1.1 电机控制方式对比#

1.2 步进电机与伺服电机的区别#

选型提示：大多数普通定位控制用步进电机就能满足需求；如果要求高速、高精度、高响应，或负载变化较大，优先考虑伺服电机。

1.3 开环、半闭环与全闭环系统#

• 开环系统：没有反馈检测，PLC 发出脉冲后默认动作已完成。机构卡住、电机堵转或丢步时，PLC 和驱动器通常无法主动发现。
• 半闭环系统：反馈一般安装在电机端，编码器反馈给驱动器判断是否丢步，是工业现场最常用的方案。
• 全闭环系统：在负载端或运动轴末端安装检测装置（外置编码器、光栅尺等），直接检测实际运动位置，精度更高，但成本和调试难度也更高。

应用理解：普通自动化设备常见的是开环步进或半闭环伺服；高精度设备、长行程定位或误差要求严格的设备，才会更多使用全闭环控制。

1.4 运动控制机构选型#

设备的运动可以理解为直线运动和圆周运动组合而成：

1.5 PLC 编程需要关注什么#

1. 导程：电机转一圈，执行机构实际移动多少毫米，单位通常为 mm/rev。
2. 每转脉冲数：电机转一圈需要 PLC 输出多少个脉冲，与驱动器细分、电子齿轮比有关。
3. 脉冲当量：一个脉冲对应的实际位移，公式：脉冲当量 = 导程 ÷ 每转脉冲数。
4. 目标脉冲数：目标移动距离对应的脉冲数，公式：目标脉冲数 = 目标位移 ÷ 脉冲当量。
5. 速度换算：把目标速度换算成 PLC 的脉冲频率，公式：脉冲频率 = 目标速度 ÷ 脉冲当量。
6. 安全信号：程序要考虑原点、正负限位、急停、报警复位、使能等信号，避免机构误动作。

2.1 伺服动力线与“飞车”#

伺服电机动力线通常为 U / V / W 三相输出，必须按驱动器手册对应接入，不能随意调换。若动力线相序、编码器线或方向参数不匹配，可能出现电机反向冲转、报警，严重时发生“飞车”。

“飞车”可以理解为驱动器的输出方向与编码器反馈方向不一致：驱动器以为自己在修正误差，但反馈结果反而越来越偏，导致电机失控加速。因此，伺服接线后首次点动必须低速、空载、随时准备急停。

2.2 制动电阻#

伺服驱动器在减速、急停或带大惯量负载时，电机会产生再生能量，需要通过制动电阻消耗掉。

• 内置制动电阻：小功率、负载较轻、启停不频繁的场景通常够用。
• 外接制动电阻：大功率、大惯量、频繁启停或减速时间很短的场景需要外接。
• 选型原则：优先按厂家手册或供应商配置接线，不要随意更改电阻阻值和功率。

2.3 控制电路与 CN1 控制口接线#

控制电路一般不需要焊接，常用端子台、转接板或专用连接器接线，便于维护和排查：

CN1 通常是伺服驱动器的控制口，脉冲、方向、使能、报警、限位等信号都可能从这里接入。实际接线重点确认：

1. PLC 输出类型：确认 PLC 高速脉冲输出是 PNP、NPN 还是其他形式。
2. 驱动器输入类型：确认伺服 CN1 脉冲输入端支持的接法。
3. 公共端接法：确认 COM、24V、0V 的连接方式，避免输入点没有参考电位。
4. 信号名称对应：手册中 PULSE 一般表示脉冲输入，SIGN / DIR 一般表示方向输入，针脚号要一一对应。

常见脉冲控制方式：

接线原则：PLC 发出的信号类型要和伺服驱动器输入接法一致。例如 PLC 是 PNP 输出，就按伺服手册中的 PNP 接线图连接脉冲、方向和公共端。

2.4 伺服保护电路#

限位分为软限位和硬限位：软限位在 PLC 中做软控制（图中内侧两个限位）；硬限位安装在外侧，当 PLC 程序崩溃、机构冲向硬限位时，利用安全电路直接切断电源，防止机械损坏。

2.5 步进驱动器接线#

驱动器与 PLC 接线：

ENA（脱机）一般默认不接；如果需要接，一般接急停常开，急停触发时让电机脱机。

驱动器与电机接线：电机铭牌上会标注 A+ A- B+ B- 相序模式，按铭牌接线即可。

步进安全电路：与伺服一样，把左右限位接到步进电源回路上，用接触器控制，只有原点信号（RSP）接入 PLC。若使用 NPN 传感器（24V 电流型），需要中间继电器中转信号。

3.1 伺服初始化#

1. 先将伺服电机进行初始化，参数写完后一定要断电重启才生效。
2. 初始化后会出现报警，按手册消除报警即可。
3. 设置伺服电机脉冲数与转一圈的对应关系（计算电子齿轮比）。

3.2 电子齿轮比计算#

将计算出的比值约分（不要约分到最简）后分别填入伺服参数。设置完成后，PLC 发送 10000 个脉冲，伺服电机就转一圈。有的伺服只需直接输入“多少脉冲转一圈”，具体看手册。

编码器分辨率：多少位的编码器就用 2 的位数次方（如 17 位 → 2^17 = 131072）；部分变频器会根据手册强制更改“编码器多少脉冲转一圈”，以手册为准。

3.3 步进细分拨码#

• 额定电流：根据电机额定电流调整细分拨码开关，一般取略大于额定电流的档位，防止烧毁步进驱动器；设置完成后剪掉拨码盖，防止别人乱动。
• 脉冲数：同一项目中的所有步进驱动器脉冲数必须拨成一样；同样设置完剪掉。
• 静态半流（PW4）：静止时电机只输入一半电流。水平轴一般开启静态半流，竖直轴只有在需要时才开启。

4.1 向导填写要点#

测量系统：选择“工程单位”，按实际电机参数填写“电机转一圈脉冲数”，直线机构测量单位填 mm、圆盘机构填 度，“电机转一圈运动距离”根据导程或实际测量值填写。

方向控制：一般保持默认；若测试发现运动方向与预期相反，再调整方向设置。

输入设置：LMT+ 写正限位、LMT- 写负限位（已接外部限位时可不填软件限位）、RPS 写原点；其余输入项保持默认。

电机速度：根据项目需求填写，启动速度和停止速度一般保持默认。

JOG 手动速度：初次调试建议设低速，确认方向、限位和运动正常后再逐步提高。

电机启动时间：伺服电机可以短一些；步进电机建议慢一点，避免丢步。具体以现场运行平稳、不报警为准。

参考点：用于寻参定位，在“查找”页面设置寻参速度，其余一般保持默认。

存储器分配：建议分配到较大的地址区，从 7000 以后开始使用；后续轴的存储区不要重复，避免参数互相覆盖。

方向极性：调试时发现方向不对，把极性改成相反即可；同时位置区间也会改变（例如原来在 80mm 处会跑到负区间）。

4.2 调试注意事项#

• 写完向导后，点击主程序，多编译几次一般即可通过。
• 初次调试尽量使用低速，确认方向、限位、原点和整体动作正常后再逐步提速。
• 正常调试速度建议在 20~40 mm/s；800 mm/s 已经比较快，1000 mm/s 属于很高速度，机架可能承受不住。
• 调试前先打开运动控制面板进行点动测试，确认 JOG 方向和速度后再写程序；打开面板前务必先把程序下载到 PLC 并将 CPU 停机。

编程技巧：向导要求填写 VD 和 M 存储区时，V 区统一按 4 递增（如 VD0、VD4、VB8、VB12），M 区按 0.1 递增，这样不容易乱。

4.3 指令块说明#

CTRL 参数定义指令：EN、MOD_EN 用 SM0.0 长通；Done 为完成位，Error 为错误字节，C_Pos 为当前位置，C_Speed 为当前速度，C_Dir 为当前方向（0 正方向、1 反方向）。

RSEEK 寻零指令：用于上电自动寻参或手动寻参。若公司提供全部限位，用上方程序；只提供一个限位时，用下方程序——在复位完成后用 SM0.5 反复置位复位 LDPOS，设置定时器后跳转到复位完成。

LDPOS 新建原点指令：EN 常用 SM0.0，Start 为启动指令，New_Pos 填原点位置（通常为 0）。如果用了该程序，复位程序这样写：在原点时先正方向开出，再用原点常闭 + 短定时器延时后回来，完成后用 SM0.5 反复置位复位 LDPOS（记得切换到新的系统状态）。

MAN 手动指令：EN 用 SM0.0；RUN 手动运行（快走、粗调），JOG-P / JOG-N 正负向点动（慢速、微调）；Speed 指定 RUN 速度，Dir 指定方向（0 正向、1 负向）。黄色线画的一组参数和红色圈的一组参数相互独立，例如 VD12 和 M0.5 管的是 M0.2 按下时的参数；黄色部分的参数在向导中已写好，需要修改请到向导中改写。

GOTO 运动指令：EN 常用 SM0.0，Speed Start 用上升沿触发；POS 指定位置，Speed 指定速度，Mode 选模式（0 绝对定位、1 相对定位）；Done 完成位、Error 错误字节、C_Pos 当前位置、C_Speed 当前速度。

4.4 伺服自动程序编写#

自动状态按顺序依次递进：把绝对定位的位置和速度写进 GOTO 指令，以此类推复制粘贴即可。轴完成信号需要进行 IO 映射，提取纯正的上升沿；若速度小于 5 反复启动，可写成“小于 5 置位、大于 5 复位”，与点击启动速度保持一致。想要在某处停止，只需在中间插一段定时器，注意定时器需要改变系统状态（自动状态加 10）。写复位程序时不要忘记关闭 About 停止轴。

6.1 编码器类型#

6.2 编码器在现场的作用#

编码器在工业中常见的作用是代替原点实现精确回原：

• 无编码器回原：如果原点传感器损坏，重新安装后产生误差就会导致原点漂移，精度误差变大。
• 有编码器回原（Z 相输入）：编码器 Z 相信号每转一圈产生一次。碰到边限位后编码器往回跑一圈即为原点，比普通传感器更精准；即使更换左右限位，原点依然准确。原点限位安装误差一般在伺服 ± 一个导程之间。

6.3 编码器接线与组态#

• 供电：棕色接 VCC，蓝色接 GND。
• 信号：A 相、B 相根据 PLC 组态选择 I 点接入，Z 相单独接一个输入点。
• NPN / PNP：与 PLC 输入类型一致，不能混用。

组态步骤：

1. 向导选择高速计数器，HSC0 按顺序使用。
2. 模式分计数与频率（频率用于测速度，不常用）。
3. 不要选择外部复位，选择 AB 正交型。
4. 初始化：名字自己改，预设值不要动；X1 / X4 用于提高精度，例如一圈 1500 脉冲，X4 就是 6000 脉冲一圈。

一定要修改：编码器输入是高速脉冲，需要修改扫描频率，一般设置成 0.8 或更快；Z 相脉冲的输入点扫描频率也要调快，与 AB 相一致。

子程序复位：上电时用 SM0.1 激活一次（不要一直通电）；需要复位时再激活一次子程序即可。Z 向脉冲和传感器一样，每转一圈激活一次输入点，配合上升沿和计数器即可实现记圈数。

7.1 S7 通信（主从站数据交换）#

S7 通信用于主从 PLC 之间的数据交换：

1. 修改电脑本地 IPv4 地址，改成与 PLC 同网段、最后一段不同的 IP。
2. 分别查找 PLC，确定主站 PLC 和从站 PLC 的位置。
3. 在 200 SMART 软件中修改 PLC 地址，确保两台 PLC 与电脑的末段网段地址互不相同。
4. 在主站或从站项目中，点击菜单工具 → GET / PUT（官方 S7 通信）进行配置。

配置要点：

• 想传给从站选 PUT，想读取选 GET。
• 传输字节为本地传输的字节大小和想获取数据的字节大小。
• 远程 CPU 地址写目标 PLC 地址；本地地址和远程地址是数据交互地址，可以不同存储区互换。
• 存储器分配尽量靠后，子程序地址随便填；超时以秒为单位（0 表示无定时器，范围 1~36767 秒）；错误值和周期值填 M 存储区即可。

7.2 Modbus 通信#

Modbus 分为网口（TCP）和串口（RTU）；串口中还分 485、232 等。Modbus 是一种协议，485、232 是接线方式。

485 接线：在 PLC 串口上拉出 3 针脚和 8 针脚，即俗称“3正8负”、“485正、485负”进行连接，通信设备并联。必须采用屏蔽线，避免通信不稳，并远离强磁场设备。

485 通信常作为仪表通信使用，因为延迟较大，不适合做控制系统。

变频器通信（以 V20 为例）：根据手册配置 485 通信参数，注意从站站号不能重复；波特率一般设置为 9600。

程序编写：使用 MBUS-CTRL 和 MBUS-MSG 两条指令。CTRL 放在程序头部建立通信，其次才是读写；Modbus RTU 需要分配存储区。

MSG 触发限制：MSG 指令不能同时触发两个，不同目的读写不能同时进行，需要用轮询指令交替执行。

轮询指令：用定时器控制加减计数器，实现来回读写，防止同时读造成报错。

编程框架：建立通信用 CTRL → 设置轮询 → 统一读从站数据 → 将数据转换成实际值 → 统一写入从站数据。

通信延迟：通信时间有较大延迟，不要用于高精度要求和高危项目。

8.1 模拟量概念#

模拟量是连续变化的电信号，常用于 PLC 与现场仪表之间的数据采集和控制。常见信号：电压型 0~10V、电流型 0~20mA、电流型 4~20mA，其中4~20mA 最常用。读取或输出模拟量时需要对应模拟量模块，并根据信号类型选择正确量程。

8.2 模拟量输入#

接入前确认：传感器输出信号类型、模块输入通道支持类型、接线端子正负极、模块组态量程设置。

• 电压型（0~10V）：适合短距离；抗干扰能力相对较弱，长距离容易受线路压降和干扰影响。信号正端接 AI0+，负端接 AI0-。
• 电流型（020mA / 420mA）：适合长距离，抗干扰能力强。4~20mA 的好处：4mA 对应下限而非零电流，线路断开时电流接近 0mA，便于判断断线故障。

8.3 模拟量输出#

模拟量输出用于控制变频器、阀门、执行器等设备。

• 电压型（0~10V）：适合短距离控制，例如 AQ0 输出 0~10V，5V 对应量程 50%。
• 电流型（020mA / 420mA）：适合长距离控制，常用于变频器频率给定、比例阀开度、调节阀位置等。

8.4 模块配置与数值范围#

配置要点：添加扩展模块型号 → 设置输入输出通道 → 每个通道选择量程 → 确认电压/电流型设置与现场接线一致 → 下载配置。每个通道都要单独检查，电压型接线不能按电流型配置，反之亦然。

S7-200 SMART 中模拟量信号转换成数字量，典型范围：

8.5 量程换算#

通用公式：

1
工程量 = (当前数字量 - 数字量下限) × (工程量上限 - 工程量下限) ÷ (数字量上限 - 数字量下限) + 工程量下限

数字量范围为 0~27648 时简化为：

1
工程量 = 当前数字量 × (工程量上限 - 工程量下限) ÷ 27648 + 工程量下限

示例：010V 对应 050Hz，频率 = 当前数字量 × 50 ÷ 27648。输出 5V 即满量程 50%，对应 25Hz。

8.6 屏蔽线接地#

模拟量信号容易受干扰，现场接线要重视屏蔽层处理：屏蔽线要接地，屏蔽层通常单端接地避免形成干扰回路。建议模拟量线缆远离强电线缆、不与动力线长距离并行敷设、使用屏蔽双绞线、控制柜端统一接地。