如何使用 PLC 和 HMI 实现步进电机的归零控制

原点回归控制是自动化系统中使运动轴返回预设机械原点的控制过程。它是工业自动化设备启动或复位时的标准操作。通过HMI和PLC的配合实现此功能是工业自动化中的典型应用。

框图
本次演示中使用的主要组件：

PLC（欧姆龙CP1E N4ODT-D）
人机界面 (台达 DOP 107CV)
步进电机和驱动器 (ATO)
24VDC电源（ATO开关电源）
ATO 接近传感器 (x3)

物理单位
以下是本次演示中使用的实物组件。

电路图
以下是系统电路设计图，供您参考。将 PLC 连接到 HMI、步进电机及驱动器。确保 24VDC 电源接线正确，以提供所需的电压。将接近传感器连接到 PLC，以获得精确的定位反馈。

PLC接线
以下是 PLC 的接线图，供您参考。接线完成后，需要对 PLC 进行编程，以便与 HMI 通信并解析来自接近传感器的输入。

步进电机驱动器接线
这是电机驱动器的接线图，供大家参考。步进电机驱动器的接线是保证PLC和HMI能够精确控制步进电机完成原点回归控制的基础，它不仅影响运动控制的实时性，还直接影响系统的安全性和稳定性。

驱动程序设置
具体设置方法需根据步进电机的参数确定，此处提供的设置仅供参考。在此设置中，电机配置为每接收到400个脉冲就完成一整圈旋转。

PLC编程
接线后，需要对 PLC 进行编程以与 HMI 通信并解释来自接近传感器的输入。

1. 首先在 PLC 设置中的“脉冲输出 1”部分配置参数。您可以根据需要自定义这些设置。在本程序中，“未定义原点”设置为“保持”，这意味着当收到限位输入信号时，脉冲输出停止，电机保持先前的状态。
2. 将限制输入信号操作设置为仅搜索，确保顺时针/逆时针限制输入信号仅用于原点搜索。
3. 为与接近开关相对应的限位输入信号选择常闭 (NC) 触点。
4. 将搜索/返回的初始速度设置为每秒400个脉冲（pps）。
5. 继续定义原点动作设置，启用定义原点动作，并将原点搜索的搜索方向设置为逆时针 (CCW)。
6. 选择检测方法2，即只接收原点输入信号，不使用接近输入信号。
7. 将搜索动作设置为反向 1，这意味着如果在电机沿原点搜索方向移动时收到限位输入信号，则电机方向将反转。
8. 将操作模式设置为模式 0，以确定是否使用 I/O 信号进行原点搜索。模式 0 表示当连接到 PLC 的步进电机没有位置完成信号时，需要 I/O 信号进行原点搜索 。
9. 为接近传感器对应的原点输入信号选择常闭触点。本例中，无需设置接近输入信号。
10. 按照指定的规则，将搜索高速和搜索接近速度分别设置为800和600。同样，设置搜索加/减速度时也请遵循相同的准则，并根据原点搜索的要求，在允许的范围内调整加速度和减速度。

以上就是 PLC 中“脉冲输出 1”的编程步骤。接下来，深入研究 PLC 原点搜索程序的逻辑。

点击W0.02，在脉冲输出口1开始执行原点搜索，然后自动停在原点位置。
按W0.03键，停止脉冲输出端口1的脉冲输出。
CW Limit 和 CCW Limit 代表正向和反向限位输入信号，必须写入相应的辅助区域位。

HMI编程
1. 在HMI编程界面中，创建四个按钮：前进、后退、原点搜索、停止输出脉冲。
2. 双击按钮打开参数设置窗口。
3. 前进按钮链接到 PLC 地址 W0.00。在 PLC 梯形图逻辑图中，前进按钮对应符号“前进启动”/“前进停止”。
4. 反转按钮对应PLC地址W0.01，在PLC梯形图中，该按钮控制反转启动和反转停止的命令。
5. 原点搜索按钮与 PLC 地址 W0.02 关联。此按钮用于在 PLC 梯形图逻辑图中启动原点搜索。
6. 停止输出脉冲按钮与 PLC 地址 W0.03 关联。此按钮用于在 PLC 梯形图逻辑图中停止输出脉冲。

此外，还设置了三个指示灯，用于指示当前电机及状态。CCW限位指示灯连接到PLC输入0.01，代表PLC梯形图中的CCW限位输入。CW限位指示灯连接到PLC输入0.00，代表PLC梯形图中的CW限位输入。原点指示灯连接到PLC输入0.07。

系统测试
继续测试整个步进电机控制系统。点击 HMI 上的“原点搜索”按钮激活系统。观察滑块根据传感器输入准确返回原点的移动情况。HMI 上的指示灯显示当前电机位置和传感器状态。

归位算法也适用于电机反向运动。按下“反向”按钮，电机反向驱动，滑块开始逆时针方向移动。然后，在原点接近传感器的检测范围内，按下“原点搜索”按钮，电机将滑块返回原点位置。或者，按下“正向”按钮，电机顺时针驱动滑块，按下“原点搜索”按钮，滑块将返回原点位置。