本節(jié)主要包括如下一些內容：

1、什么是運動控制（Motion Control）？

2、運動控制的基本方式；

3、S7-200 SMART的運動軸；

運動控制（Motion Control）是電氣自動化控制的一個分支（常見的電氣自動化控制包括過程控制、運動控制等），它是通過控制被控對象（通常是步進電機或者伺服電機）的速度、位移、力矩等物理量，來完成指定的控制任務。比如工業(yè)自動化中工作臺往復運動的控制、3D打印機的控制、數(shù)控機床的控制、工業(yè)機器人的控制等都屬于運動控制的范疇。

根據(jù)控制的難易程度的不同，運動控制又可分為通用運動控制和復雜運動控制。

"通用運動控制（General Motion Control）"是指被控對象的運動形式相對比較簡單（比如工作臺的往復運動）、通常只需要控制一個軸、其運動軌跡多為直線的運動控制；

"復雜運動控制（Complex Motion Control）"是指那些需要控制多個軸協(xié)調運動的、運動軌跡比較復雜的、對被控對象的速度、位置、力矩等物理量精度要求比較高的運動控制（比如數(shù)控機床、工業(yè)機器人的控制）；

無論是通用運動控制還是復雜運動控制，都是由運動控制系統(tǒng)（Motion Control System）完成的。

一個完整運動控制系統(tǒng)包括運動控制器、步進驅動器或者伺服驅動器、步進電機或者伺服電機組成。由于伺服電機本身集成編碼器，因此通常構成閉環(huán)控制系統(tǒng)；而步進電機本身沒有編碼器，因此多構成開環(huán)控制系統(tǒng)。當然，這也不是絕對的。可以通過在運動軸上安裝編碼器而使步進電機驅動的軸也構成閉環(huán)系統(tǒng)。

典型的運動控制系統(tǒng)如下圖所示：

運動控制器通過發(fā)送脈沖或者通信的方式將控制信號發(fā)送給步進驅動器或者伺服驅動器，步進驅動器或者伺服驅動器再根據(jù)控制指令驅動步進電機或者伺服電機進行運動。

1）、通信的方式：

S7-200 SMART標準型CPU可以通過PROFINET通信的方式將控制信號發(fā)送給SINAMICS V90伺服驅動器（PN版本），后者可以控制伺服電機進行運動；除了PROFINET，其它PLC還有支持Modbus、CANopen等通信協(xié)議的版本；下面這張圖是S7-200 SMART通過PROFINET網(wǎng)絡控制三臺伺服驅動器的示意圖：

2）、脈沖的方式：

運動控制器通過發(fā)送占空比為50%的脈沖信號給步進/伺服驅動器，后者驅動步進電機或者伺服電機進行運動。根據(jù)設置的不同，脈沖信號可以有1路或者2路，用來指示轉速或者方向。這種信號輸出方式也稱為PTO（Pulse Train Output），即"脈沖串輸出"。

SINAMICS V90有PTI版本，這里的PTI是指（Pulse Train Input），即"脈沖串輸入"，也就是說該版本的伺服驅動器接收PTO信號。

下面這張圖是S7-200 SMART使用脈沖的方式控制三臺伺服驅動器的示意圖：

注意：S7-200 SMART晶體管型的CPU可以輸出脈沖串（PTO），繼電器輸出型不能輸出PTO，選型的時候要加以區(qū)分；S7-200 SMART高速脈沖的頻率范圍為：2Hz~100KHz（即每秒2個脈沖到每秒100,000個脈沖）；

為了方便的進行運動控制，S7-200 SMART引入了運動軸的概念。

運動軸是一個邏輯上的概念，簡單理解，它是一個直線型的、包括輸出（電機）信號和輸入（限位）信號的軸。

S7-200 SMART標準型CPU支持運動控制功能。其中，CPU ST20最多支持2個運動軸；CPU ST40和ST60最多支持3個運動軸；

每個運動軸都有三個輸出信號：P0、P1和DIS信號；

P0和P1用于控制電機的速度和方向，有四種配置方式：單相（2路脈沖輸出）、雙相（2路脈沖輸出）、A/B相位正交（2路脈沖輸出）、單相（1路脈沖輸出）；

DIS信號為源型輸出，用來禁止或使能步進驅動器或伺服驅動器；

三個運動軸的P0、P1和DIS對應的輸出通道如下表：

注意：如果軸1組態(tài)為單相兩路輸出（脈沖+方向），則P1分配到Q0.7；如果軸1組態(tài)為雙向輸出或者A/B相輸出，則P1被分配到Q0.3，但此時軸2將不能使用；

除了輸出信號，每個運動軸還有對應的輸入信號，比如工作臺的左右限位信號、參考點信號、零脈沖信號等等。下面這張表格是CPU輸入通道對應的運動軸信號：

S7-200 SMART提供運動控制向導對運動軸進行組態(tài)；運動軸的測量系統(tǒng)可以是工程單位（比如mm），也可以是脈沖數(shù)；支持絕對位置、相對位置的運動；支持參考點查找；提供可組態(tài)的反沖補償；最多支持32組曲線，每組曲線最多支持16 步；提供運動控制面板用于手動調試；

除了運動控制向導，也可以通過PLS指令來控制PTO信號的輸出。這些內容將在后續(xù)文章中詳細介紹。