基于Beckhoff嵌入式PC控制器的步進電機群控系統設計

摘 要： 根據工業控制現場需要，提出了采用德國Beckhoff公司生產的嵌入式PC控制器及驅動模塊實現步進電機群控的設計方案。通過與PLC控制方案的對比，實踐表明，此控制系統具有硬件配置簡單、可靠性高、在線診斷維護更加方便的特點，對實現大量電機的控制有參考價值。

　　德國倍福(Beckhoff)公司作為專業的自動化設計和制造公司，生產一種基于工業PC機和PLC之間的嵌入式PC機。主要是針對需要帶有工業PC機特性和計算機的功能但又不打算購買整臺PC機的客戶而設計的。它很好地結合了工業PC機和硬件PLC的功能，并具有強大的運動控制功能和完善的人機界面（HMI），是一種導軌式的三位一體的多功能的控制器。由于它采用導軌式安裝、模塊化設計、多種現場總線通信方式以及多種功能模塊的搭配，使其在大量電機的控制系統應用中，有著PLC無法具備的許多優勢，如連接線路少、占用空間小等，再加上電機專用控制模塊和其具備的運動控制功能，使得整個控制系統構成簡單，運行可靠、高效。

　　本文在仔細研究Beckhoff嵌入式PC機及相關模塊性能的基礎上，通過大量的實驗，提出并驗證了步進電機群控的設計方案。

　　1 、控制系統硬件組成

　　1.1 控制系統概述

　　本控制系統作為一個分系統，受主控系統的指令調度，其控制對象為大量的步進電機。控制要求在指定時間段內驅動若干電機將其不同的負載設備可靠地送到指定位置，完成不同的任務。由于整個系統龐大，電機數量眾多且分散，數據傳輸量巨大，要求該控制系統與主控系統之間采用工業以太網分層設計，使其具有極高的可靠性、開放性，并具有運行效率高維護方便的特點。

　　1.2 控制系統網絡拓撲

　　整個控制系統分為6組，每組分為幾個電機數目不等的控制區域，圖1表明其中某一控制區域的網絡控制拓撲。控制系統采用FCS（Fieldbus CONTROL System）控制架構設計，控制器CX1020向下通過電機控制模塊KL2531/KL2541實現對底層電機的控制，向上則通過自身所帶的以太網模塊以及以太網交換機接入控制系統，現場控制中心通過控制服務器實現對被控設備的操作控制，完成系統內設備調度管理,通過網絡按照控制流程對設備進行控制。