本文是VIP課程《S7-200 SMART運(yùn)動控制之步進(jìn)電機(jī)》的第四節(jié)，可免費(fèi)閱讀。

前面的文章我們介紹了步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動器及編碼器，它們都是構(gòu)成運(yùn)動控制系統(tǒng)的元件。今天這篇文章，我們從運(yùn)動控制的概念入手，介紹下什么是運(yùn)動控制？運(yùn)動控制系統(tǒng)由哪些元件組成？運(yùn)動控制器是怎樣來控制步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)的（運(yùn)動控制的基本方式）？最后會介紹西門子S7-200 SMART系列PLC用于運(yùn)動控制的資源，即運(yùn)動軸。

本節(jié)主要包括如下一些內(nèi)容：

1、什么是運(yùn)動控制（Motion Control）？

2、運(yùn)動控制的基本方式；

3、S7-200 SMART的運(yùn)動軸；

1、什么是運(yùn)動控制（Motion Control）？

運(yùn)動控制（Motion Control）是電氣自動化控制的一個(gè)分支（常見的電氣自動化控制包括過程控制、運(yùn)動控制等），它是通過控制被控對象（通常是步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)）的速度、位移、力矩等物理量，來完成指定的控制任務(wù)。比如工業(yè)自動化中工作臺往復(fù)運(yùn)動的控制、3D打印機(jī)的控制、數(shù)控機(jī)床的控制、工業(yè)機(jī)器人的控制等都屬于運(yùn)動控制的范疇。

根據(jù)控制的難易程度的不同，運(yùn)動控制又可分為通用運(yùn)動控制和復(fù)雜運(yùn)動控制。

"通用運(yùn)動控制（General Motion Control）"是指被控對象的運(yùn)動形式相對比較簡單（比如工作臺的往復(fù)運(yùn)動）、通常只需要控制一個(gè)軸、其運(yùn)動軌跡多為直線的運(yùn)動控制；

"復(fù)雜運(yùn)動控制（Complex Motion Control）"是指那些需要控制多個(gè)軸協(xié)調(diào)運(yùn)動的、運(yùn)動軌跡比較復(fù)雜的、對被控對象的速度、位置、力矩等物理量精度要求比較高的運(yùn)動控制（比如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人的控制）；

無論是通用運(yùn)動控制還是復(fù)雜運(yùn)動控制，都是由運(yùn)動控制系統(tǒng)（Motion Control System）完成的。

一個(gè)完整運(yùn)動控制系統(tǒng)包括運(yùn)動控制器、步進(jìn)驅(qū)動器或者伺服驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)組成。由于伺服電機(jī)本身集成編碼器，因此通常構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)；而步進(jìn)電機(jī)本身沒有編碼器，因此多構(gòu)成開環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)然，這也不是絕對的?？梢酝ㄟ^在運(yùn)動軸上安裝編碼器而使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的軸也構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。

典型的運(yùn)動控制系統(tǒng)如下圖所示：

2、運(yùn)動控制的基本方式

運(yùn)動控制器通過發(fā)送脈沖或者通信的方式將控制信號發(fā)送給步進(jìn)驅(qū)動器或者伺服驅(qū)動器，步進(jìn)驅(qū)動器或者伺服驅(qū)動器再根據(jù)控制指令驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動。

1）、通信的方式：

S7-200 SMART標(biāo)準(zhǔn)型CPU可以通過PROFINET通信的方式將控制信號發(fā)送給SINAMICS V90伺服驅(qū)動器（PN版本），后者可以控制伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動；除了PROFINET，其它PLC還有支持Modbus、CANopen等通信協(xié)議的版本；下面這張圖是S7-200 SMART通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)控制三臺伺服驅(qū)動器的示意圖：

2）、脈沖的方式：

運(yùn)動控制器通過發(fā)送占空比為50%的脈沖信號給步進(jìn)/伺服驅(qū)動器，后者驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動。根據(jù)設(shè)置的不同，脈沖信號可以有1路或者2路，用來指示轉(zhuǎn)速或者方向。這種信號輸出方式也稱為PTO（Pulse Train Output），即"脈沖串輸出"。

SINAMICS V90有PTI版本，這里的PTI是指（Pulse Train Input），即"脈沖串輸入"，也就是說該版本的伺服驅(qū)動器接收PTO信號。

下面這張圖是S7-200 SMART使用脈沖的方式控制三臺伺服驅(qū)動器的示意圖：

注意：S7-200 SMART晶體管型的CPU可以輸出脈沖串（PTO），繼電器輸出型不能輸出PTO，選型的時(shí)候要加以區(qū)分；S7-200 SMART高速脈沖的頻率范圍為：2Hz~100KHz（即每秒2個(gè)脈沖到每秒100,000個(gè)脈沖）；

3、S7-200 SMART的運(yùn)動軸

為了方便的進(jìn)行運(yùn)動控制，S7-200 SMART引入了運(yùn)動軸的概念。

運(yùn)動軸是一個(gè)邏輯上的概念，簡單理解，它是一個(gè)直線型的、包括輸出（電機(jī)）信號和輸入（限位）信號的軸。

S7-200 SMART標(biāo)準(zhǔn)型CPU支持運(yùn)動控制功能。其中，CPU ST20最多支持2個(gè)運(yùn)動軸；CPU ST40和ST60最多支持3個(gè)運(yùn)動軸；

每個(gè)運(yùn)動軸都有三個(gè)輸出信號：P0、P1和DIS信號；

P0和P1用于控制電機(jī)的速度和方向，有四種配置方式：單相（2路脈沖輸出）、雙相（2路脈沖輸出）、A/B相位正交（2路脈沖輸出）、單相（1路脈沖輸出）；

DIS信號為源型輸出，用來禁止或使能步進(jìn)驅(qū)動器或伺服驅(qū)動器；

三個(gè)運(yùn)動軸的P0、P1和DIS對應(yīng)的輸出通道如下表：

注意：如果軸1組態(tài)為單相兩路輸出（脈沖+方向），則P1分配到Q0.7；如果軸1組態(tài)為雙向輸出或者A/B相輸出，則P1被分配到Q0.3，但此時(shí)軸2將不能使用；

除了輸出信號，每個(gè)運(yùn)動軸還有對應(yīng)的輸入信號，比如工作臺的左右限位信號、參考點(diǎn)信號、零脈沖信號等等。下面這張表格是CPU輸入通道對應(yīng)的運(yùn)動軸信號：

S7-200 SMART提供運(yùn)動控制向?qū)\(yùn)動軸進(jìn)行組態(tài)；運(yùn)動軸的測量系統(tǒng)可以是工程單位（比如mm），也可以是脈沖數(shù)；支持絕對位置、相對位置的運(yùn)動；支持參考點(diǎn)查找；提供可組態(tài)的反沖補(bǔ)償；最多支持32組曲線，每組曲線最多支持16 步；提供運(yùn)動控制面板用于手動調(diào)試；

除了運(yùn)動控制向?qū)?，也可以通過PLS指令來控制PTO信號的輸出。這些內(nèi)容將在后續(xù)文章中詳細(xì)介紹。

好了，關(guān)于VIP課程《S7-200 SMART運(yùn)動控制之步進(jìn)電機(jī)》的第四節(jié)就先介紹這么多，如果你對該課程感興趣，可以點(diǎn)擊【閱讀原文】查看課程內(nèi)容。