6ES7221-1BH22-0XA8规格说明
由于体积精巧、价格低廉、运行稳定，在低端行业应用广泛，步进电机运动控制实现全闭环，是行业的一大难题。
主要问题有两个，原点的不确定性和失步，目前，采用高速光电开关作为步进系统的原点，这个误差在毫米级，所以在jingque控制领域，是不能接受的。另外，为了tigao运行精度，步进电机系统的驱动采用多细分，有的大于16，假如用在往复运动过程中，误差大的惊人。已经不能适应加工领域。
为此，提出步进电机全闭环控制系统，以适应目前运动控制领域的需求。
1、 硬件连接
硬件连接加装编码器，根据细分要求，采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。
2、 原点控制
根据编码器的z信号，识别、计算坐标原点，同数控系统相同，精度可以达到2/编码器解析度×4。
3、 失步控制
根据编码器的反馈数据，实时调整输出脉冲，根据失步调整程度，采取相应办法。
下图是电路原理
4、 电路原理描述
电路采用超大规模电路fpga,输入、输出可以达到兆级的相应频率，3.3v,利用2596，将24v转为3.3v,方便实用。
输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算，及时修正输出脉冲量和频率。
5、 应用描述
本电路有两种模式，返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时，进入原点模式，反之，进入运行模式。
在原点模式，以同步于输入脉冲的频率输出脉冲，当碰到原点开关后，降低输出脉冲频率，根据编码器的z信号，识别、计算坐标原点。返回原点完成后，输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下，永远保持。
在运行模式，以同步于输入脉冲的频率输出脉冲，同时计算反馈数据，假如出现误差，及时修正。另外，大惯量运行时，加减速设置不合理的情况下，可能会及时反向修
1引言
常用步进有3、4、5、6相4种，运行方式每相依次通电的称单拍，每相邻两相依次通电的称双拍，每单、双相依次通电的称倍拍。对5、6相步进电动机还有其它通电方式，步进电动机的通电方式取决于环形分配器，它是一个能够把单相脉冲信号分配成步进电动机要求的多相控制信号的专用电路。目前，仅三相环形分配器有专用集成块，且性能价格比较低。一般使用的环形分配器是用计数器、触发器等逻辑电路，结构复杂、通用性差。本文给出的环形分配器适用于各种步进电动机及任意分配方式。
2电路的设计思想
对3～6相步进电动机，通电状态可用六位二进制数表示，称为状态字，连续不断地输出状态字就可控制步进电动机的运行。状态字序列是周期循环的，其周期（一个循环中状态字的个数）及每个状态字均取决于步进电动机的相数和分配方式，而相邻状态字之间的时间则控制着步进电动机的运行频率和转速。表1给出了各种相数的步进电动机的常用分配方式，由此可得表2所示各种分配方式的状态字序列。值得注意的是，各种分配方式的状态字周期分别是3、4、5、6、8、10、12，它们的小公倍数为120，以120为汁数周期则可把各种分配方式统一起来。通用型环形分配器正是据此由选择字（与分配方式对应）选择相应的周期为120拍的状态字序列的电路。
3电路原理
通用环形分配器的电路实现如附图所示。两片4516与门电路配合级连成120进制加减计数器。加计数时，u/d为高电平，从00h到77h计数器的clr端一直为低电平；下一拍计到78h时，clr变高，立即使计数器清零，开始下一个120拍计数周期。减计数时，u/d为低电平，计数器减到零时，借位端变低电平，通过反相器使置数端pe有效，置入78h，开始下一个减计数周期。注意两种情况下00h和78h都是在一拍内翻转的。
图中，2k存贮器2716存放着各种分配方式下的状态字。4位拨动开关提供高4位地址（即选择字），把存贮空间分成16个区。每个区128字节，对应一种分配方式。各种分配方式对应的地址区间及选择字如表2所示。例如：对单三拍方式，其选择字为0000b．地址区间为000h—07fh，三掐状态字重复40次存放在前120个单元中。虽然只需存贮120字节即可规定一种分配方式，但实际应用中好把l28字节存满，使后8个单元中的状态与开始8个单元中的状态相同，这样做可以使两个计数周期之间过渡平滑。存贮器的低7位地址由120进制计数器产生，每计一个敬，存贮器就会输出一个相应于计数值和选择字的状态字。计数器连续不断地计数，就可产生出各种分配方式下的状态字序列，而分配方式的决于选择字。另外，clr端接的小的作用是消除计数翻转时产生的尖峰干扰。
4结语
存贮器固化的状态字数据可以用单板机编程产生。120进制计数器也可用pal或gai。电路实现。试验表明，通用环形分配器工作可靠，性能稳定，存贮空间及分配方式也可根据需要灵活安排。
某市自来水公司为解决市区的部分供水，引进德国的资金和设备建立了一套供水工程系统。
原有系统构成：
（1）本地中心站,采集水厂的设备状态,采用西门子S5-115U.
（2）取水和1号加压泵站，采用西门子S5-115U
（3）2号加压泵站控制系统，采用西门子S5-115U
（4）在市内的东南西北和高处和低处安装了测量水管压力站，采用西门子S5-100U。用抄表的人工方式来记录设备状态
用户需求：
随着时代的进步，和对工艺的进一步的要求，要实时对各个站的管道压力、liuliang及各个的阀门开关的状态进行监视和控制，从而降低了故障率和tigao了对此系统的反应时间，更好保证城市供水。并把各个站的所有设备的数据送到中心监控站里，进行监控，和电子统计。
实现方案：
在水处理厂中心站与各个泵站和测压站之间，由于距离较远达几十公里，我们决定采用无线电通讯方式，并且因为大山的阻碍，在取水1号加压泵站，2号加压泵站控到中心站之间，设立了中继站进行转发。而水处理厂中心站与6个市内的测压站之间由于距离较近直接通过无线电通讯。
这个项目的主要问题是无线电通讯的任务，如何在已有的S5系列的设备上，加上无线电通讯呢。根据现有的实际情况，在不动原有西门子S5-115U的基础上，决定在此基础上加入西门子的Sinaut产品的ST1系列模块来实行无线电通讯。Sinaut ST1是基于SIMATIC S5的程序控制的系统，由硬件模块和软件软件模块组成。适用各种自动化的任务，完整的无线电通讯方式，允许数据传输到或近或远的地方。数据能够通过专线，或者各种PTT网络（GSM,ISDN,拨号Modem,无线电通讯等）等方式传送。
Sinaut ST1硬件包括，TIM模块（遥控接口模块，即S5-PLC通讯功能模块），modem（ 用于数字量和模拟量相互转换）,无线电台（无线电发射装置）。软件是Sinaut TD1软件包。这样我们在STEP5的基础上，用TD1这个扩展软件包进行对硬件TIM板编程。把水处理厂中心站作为主站，其他站作为从站。以直接轮巡的方式逐个采集各个从站的信息，并且这样的方式只有当从站发生数据发生变化时，才进行数据的传递，大大的加快了数据的更新速度和硬件设备的使用寿命。
系统图如下：
上位机显示：
我们采用监控组态软件， 从中心站的PLC中采集数据，实时的反映整个系统（本地站，无线电远程站）的状态。主要显示部分包括：水厂控制工艺图、运行状态表、报警和历史数据的查询，统计报表、趋势图。控制工艺图反映水厂的各个泵站的运行状态，并且以动态的图形、数据和实时的现场保持一致，运行状态表中反映主要设备的开关状态、现场仪表的参数、累计值（liuliang，水位，浊度 ，温度,PH,压力等）。报表，每天打印一份主要设备的状态的日报。除了在显示器上显示外，并且把主要数据显示在电子显示屏上。 此系统投运以来一直正常工作，达到了预期的实施效果。
为一四相步进电机，采用单极性直流供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图
开始时，开关sb接通电源，sa、sc、sd断开，b相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和c、d相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和d、a相绕组磁极产生错齿。
当开关sc接通电源，sb、sa、sd断开时，由于c相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和c相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和a、b相绕组产生错齿，2、5号齿就和a、d相绕组磁极产生错齿。依次类推，a、b、c、d四相绕组轮流供电，则转子会沿着a、b、c、d方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以tigao控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：
a. 单四拍 b. 双四拍 c八拍
图2.步进电机工作时序波形图