1 前 言步進電機作為位置控制元件，在工業上得以廣泛的應用。在農業機器人、農產品品質檢驗傳送帶、溫室自動灌溉等需要連續控制、精確定位的場合，采用步進電機的位置控制系統，仍是一種比較理想的方案，但在農業的應用中，由于作業場地和控制大多數場合是分離的，而且只有作業與控制分離，才可以更大地減輕人工的勞動量，實現農業的工廠化作業。
本文介紹一種基于PLC間通信的步進電機遠程閉環控制方案，特別適用于農業作業與控制分離的場合，而且系統構成的成本也不高。
2 系統硬件構成整個系統主要由兩臺FX系列PLC、兩臺PLC通信模塊（FXON-485ADP）、步進電機（4S39Y-06520）、步進電機驅動器（Kinco的2M420）、編碼器（內密控OSS-01-2HC）構成。
兩臺FX系列PLC，一臺作主站，另一臺作從站，兩臺PLC間的通信用兩臺FXON-485ADP通信模塊，兩通信模塊間的連接用四芯電纜線。
主站主要實現對系統的控制操作，控制信號通過通信模塊傳送給從站，從站接受主站控制，驅動步進電機工作。編碼器檢測出步進電機運動的脈沖數，送入PLC的高速計數輸入端。
從站PLC采用晶體管輸出型，采用脈沖輸出和方向信號輸出的方式，設YO為脈沖輸出點，Y1為方向信號輸出點。
整個系統原理如圖1。
圖1 系統的原理圖3 系統軟件部分主站和從站分別編制程序，主站程序接受主站的拔碼開關的輸出脈沖頻率及輸出脈沖數的設定，接受控制按鈕啟動、停止、正反轉控制信號并傳送給從站，從站接受主站的信號，根據要求控制步進電機走步、啟停及正反轉，編碼器輸出的脈沖信號經PLC的高速計數器計數后，與主站設定的輸出脈沖數比較，經過運算修正輸出的脈沖數。
3.1 PLC站的設定本系統中主站PLC采用的是FXON系列，從站PLC采用的是FX1S系列，所以，兩站間的通信是屬于N∶N網絡通信。N∶N網絡通信的特殊數據寄存器及相關標志定義如下：
PLC站號的設定是將0-7的值寫入特殊數據寄存器是D8176中，主站的（D8176）＝0，從站的設定值是1～7，從站的（D8176）＝1；從站的總數（只有主站需設定）是將1～7的值寫入特殊數據寄存器D8177中，分別對應1～7個從站點，只有一個從站，（D8177）≈1。
設置刷新范圍（從站不需設置）將0～2的值寫入特殊數據寄存器D8178中，以確定通信的模式，（D8178）＝0，則為模式0，則0號站的通信刷新軟元件范圍是D0～D3，1號站的通信刷新軟元件范圍是D10～D13。重試次數（從站不需設置）將0～10的值寫入特殊數據寄存器D8179中，（D8179）＝3，當主站試圖以3次或更高的次數與從站通信時，此站點發生通信錯誤；通信超時將5～255的值寫入特殊數據寄存器D8180中，此值乘以10ms就是通信超時的持續時間。
FX1N，FX1S系列通信的參數設置輔助繼電器是M8038，主站點產生通信錯誤的輔助繼電器是M504，從站點產生通信錯誤的輔助繼電器是M505～M511，分別對應從站1～7，與其它站點通信時為ON的輔助繼電器是M503。這些輔助繼電器在用戶程序中不能用作其它用途。
3.2 主站程序主站程序 ，需根據系統將主站通信參數進行設置，將PLC主站輸入單元的控制信號讀入主站內部的數據寄存器中，將需要與從站通信的控制信號置入通信刷新軟元件區域，以便從站讀取。主站程序如圖2示。
3.3 從站程序從站程序接收主站刷新范圍軟元件的信息，并轉換成相應的控制信號。步進電機的脈沖串和方向信號輸出給步進電機的驅動器2M420，驅動步進電機工作，Y1為0時，步進電機正轉，Yl為1時，步進電機反轉，步進電機轉動的步數根據從站的設定執行。
3.4 位置閉環控制增量式編碼器OSS-01-2CH提供兩相90°差反饋脈沖信號，輸入PLC的高速信號輸入端子X000、X001，用高速計數器C255累計輸入脈沖，根據輸入計數脈沖與設定脈沖數的差值，進行驅動脈沖數的修正。
位置控制的輸出用DRVI指令，相關元件D8145定義DRVI指令執行時的基底速度，D8146定義DRVI指令執行時的****速度，D8148定義DRVI指令執行時的加減速時間。
D14指定輸出脈沖頻率，D16指定脈沖數，從YO輸出，Y1為ON時正轉，OFF時反轉。D16存放的是可刷新的脈沖數及修正后的脈沖數。
4 步進電機驅動的實現步進電機的驅動是選用Kinco的步進驅動器2M420，該系列驅動器采用美國先進技術生產的細分型大電流高性能驅動器，由于采用新的超大規模集成電路，該款驅動器具有高功率、小體積、性能穩定、成本低廉的特點。
驅動器的有八位DIP開關可以對驅動器的工作方式和工作參數進行設定，采用雙極型恒流驅對方式，對DIP6-DIP8進行設定可將輸出相電流設定在0.3A-2.5A，以配合不同型號的混合式步進電機的驅動。由于采用專用的驅動控制芯片，對DIP1-DIP4進行設定可以將輸出脈沖細分，****可達到256/200細分。
5 結 論本文作者創新點：步進電機的閉環控制，可以讓系統的定位控制更精確，避免由于數據通信、驅動控制、傳動帶來的誤差，另外，用兩臺PLC單元機通過通信模塊，組成N∶N網絡，可以實現數據通信，遠程控制，適合于作業與控制分離的場合。
該方案通過調試完全能達到控制精度要求，在溫室灌溉噴頭，農產品特性檢測傳送帶，農業采摘機器人等應用場合，且系統構成靈活，成本低廉，可靠性較高；該系統如果在主站設立與PC機的通信或觸摸屏，可以實現上位機對網絡控制系統的監控和管理。
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