信號。占空比從1%到99%，頻率可配置為20Hz到1kHz，精度0.1Hz。此信號可以直接命令軸的變速運動。

在PWM脈寬調制的功能塊中，EN_Enable是外部事件觸發啟動PWM輸出使能，F_Enable內部變量使能PWM，EN_SYNC是允許硬件觸發重新啟動，F_SYNC是通過內部變量重啟PWM，Frequency是PWM輸出信號的頻率，Duty是PWM輸出信號的占空比，InFrequency是PWM指定頻率輸出信號，Busy是布爾變量，頻率或占空比發生變化輸出TRUE，Error是監測錯誤輸出，ErrID是錯誤代碼輸出。其圖形語言如圖3所示。

圖3PWM脈寬調制功能圖形語言

3.3FG頻率發生器

頻率發生器可以按指定頻率生成50%占空比的方波信號。頻率可配置為1Hz到100kHz，步長為1Hz。

在頻率發生器功能塊中，EN_Enable是外部使能，若已在頻率發生器通道配置，則可通過外部事件觸發啟動，F_Enable是通過軟件變量使能頻率發生器，EN_SYNC是允許外部事件重啟頻率發生器，F_SYNC是通過軟件變量重啟頻率發生器，Frequency是頻率發生器輸出信號的頻率。InFrequency是頻率發生器以指定頻率輸出信號，Busy是布爾變量，如果設置了啟用命令，并且頻率發生變化，則設置為TRUE，如果設置了InFrequency或Error，或者啟用命令被復位，則復位為FALSE，Error是布爾變量，TRUE表示檢測到一個錯誤，ErrID是檢測到的錯誤代碼，其圖形語言如圖4所示。

圖4頻率發生器功能圖形語言

3.4TWDPTO220DT擴展模塊

施耐德M218PLC的TWDPTO220DT是一種專門進行脈沖輸出運動控制的模塊，通過軟帶狀線纜直接連接方式可以為M218擴展兩塊此模塊，該模塊功能與M218內部的PTO脈沖序列輸出功能類似，其典型的6個運動功能塊是頻率發生器、移動速度、絕對值移動、相對值移動、尋原點和設置位置。

以相對值移動為例，PTO_REF_IN是輸入的模塊通道參考號，Execute是上升沿觸發執行該功能，Distance是目標距離，Velocity是目標速度，Mode是緩沖模式，0表示中止，1表示緩沖，2表示混合先前，PTO_REF_OUT是輸出的模塊通道參考號，Done表示指令成功完成，Busy表示指令已被接收但還未完成，Command_Aborted表示指令已被其他指令打斷，Error表示指令錯誤，其圖形語言如圖5所示。

圖5TWDPTO220DT擴展模塊相對值移動圖形語言

4結束語

施耐德M218PLC內置的脈沖序列輸出模塊、脈寬調制模塊和頻率發生器可以為不同種電機提供所需脈沖輸出，而它們共用通道0和通道1，因此內置模塊只可以控制兩個電機，通過2個擴展模塊的最大擴展，最終可以實現四個電機的同時控制。