S7-1200 PLC定位控制详解
S7-1200 PLC作为西门子推出的高性能工业控制器，在定位控制领域展现出强大的功能与灵活性。其定位控制功能通过集成的高速脉冲输出、完善的指令集以及与驱动器的协同工作，能够满足多种工业场景下的精确定位需求。
一、定位控制基本原理
定位控制的核心在于实现机械设备对目标位置的精确到达，同时保持运行过程中的速度稳定性。S7-1200 PLC通过以下方式实现这一目标：
脉冲信号控制：PLC发送高速脉冲信号至步进电机或伺服电机的驱动器，脉冲数量决定电机转动角度，进而控制机械位移。
方向信号控制：通过方向信号控制电机的旋转方向，实现正反转运动。
编码器反馈：利用编码器实时反馈电机位置信息，形成闭环控制，提高定位精度。
二、硬件配置与组态
脉冲输出能力：
S7-1200 CPU模块提供四个脉冲输出发生器，每个发生器包含一个脉冲输出和一个方向输出，适用于通过脉冲接口控制步进电机或伺服电机驱动器。
脉冲输出频率范围广泛，满足不同速度需求。板载输出最大频率及信号板输出最大频率根据具体型号而定，可满足高精度定位需求。
硬件组态步骤：
添加设备：在TIA Portal项目中添加S7-1200 CPU设备。
配置脉冲发生器：在设备属性中启用脉冲发生器，并选择信号类型（如PTO脉冲A和方向B）。
分配输出点：配置硬件输出，将脉冲输出点和方向输出点分配至PLC的数字量输出通道。
工艺对象“轴”配置：
新增工艺对象：在TIA Portal中创建新的工艺对象，并选择“轴”类型。
组态常规参数：设置轴名称、单位、机械传动比等基本参数。
配置驱动器参数：根据电机和驱动器型号，设置驱动器类型、脉冲形式、编码器类型等。
配置机械参数：设置螺距、减速比等机械传动参数，以及位置限制参数（如软限位）。
配置动态参数：设置加速时间、减速时间、加加速度等，以优化运动性能。
配置回原点参数：选择回原点模式（如主动回零、被动回零等），并设置回零速度、偏移量等。
三、定位控制指令与功能
S7-1200 PLC提供了一套完善的定位控制指令集，包括轴启用、回原点、点动、绝对定位、相对定位、暂停、复位等。以下是一些关键指令的详细说明：
轴启用（MC_POWER）：
功能：启用或禁用定位轴。
参数：Enable（轴使能）、StopMode（停止模式）、Status（轴状态）等。
应用：在程序开始时启用轴，确保轴处于可控制状态。
回原点（MC_HOME）：
功能：使轴回到预设的原点位置，建立绝对坐标系。
参数：Mode（回原点模式）、Position（位置值）、Velocity（回零速度）等。
应用：在设备启动时或需要重新建立坐标系时执行回原点操作。
点动（MC_MoveJog）：
功能：以指定速度连续移动轴，用于手动调试或微调位置。
参数：JogForward（正向点动）、JogBackward（反向点动）、Velocity（点动速度）等。
应用：在设备调试阶段或需要手动调整位置时使用。
绝对定位（MC_MoveAbsolute）：
功能：使轴以指定速度移动到绝对目标位置。
参数：Execute（启动位）、Position（绝对目标位置）、Velocity（运动速度）等。
应用：需要精确到达某一固定位置时使用，如机械臂的抓取位置。
相对定位（MC_MoveRelative）：
功能：使轴在当前位置基础上移动相对距离。
参数：Execute（启动位）、Distance（相对距离）、Velocity（运动速度）等。
应用：需要基于当前位置进行微调时使用，如输送带的微调定位。
暂停（MC_Halt）：
功能：暂停轴的运动。
参数：Execute（启动位）、Done（完成信号）等。
应用：在需要临时停止轴运动时使用，如遇到紧急情况或需要更换工件。
复位（MC_Reset）：
功能：复位轴的错误状态，解除报警。
参数：Execute（启动位）、Done（完成信号）等。
应用：在轴出现错误或报警时，执行复位操作以恢复正常运行。
四、实际应用案例与调试技巧
小型加工设备进给系统：
应用场景：小型加工设备的进给系统需要精确控制刀具的进给量和速度，以实现高精度的加工。
实现方式：使用S7-1200 PLC控制步进电机，通过绝对定位指令实现刀具的精确定位，同时利用速度控制指令调整进给速度。
调试技巧：在调试过程中，先进行单点运动测试，确保每个位置都能准确到达；再进行连续运动测试，检查运动过程的平稳性和精度；最后根据实际加工需求调整加减速参数和速度曲线。
包装设备送料机构：
应用场景：包装设备需要精确控制物料的输送位置和速度，以确保包装的准确性和效率。
实现方式：使用S7-1200 PLC控制伺服电机，通过相对定位指令实现物料的微调定位，同时利用速度控制指令调整输送速度。
调试技巧：在调试过程中，利用示波器观察脉冲波形，确保脉冲信号的稳定性和准确性；使用游标卡尺测量实际位移，验证定位精度；通过TIA Portal自带的Trace功能监控变量变化，分析运动过程中的问题。
常见问题及解决方案：
定位不准：可能原因包括丢步、机械间隙、驱动器参数不当等。解决方案包括降低加速度、增加细分数、调整驱动器电流等。
运行抖动：可能原因包括共振、速度曲线不平滑、电源纹波大等。解决方案包括调整运行频率、优化加减速算法、使用更好的电源等。
