基于Beckhoff嵌入式PC控制器的步进电机群控系统设计

摘 要： 根据工业控制现场需要，提出了采用德国Beckhoff公司生产的嵌入式PC控制器及驱动模块实现步进电机群控的设计方案。通过与PLC控制方案的对比，实践表明，此控制系统具有硬件配置简单、可靠性高、在线诊断维护更加方便的特点，对实现大量电机的控制有参考价值。

　　德国倍福(Beckhoff)公司作为专业的自动化设计和制造公司，生产一种基于工业PC机和PLC之间的嵌入式PC机。主要是针对需要带有工业PC机特性和计算机的功能但又不打算购买整台PC机的客户而设计的。它很好地结合了工业PC机和硬件PLC的功能，并具有强大的运动控制功能和完善的人机界面（HMI），是一种导轨式的三位一体的多功能的控制器。由于它采用导轨式安装、模块化设计、多种现场总线通信方式以及多种功能模块的搭配，使其在大量电机的控制系统应用中，有着PLC无法具备的许多优势，如连接线路少、占用空间小等，再加上电机专用控制模块和其具备的运动控制功能，使得整个控制系统构成简单，运行可靠、高效。

　　本文在仔细研究Beckhoff嵌入式PC机及相关模块性能的基础上，通过大量的实验，提出并验证了步进电机群控的设计方案。

　　1 、控制系统硬件组成

　　1.1 控制系统概述

　　本控制系统作为一个分系统，受主控系统的指令调度，其控制对象为大量的步进电机。控制要求在指定时间段内驱动若干电机将其不同的负载设备可靠地送到指定位置，完成不同的任务。由于整个系统庞大，电机数量众多且分散，数据传输量巨大，要求该控制系统与主控系统之间采用工业以太网分层设计，使其具有极高的可靠性、开放性，并具有运行效率高维护方便的特点。

　　1.2 控制系统网络拓扑

　　整个控制系统分为6组，每组分为几个电机数目不等的控制区域，图1表明其中某一控制区域的网络控制拓扑。控制系统采用FCS（Fieldbus CONTROL System）控制架构设计，控制器CX1020向下通过电机控制模块KL2531/KL2541实现对底层电机的控制，向上则通过自身所带的以太网模块以及以太网交换机接入控制系统，现场控制中心通过控制服务器实现对被控设备的操作控制，完成系统内设备调度管理,通过网络按照控制流程对设备进行控制。