S7-200PLC控制的料车行走系统设计
（1）在用户程序中插入USS_INIT(初始化指令)。
（2）激活USS_CTRL指令，通过USS_RPM_x和USS_WPM_x来读取和改写变频
器指令参数。
（3）为USS指令指定V存储区的起始地址。 （4）组态变频器的站地址和波特率。 （5）通信电缆将S7-200与变频器的连接。
由于CPU226以下只有一个RS-485接口，根据本设计选用的CPU使用USS指令操作起来不方便，因此本设计采用MM440变频器多段速。
MM440多段速功能与参数设置。多段速功能也叫做固定频率，设置P1000=3允许开关量输入端子选择固定频率的组合实现电动机的多速段。在设计的控制系统中选用的行走电机是三相异步电机，在使用变频器对其进行调速时，首先需要根据所选用的异步电机进行变频器的快速调试，使变频器和电动机参数匹配使变频器能够正常的驱动电机工作。
本设计中的多段调速需要用到MM440五个数字量输入端子。需要设置P0700，P0701-P0705、P1000等相关参数，若多段速调速时设置P0701-P0705=17可以扩展多段速的段数，最大可以达到15段速。本设计采用的设置P0701-P0705=16直接选择+ON。 采用选择固定频率值设置P1000=3，由P1001-P1004参数设置选择每一段的运行频率值，所设置频率的正负表示电机的旋转方向（“+”表示参考的正方向“-”表示参考的的反方向）
[10]
。当某一数字量输入端口的控制功能一旦确定，其参数设置值必须和所确定的端口控
制功能相匹配。变频器的接线端子如图7所示[11]。
MM440变频器的减速停车功能由OFF1实现，电动机减速停车时按照预先定义的斜坡下降时间来进行停车，在给定信号斜坡下降到停止以后MM440输出断电。OFF3 是快速减速停车。OFF1和OFF3的优先级相同因此不能同时给出这两个停车信号给变频器而只能任选其一。基于本设计系统的要求运料车的电机可能会具有比较的负载，因此其惯性会比较大故采用变频器的减速停车功能。
图7 MM440变频器的接线端子
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本控制系统多段速参数MM440变频器参数设置。MM440多段速参数设置如下表2所示。
表2 MM440多段速参数设置
参数号 P0003 P0004 P0700 P0003 P0004 P0701 P0702 P0703 P0704 P0003 P0004 P1000 P0003 P0004 P1001 P1002 P1003 P1004 出厂值 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 3 1 1 3 0 0 0 0 设置值 1 7 2 2 7 16 16 16 16 1 10 3 2 10 10 -10 20 -30 说明 用户访问为标准级 命令和数字I/O 命令源选择通过端子排输入 用户访问为拓展级 命令和数字I/O 固定频率选择 固定频率选择 固定频率选择 固定频率选择 用户访问为标准级 设定值通道，斜坡函数发生器 固定频率设定值 用户访问为拓展级 设定值通道，斜坡函数发生器 固定频率设置（HZ） 固定频率设置（HZ） 固定频率设置（HZ） 固定频率设置（HZ） 3.3 旋转编码器选型
3.3.1 旋转编码器概述
旋转编码器采用光电效应原理做成的能够将旋转位移转化成电信号的传感器。主要 组成有输入轴、输出电缆、外壳、码盘和电子电路。旋转编码器通过输入轴将电动机旋转时所产生的角位移角速度转换成电脉冲形式输出。可以用来测量速度、角度、位移、长度等。在数控机床、机器人、测角仪等需要检测角度的装置和设备中广泛使用。
普通增量式旋转编码器的编码盘上都开有三条码通道而且按照A、B、C的顺序从
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内向外依次排列如图8所示，在A、B码道的码盘上等距离开有透光的缝隙，在2条码道相邻的缝隙间错开半个长度的缝宽用以产生脉冲信号其展开图如下图9所示[12]。码盘两侧装有光源和光敏元件，当电动机轴旋转带动码盘转动时，光源会不断经过透光和不透光区域，码道就会产生脉冲信号，这些脉冲信号经整形放大后由光敏元件输出。
图8 编码盘 图9 增量式旋转编码器原理图
3.3.2 旋转编码器选型
增量式旋转编码器能够将电机轴上的机械物理量采用双路输出的方式输出A，B两组脉冲相位相差90度的脉冲，当产生的A相脉冲比B相脉冲超前，说明旋转编码器此时为正转,否则将视为反转。
欧姆龙E6B2-CWZ6C外观如下图10所示，输入/输出控制回路如下图11所示[13]。
图10 E6B2-CWZ6C外观图 图11 E6B2-CWZ6C的输入/输出控制回路
旋转编码器输出信号采用的是脉冲信号，高速计数器采集旋转编码器送来的高速脉冲序列信号。输出电路采用NPN集电极开路输出型。旋转编码器一般会有五根不同颜色的电线用于连接电源并输出相应的高速脉冲信号，E6B2-CWZ6C接线方式如下表3所[14]。
表3 E6B2-CWZ6C接线方式
线色 端子名称 褐色 +24V 黑色 A相输出 白色 B相输出 1 2
橙色 Z相输出 蓝色 0V S7-200PLC控制的料车行走系统设计
A相B相Z相需要接到PLC输入端，主要是把要检测的高频脉冲信号接入PLC的高速计数器信号通道，然后由PLC读取该信号并根据相应要求做出处理。E6B2-CWZ6C与S7-200PLC可以方便连线。只要设置好高速计数器和对应输入点接线即可。E6B2-CWZ6C技术手册1000P/R经测试行走电机旋转一周产生的位移为8厘米共发送1000个脉冲。我们据此来计算编码器的相关预设值。假设料车正向行走到32m，将编码器的值设置为40000，其它根据类似的方法设计。
4 PLC程序设计
4.1 S7-200编程环境介绍
本设计采用STEP 7-MicroWIN32 SP6编程软件。西门子S7-200编程软件为用户研制开发监控自己所编写的控制程序提供了必要的环境，提供梯形图、指令表、功能块图三种编程语言可供用户选择使用，本程序设计时选择梯形图语言进行编写[15]。
STEP 7 MicroWIN SP6编程界面如下图12所示：可以创建、修改、编辑、上传和下载程序。计算机通过PC/PPI电缆连接到PLC的RS-485端口将用户程序下载至CPU224中运行，下载时界面如下图13。软件的大部分功能能够在离线工作方式下进行。
图12 STEP 7 MicroWIN SP6 编程界面图
图13 下载程序时界面
4.2 控制系统中部分PLC程序开发
4.2.1 系统初始化程序
上文提及到的旋转编码器输出的是高速脉冲信号序列。若采用普通计数器累加会导致很多脉冲信号的丢失。CPU224提供6个高速计数器响应快速的脉冲输入信号。使用高速计数器功能时必须先设置好高速计数器的号数和模式，然后我们需要编写控制程序，编写程序时除软件方面要有相应的初始化设置外，PLC的前几个数字量输入还必须
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与产生高速脉冲信号的旋转编码器按照既定的号数和模式用导线连接起来[16]。
高速计数器(HSC0)通过测量高速脉冲的个数，检测运料车行走的位移。旋转编码器的输出线必须接在PLC的输入点I0.0、I0.1、I0.2连接，当使用PLC的前几个输入点是其作用就是唯一的。要将每个输入点的用途分配合理，不能对其中任何一个输入点分配多个用途。高速计数器用A/B相正交计数器模式9。它的两路脉冲的相位相差九十度，如果正转时A相超前于B相，反转时B相超前于A相。根据相位能够实现能够实现旋转编码器正转时加计数反转时减计数。
高速计数器指令：
（1） HDEF指令：设定高速计数器使用的工作模式，高速计数器使用前都需要用HDEF指令定义工作模式且只能定义一次。本设计中使用SM0.0初始化HDEF指令在主程序中采用一个上升沿指令来调用子程序。HDEF梯形图符号如图14所示[17]。
EN` HSC MODE HDEFENO
图14 HDEF梯形图符号
（2）HSC指令：通过设置使高速计数器使用生效。设置相关的特殊继电器确定的控制方式和工作状态使高速计数器按照给定模式进行计数操作。HSC梯形图符号如图15所示。
ENHSCENO
N
图15 HSC梯形图符号
高速计数器控制字节SMB37，SMB37指令控制字节确定高速计数器的工作方式。 通过多次修改高速计数器的预设值来实现控制PLC点数的输出，进而控制变频器的输出来改变运料车行走电机的速度。HDEF初始化程序SBR_0图16所示。
图16 HDEF初始化程序
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