6ES7511-1FK02-0AB0参数详细
3.2 主站程序
主站程序 ，需根据系统将主站通信参数进行设置，将PLC主站输入单元的控制信号读入主站内部的数据寄存器中，将需要与从站通信的控制信号置入通信刷新软元件区域，以便从站读取。主站程序如图2示。
图2 主站梯形图程序
3.3 从站程序
从站程序接收主站刷新范围软元件的信息，并转换成相应的控制信号。步进电机的脉冲串和方向信号输出给步进电机的驱动器2M420，驱动步进电机工作，Y1为0时，步进电机正转，Yl为1时，步进电机反转，步进电机转动的步数根据从站的设定执行。从站程序如图3示。
图3 从站梯形图程序
3.4 位置闭环控制
增量式编码器OSS-01-2CH提供两相90°差反馈脉冲信号，输入PLC的高速信号输入端子X000、X001，用高速计数器C255累计输入脉冲，根据输入计数脉冲与设定脉冲数的差值，进行驱动脉冲数的修正。
位置控制的输出用DRVI指令，相关元件D8145定义DRVI指令执行时的基底速度，D8146定义DRVI指令执行时的高速度，D8148定义DRVI指令执行时的加减速时间。
D14指定输出脉冲频率，D16指定脉冲数，从YO输出，Y1为ON时正转，OFF时反转。D16存放的是可刷新的脉冲数及修正后的脉冲数。
4 步进电机驱动的实现
步进电机的驱动是选用Kinco的步进驱动器2M420，该系列驱动器采用美国**技术生产的细分型大电流高性能驱动器，由于采用新的超大规模集成电路，该款驱动器具有高功率、小体积、性能稳定、成本低廉的特点。
驱动器的有八位DIP开关可以对驱动器的工作方式和工作参数进行设定，采用双极型恒流驱对方式，对DIP6-DIP8进行设定可将输出相电流设定在0.3A-2.5A，以配合不同型号的混合式步进电机的驱动。由于采用专用的驱动控制芯片，对DIP1-DIP4进行设定可以将输出脉冲细分，高可达到256/200细分。
前 言
步进电机作为位置控制元件，在工业上得以广泛的应用。在农业机器人、农产品品质检验传送带、温室自动灌溉等需要连续控制、**定位的场合，采用步进电机的位置控制系统，仍是一种比较理想的方案，但在农业的应用中，由于作业场地和控制大多数场合是分离的，而且只有作业与控制分离，才可以更大地减轻人工的劳动量，实现农业的工厂化作业。
本文介绍一种基于PLC间通信的步进电机远程闭环控制方案，特别适用于农业作业与控制分离的场合，而且系统构成的成本也不高。
2 系统硬件构成
整个系统主要由两台FX系列PLC、两台PLC通信模块（FXON-485ADP）、步进电机（4S39Y-06520）、步进电机驱动器（Kinco的2M420）、编码器（内密控OSS-01-2HC）构成。
两台FX系列PLC，一台作主站，另一台作从站，两台PLC间的通信用两台FXON-485ADP通信模块，两通信模块间的连接用四芯电缆线。
主站主要实现对系统的控制操作，控制信号通过通信模块传送给从站，从站接受主站控制，驱动步进电机工作。编码器检测出步进电机运动的脉冲数，送入PLC的高速计数输入端。
从站PLC采用晶体管输出型，采用脉冲输出和方向信号输出的方式，设YO为脉冲输出点，Y1为方向信号输出点。
整个系统原理如图1。
图1 系统的原理图
3 系统软件部分
主站和从站分别编制程序，主站程序接受主站的拔码开关的输出脉冲频率及输出脉冲数的设定，接受控制按钮启动、停止、正反转控制信号并传送给从站，从站接受主站的信号，根据要求控制步进电机走步、启停及正反转，编码器输出的脉冲信号经PLC的高速计数器计数后，与主站设定的输出脉冲数比较，经过运算修正输出的脉冲数。
3.1 PLC站的设定
本系统中主站PLC采用的是FXON系列，从站PLC采用的是FX1S系列，所以，两站间的通信是属于N∶N网络通信。N∶N网络通信的特殊数据寄存器及相关标志定义如下：
PLC站号的设定是将0-7的值写入特殊数据寄存器是D8176中，主站的（D8176）＝0，从站的设定值是1～7，从站的（D8176）＝1；从站的总数（只有主站需设定）是将1～7的值写入特殊数据寄存器D8177中，分别对应1～7个从站点，只有一个从站，（D8177）≈1。
设置刷新范围（从站不需设置）将0～2的值写入特殊数据寄存器D8178中，以确定通信的模式，（D8178）＝0，则为模式0，则0号站的通信刷新软元件范围是D0～D3，1号站的通信刷新软元件范围是D10～D13。重试次数（从站不需设置）将0～10的值写入特殊数据寄存器D8179中，（D8179）＝3，当主站试图以3次或更高的次数与从站通信时，此站点发生通信错误；通信超时将5～255的值写入特殊数据寄存器D8180中，此值乘以10ms就是通信超时的持续时间。
FX1N，FX1S系列通信的参数设置辅助继电器是M8038，主站点产生通信错误的辅助继电器是M504，从站点产生通信错误的辅助继电器是M505～M511，分别对应从站1～7，与其它站点通信时为ON的辅助继电器是M503。这些辅助继电器在用户程序中不能用作其它用途。
4 中药自动配药系统中取药小车的优化方法
4.1 中药自动配药系统简介
中药自动配药系统中采用的是西门子公司出品的S7-200系列PLC控制步进电机工作，该系统取药装置主要由负责在X方向行走的取药小车和负责在Y方向行走的机械手组成，机械手安装在小车上，小车由X方向的步进电机（驱动小车左右行走）控制，机械手由Y方向的步进电机（驱动机械手上下行走）控制。小车在储杯器处取到药杯，由小车携带托着药杯的机械手行走至储药架指定位置取味药，第二味药，第三味药，…，直到所需的药全部取完，取药小车便回到封装器处对药杯封口完成一次取药流程。
4.2 实验数据分析及频率曲线的优化
这里主要针对X方向上驱动取药小车行走的步进电机的频率曲线进行分析。由于储药架上药瓶远近不同取药小车在取药过程中既要短距离行走，又要长距离行走。为避免损坏机器及提高取药定位的**度，要求小车在短距离行走时缓慢、平稳、定位**；为提高取药效率，则要求小车长距离行走时快速、平稳、防抖动、噪音小、定位**。实验中发现，仅仅使用图1中的三段曲线是不能满足以上要求的。在S7-200系列PLC的梯形图编程方式中，步进电机驱动小车运动是通过调用子程序的方式实现的，子程序中需要的参数包括曲线的段数、初始周期、脉冲数、周期增量等，这些信息都存放在PLC的包络表中，当PLC的主函数调用该子函数时，包络表将提供所有的参数信息。在对取药小车长距离行走进行分析时，根据步进电机的工作频率与步长之间的关系，将图1中的段曲线和第三段曲线再次划分如图2所示。
图2 步进电机周期曲线（7段）
图2中前三段曲线段的作用效果等价于图1中段曲线段，若将包络表中的数据改为7段式曲线，并修改每段曲线的初始周期和脉冲数，即得到图2所示的周期曲线（由于包络表中频率是以周期的方式表示，因此，图2中将周期值换算成频率值，每段曲线的起始位置用“周期值（μs）/ 脉冲值（个）”的方式来标注该段曲线的初始周期和脉冲数，中部的数据代表该段曲线的周期增量，可以看作该段曲线的斜率，所有水平曲线的斜率为0，xpulse 是由主函数传递过来的电机驱动取药小车匀速运动时的脉冲数），从图中不难知道，每段曲线的周期及脉冲数和周期增量存在如下关系：（每段曲线的初始周期用tb表示，结束周期用te表示，脉冲数用p表示，周期增量用a表示）。
a＝（te－t）/p （1）
由图2可以得出定理：步进电机周期曲线中每段曲线的结束周期值等于下一段曲线的初始周期值，因此计算下一段曲线的初始周期可由公式1变换为：
te＝a×p＋tb （2）
在图2中，段曲线的初始周期为600，脉冲数为200，周期增量为－1，根据公式2计算出第二段曲线的初始周期为：
（－1）×200＋600＝400
后面曲线的初始周期值可按同样方式计算出来。如果步进电机启动加速时速度太慢，由于驱动力不够导致小车运动不起来；相反，若启动速度过大，又会造成机器的磨损程度增加同时噪音也很大，因此恰到好处的设置启动曲线段的初始周期及脉冲数尤为重要。测试结果表明，采用图2中的曲线段数和参数，小车行走比原来三段曲线时更平滑，噪音也稍有降低，在电机启动的瞬间以及停止的瞬间尤为明显，整个小车的稳定性得到了提高。在实验中不断修改曲线参数及段数，经过多次实验得到11段周期曲线，每段曲线的周期值和脉冲值如表1。
表1 曲线的周期值和脉冲值（11段） 
由表1可知通常在PLC的子程序中要根据周期增量来计算下一段曲线的初始周期，为简化这一过程，在实验中采取了“跳跃式周期曲线”，即只留下整个曲线的水平部分，这样所有曲线的周期增量均为0，不仅免去计算的繁琐，同时在确定每段曲线的初始周期数和脉冲数时也比较自由，因此，周期曲线可简化为如图3所示。
图3 跳跃式周期曲线（9段）
测试结果表明，“跳跃式周期曲线”是可行的，也达到了预期的标准。对于取药小车短距离行走，由于小车行走的距离很短，一般30cm左右，只要保证小车在行走时缓慢、平稳、噪音小、定位**就可以了。实验证明，将启动和匀速运动的速度设置的较慢就能达到目的，因此在短距离行走中将频率曲线划分成多段显得冗余，采用简单的三段曲线（图1中的曲线）并合理设置初始周期值就足够了