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基于S7—200 PLC的运动控制指令库MAP SERV的使用研究
作者：许卫洪
来源：《科学与信息化》2017年第28期
摘 要 西门子S7-200PLC提供了三种开环运动的控制方式，即PTO、PWM和EM253位控模块。针对这三种方式有不同的编程方法。本文主要讲述了针对PTO的运动控制指令库MAP SERV。
关键词 PLC；运动控制；MAP SERVER 1 概述
PTO、PWM和EM253位控模块是西门子S7-200PLC提供的三种开环运动控制的方式。PTO：脉冲串输出，生成一个 50%占空比的脉冲串，主要用于位置和速度的控制；PWM：脉宽调制输出，生成一个占空比可变、周期固定的脉冲串，主要用于位置、速度或占空比的控制；EM253位控模块：是一个附加的模块，用于位置和速度的控制。
西门子S7-200PLC有两个PTO/PWM的高速脉冲发生器，其频率最高可达20KHZ（其中CPU224XP可达100KHz）。PTO/PWM共用输出点Q0.0和Q0.1，当在Q0.0和Q0.1上激活PTO/PWM功能时，PTO/PWM发生器对Q0.0和Q0.1拥有控制权，同时普通输出点功能就不能再使用。
EM253位控模块支持高达200KHz的脉冲输出，能提供单轴、开环运动控制所需的性能和功能。
2 运动控制的编程方式
PTO、PWM和EM253位控模块一般用在运动控制里，控制步进电机或是伺服电机，有三种对应的编程方法，如表1所示。
从表1中可以看出，脉冲串输出PTO可以采用运动控制指令库、软件向导和脉冲输出指令PLS三种方式编程；脉宽调制输出PWM可以采取软件向导和脉冲输出指令PLS两种方法编程；EM253位控模块则采取软件向导的方法编程。一般当设备对位置有精确要求时选用PTO，而当设备对转速和力矩有精确要求时选用PWM。而使用EM253，必须购买这一模块，相当于增加了系统的成本。所以，在实际的运动控制中采用高速脉冲串PTO的居多。 软件向导的编程方法只能根据向导的功能来设置，编程有点受限，但是比较方便。使用脉冲输出指令PLS，首先要设置系统存储器SM的值，该指令使程序按照SM中的存储值控制
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PTO/PWM发生器。这种编程方式比较灵活，但是对编程者的要求较高，需要对整个运动控制的过程非常熟悉。而运动控制指令库集合了前面两种编程方式的优点，因此本文主要来讲解该指令库MAP SERV的使用。 3 运动控制指令库MAP SERV 3.1 MAP SERV的基本描述
Q0.0和Q0.1的脉冲串输出PTO，各自使用自己的库指令。编程软件中可以只装载其中一个库，也可以2个库一起装载。2个库的指令是相同的，这2个库可以同时使用。
使用MAP SERV库时，一些输入输出点的功能是被提前规定好的，如表2所示，这些点不可以再用作其他用途。同时，为应用这些库指令，必须在运动系统中装三个限位开关，分别是正向限位开关（Fwd_Limit）、反向限位开关（Rev_Limit）和参考点输入开关（home）。参考点输入开关用于绝对位置（C_Pos）零点的标志位。
为使用该库，必须为该库分配68个字节的V区全局变量，库指令调用和计算时需要的一些重要变量存放在该区中，具体对应的地址可以查看相关资料。 3.2 MAP SERV 库相关的概念
想要很好的使用该库指令，就必须对于此相关的一些概念了解清楚。
（1）最大速度Velocity_Max：电机的最大转速、PLC脉冲输出的最大频率和机械能承受的最大速度，一般取这三者的最小值设置为指令的最大速度。
（2）启动/停止速度Velocity_SS：该数值必须满足电动机在低速运行时驱动负载的能力。设得过小或是过大，在电动机启动和停止时都会有问题，因此这个值要设的合理。启动/停止速度不可能设为零，因此从零速到启动/停止速度在理论上是存在着一个时间的，但是在运用中我们将这个时间视作为0。
（3）加减速时间accel_dec_time：由Velocity_SS加速到Velocity_Max所用的时间（或由Velocity_Max减速到Velocity_SS所需的时间，两者相等），范围被规定为0.02～32.0秒。 （4）参考点Home：一台机器的原始位置可以理解为参考点（零点），一般可以把一个坐标轴的0坐标定义为参考点。对于一台机器刚上电，或者运行过程中出现异常、位置丢失等情况，需要把机器调整回到参考点处，此过程称为寻找参考点。要寻找参考点，需要在参考点位置设置一个参考点开关。寻找参考点的方法有很多，在该库指令中寻找参考点首先要设定一个寻找参考点的起始方向Star_Dir，设定一个寻找参考点的终止方向Final_Dir。至于方向是正向还是反向，这个根据实际的情况来设定。
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（5）寻找参考点Home的一般步骤：①从起始位置以设置的起始方向Star_Dir开始寻找，速度默认为Velocity_Max的一半；②遇到参考点之前若遇到限位开关，就开始反方向寻找；③找到参考点开关的上升沿马上开始减速；④假设在检测到参考点开关的下降沿之前已经减速到寻找参考点的低速（默认为启动/停止速度Velocity_SS），则将当前方向与寻找参考点的终止方向Final_Dir进行比对；⑤假如方向一致，那么在参考点开关的下降沿处完成寻找参考点；⑥假如方向不一致，那么反方向寻找参考点开关另一端的下降沿。
（6）控制方式： ①绝对位移控制MoveAbsolute：相对于绝对坐标进行的位移；②相对位移控制MoveRelative：按照相对坐标进行的位移；③速度控制MoveVelocity：按照给定的速度（频率）发送脉冲，让电机按照给定的速度连续运转。
（7）方向：设定2个方向，一个规定为正方向（方向位置1），则另一个为反方向（方向位置0）。 4 结束语
在基于西门子S7_200PLC运动控制的三种编程方式中，利用运动控制指令库MAP SERV编程是相对简单而且灵活的方式，基本涵盖了运动控制的各种方式，唯一的缺点是该指令库只能针对脉冲输出串PTO。