基于某實訓平臺的步進電機手動調(diào)試HMI界面實現(xiàn)研究

金寧寧，張玉廣

（河南職業(yè)技術(shù)學院，鄭州 450046）

0 引言

該實訓平臺由儲料倉模塊、傳送帶模塊、步進電機模塊、分揀滑槽（兩個滑槽）、啟動按鈕、停止按鈕、復位按鈕、急停按鈕、蜂鳴器、三色燈、各氣動模塊、光電式傳感器、電感式傳感器（用于區(qū)分金屬件和塑料件）、接近開關(guān)（主要用來產(chǎn)生氣缸伸縮到位信號）、1200PLC、1500PLC、觸摸屏、交換機等硬件結(jié)構(gòu)組成，如圖1、圖2所示。

圖1 某實訓平臺的局部硬件結(jié)構(gòu)

圖2 某實訓平臺的整體布局

實訓平臺可以實現(xiàn)金屬件和塑料件的分揀。自動工作過程如下，當儲料倉有料時，儲料倉底部有光電式傳感器可以做出判斷，自動把工件推出至傳送帶，經(jīng)傳送帶右側(cè)光電式傳感器檢測，傳送帶可以轉(zhuǎn)動，傳送帶中間有一電感式傳感器可以判斷工件是金屬件還是塑料件，當工件流至傳送帶左側(cè)時經(jīng)過帶左側(cè)光電式傳感器檢測，傳送帶停止轉(zhuǎn)動，這時PLC控制步進電機轉(zhuǎn)動到待抓取位抓取工件，根據(jù)金屬件或者非金屬件步進電機轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度放置工件到不同的滑道中，完成分揀功能。然后可以再次循環(huán)執(zhí)行料倉中第二個、第三個等工件的傳送、檢測、抓取、放置分揀工作。

1500PLC、1200PLC、HMI之間的網(wǎng)絡(luò)連接如圖3所示。

圖3 1500PLC、1200PLC、HMI之間的網(wǎng)絡(luò)連接

需要說明，在本實訓平臺中，1200PLC控制步進電機的運動；1500PLC用于控制1200PLC，實訓平臺上的輸入輸出等硬件結(jié)構(gòu)（各種按鈕、傳感器、電磁閥、傳送帶、三色指示燈等等）接線也是直接和1500PLC的I/O端口相連接；基于以上前提，不難得知最后的HMI界面中，各種變量也是和1500PLC相連接的。

本文主要是圍繞1200PLC控制步進電機的運動、1500PLC控制1200PLC、步進電機手動調(diào)試HMI界面的實現(xiàn)等幾個方面研究。本文所涉及的1500PLC、1200PLC、HMI的具體設(shè)備型號及網(wǎng)絡(luò)連接參考圖3，后面也不再贅述。

1 1200PLC控制步進電機的運動

1.1 本平臺的步進電機參數(shù)

圖4 1200PLC進行運動控制的基本硬件配置

步進電機步距角為1.8°，細分為32，也就是說步進電機每接收6400個脈沖，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過一周（360°）。

1200PLC通過發(fā)送脈沖輸出和方向輸出對步進電機驅(qū)動器進行控制，從而控制步進電機的運動，其中脈沖輸出為驅(qū)動器提供電機運動所需的脈沖，方向輸出則用于控制驅(qū)動器的行進方向。

1.2 博途軟件中實現(xiàn)軸工藝對象的設(shè)置

在博途軟件1200PLC的屬性中，啟用脈沖發(fā)生器Pulse_1，選擇信號類型為PTO。然后在工藝對象中添加一個軸對象，參考圖5、圖6設(shè)置參數(shù)。因本實訓平臺步進電機控制的是角度，測量單位選擇角度即可。

圖5 1200PLC中添加一個軸工藝對象

圖6 軸工藝對象基本參數(shù)中驅(qū)動器的設(shè)置

本平臺步進電機軸的下限位開關(guān)連接1200PLC的I0.1，上限位開關(guān)連接1200PLC的I0.2，原點開關(guān)連接1200PLC的I0.0，三者的電平有效方式分別為高電平、高電平、低電平（三個變量的地址取決于三個傳感器開關(guān)與1200PLC的實際硬件接線，電平有效方式取決于實訓平臺使用的傳感器類型）。

根據(jù)以上信息，依次完成軸工藝對象的各個組態(tài)，然后用博途軟件把1200PLC整體下載到設(shè)備，把軸調(diào)試轉(zhuǎn)至在線，調(diào)試點動、定位、回原地三種運動方式。如果調(diào)試中出現(xiàn)問題，可重點考慮上限位、下限位、原點這三個的變量的對應(yīng)以及電平的有效方式。

1.3 1200PLC程序塊中的設(shè)置

博途軟件中，在1200PLC中添加圖7所示的數(shù)據(jù)塊（可根據(jù)實際需要添加或縮減變量），此處get1500、put1500數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，是為1500PLC與1200PLC通訊做準備。

圖7 1200PLC中添加一個數(shù)據(jù)塊

添加一個軸運動的FC塊，添加啟動/禁用軸、點動模式移動軸、以絕對方式移動軸等指令。因軸工藝很多，圖8、圖9只顯示了三種軸工藝的具體信號配置。此處端口信號正是和圖7中的那些變量建立了聯(lián)系。

圖8 添加各種軸工藝

圖9 主動回原點、絕對方式移動軸端口配置

把軸運動FC塊直接拖入到main中即可，到此1200PLC中的全部組態(tài)完成。

2 1500PLC與1200PLC建立S7通信

在1500PLC中，首先添加如圖10所示的一個數(shù)據(jù)塊。S7通訊建立后，1500PLC中DB1與1200PLC中DB2可以實現(xiàn)點對點通信。

圖10 1500PLC中添加一個數(shù)據(jù)塊

1500PLC啟用時鐘存儲器并設(shè)置字節(jié)的地址為0；1200PLC的CPU屬性“防護與安全”設(shè)置中激活“允許來自遠程對象的PUT/GET通信訪問”。然后在1500PLC中添加PUT、GET指令，參考圖11。

圖11 1500PLC主程序main中添加GET、PUT指令

3 1500PLC軸手動調(diào)試的設(shè)計

3.1 添加一個軸數(shù)據(jù)塊、軸手動調(diào)試FB塊

使用博途軟件在1500PLC的程序塊中添加一個名稱為軸數(shù)據(jù)的DB塊（如圖12），這個數(shù)據(jù)塊的目的，是為自動運行做準備，另一方面也可以在手動HMI調(diào)試中示教物料拾取位、金屬件放置位、塑料件放置位等數(shù)據(jù)。需要說明，物料拾取位、金屬件放置位、塑料件放置位這三者的初始值可以設(shè)置為默認值0，但這樣每次啟動程序后，都需要在觸摸屏手動畫面中示教這三個點位，然后這三個點位記錄到軸數(shù)據(jù)DB4中，方便在自動模式下直接調(diào)用這三個數(shù)據(jù)。

圖12 軸數(shù)據(jù)DB塊

添加一個軸手動調(diào)試的FB塊，輸入下面7段程序，如圖13所示。然后把軸手動調(diào)試的FB塊直接拖入到main中即可。I0.4、I0.5、I1.6分別表示和1500PLC輸入端相連接的硬件按鈕（停止按鈕、急停按鈕、復位按鈕），急停按鈕是常閉按鈕，不按下急停時1500PLC輸入端I0.5是有信號的，所以程序段1中急停按鈕用的常開觸點。同樣可以知道，硬件按鈕中的復位按鈕、停止按鈕是常開按鈕。

圖13 軸手動調(diào)試FB塊中的程序

3.2 軸手動調(diào)試畫面的設(shè)計

設(shè)計如圖14所示的軸手動調(diào)試HMI界面。

圖14 軸手動調(diào)試HMI畫面布局

其中，回原點、正傳、反轉(zhuǎn)、絕對方式到目標位、清零軸速度和目標位這幾個按鈕，直接和1500PLC中名稱為com1200的DB1數(shù)據(jù)塊建立聯(lián)系（參考圖10）。HMI中的物料拾取位示教按鈕、金屬件放置位示教按鈕、塑料件放置位示教按鈕、停止按鈕、復位按鈕分別和圖13中的M200.0、M200.1、M200.2、M200.4、M200.5對應(yīng)，HMI畫面中的起始位示教為預留按鈕，可以根據(jù)需要設(shè)置（本設(shè)計中物料拾取位就是起始位，所以省去了對起始位示教按鈕的設(shè)置）。

同樣地，軸位置、軸速度、目標位等幾個I/O域也是和1500PLC中名稱為com1200的DB1數(shù)據(jù)塊建立聯(lián)系。需要注意，HMI畫面中最右列的三個I/O域是和1500PLC中名稱為軸數(shù)據(jù)的DB4數(shù)據(jù)塊建立聯(lián)系（參考圖12，起始位示教按鈕右側(cè)的I/O域是預留的可以根據(jù)需要設(shè)置，本文中沒有設(shè)置）。HMI中的按鈕和I/O域與1500PLC變量的連接關(guān)系如圖15。

圖15 軸手動調(diào)試HMI中的主要變量表

3.3 軸手動調(diào)試畫面的分析

在博途軟件中，把1500PLC、1200PLC、HMI分別編譯下載到對應(yīng)設(shè)備，然后在觸摸屏中點擊相應(yīng)按鈕，可以發(fā)現(xiàn)軸的手動控制可以實現(xiàn)，各個I/O域的顯示也是正常的。

4 結(jié)語

本文借助某實訓平臺，完成了1200PLC控制步進電機、1500PLC控制1200PLC、HMI畫面的設(shè)計與變量連接、觸摸屏控制步進電機手動調(diào)試、借助各種數(shù)據(jù)塊完成控制要求等的研究。運行效果結(jié)果表明，用觸摸屏實現(xiàn)對步進電機軸的手動控制是成功的。下一步，在借鑒實現(xiàn)手動控制的基礎(chǔ)上，可以進一步設(shè)計自動控制的界面，如何實現(xiàn)手動模式下自動模式被完全切斷、自動模式下手動方式不能控制軸運動，是要思考的方向。