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系统中用到的电机为标准两相电机，电机旋转50圈，转过250mm，由此可见电机每圈转5mm。所以在X和Y轴步进电机中，每个脉冲使电机旋转5/360*0.072=0.001mm，而Z轴步进电机中，每个脉冲使电机旋转5/360*0.018=0.00025mm。
3.2 PLC外部电路设计
3.2.1 PLC的选型
（1）I/O地址输入
本设计中有14个关于控制操作的I/O地址输入，分别为启动、停止、手动/自动、X轴选、Y轴选、Z轴选、急停、输入主轴正转、输入主轴反转、复位、轴正方向、轴负方向、速度选择1和速度选择2。另有3个关于X轴的输入点：X轴参考点、X轴正限位、X轴负限位；同样Y与Z轴也分别有3个输入点。所以需要PLC提供23个输入点。
（2）I/O地址输出
本设计有8个关于控制的输出点，分别为：主轴正转、主轴反转、启动、停止和复位指示灯，轴正方向灯和轴负方向灯。另外3个X轴的输出点：X轴脉冲、X轴方向、X轴使能。同理，Y轴与Z轴也分别有3个输出点。所以需要PLC提供17个输出点。
综上所述本设计有23个数字量输入点和17个数字量输出点，所以选用CPU226作为PLC的主机，由于CPU226只有16个输出，所以需加一个输出量扩展模块EM223CN。此外，由于Z轴定位精度要求较高，故设计中采用定位模块EM253 Position来精确控制Z轴的转速与位置。
（3）CPU226简介
CPU226集成了24输入/16输出，共40个数字量I/O端口，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点，26K字节程序和数据存储空间。I/O端子排可以容易的整体拆卸，用于较高要求的控制。具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和更强的内部集成功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
（4）EM223CN
型号：6ES7 222-1BF22-0Xa8
规格：8出，24VDC，开关量
3.2.2 PLC高速脉冲发生器（PTO）
S7-200有两个内置的PTO/PWM发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）和脉宽调节（PWM）信号波形。一个发生器指定给数字输出点QO.O，另一个指定给数字输出点Q0.1。当输出为PTO操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电机的速度和位置的开环控制。内置PTO功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量由用户设置，但应用程序必须通过PLC内置I/O提供方向和限位控制。
PTO用于位控的基本信息：最大速度、启动/停止速度、加速和减速时间和移动包络。
（1）包络
一个包络是一个预先定义的移动描述，它包括一个或多个移动速度，影响着从起点到终点的运动。一个包络由多段组成，每段包含一个到达目标速度的加速/减速过程和以目标速度匀速运行的一串固定数量的脉冲。
（2）选择包络的操作模式
PTO支持相对位置和单一速度的连续转动。相对位置模式指的是运动的终点位置是从起点处开始计算的脉冲数量。单速连续转动则不需要提供终点位置，PTO一直持续提供脉冲，直至有其他命令发出。
（3）包络中的步
一个步是工件运动的一个固定距离，包括加速和减速时间内的距离。PTO每一包络最大允许29个步。每一步包括目标速度和结束位置或脉冲数目等几个指标。
3.2.3 EM253位控模块
EM253集成有5个数字量输入点，分别为：
STP：停止；RPS：参考量开关；ZP：零脉冲信号；LMT+：正方向硬极限位置开关；LMT-：负方向硬极限位置开关。
6个数字量输出点分别为：
信号DIS、CLR、P0、P1或者信号P0+、P0-、P1+、P1-，DIS使能，非使能电机的驱动器；CLR用于清除步进电机驱动器的脉冲技术寄存器。P0+、PO-、P1+、P1-为步进电机运动及方向控制的脉冲输出。与P0、P1输出控制方式相比，可以提供更高质量的控制信号，提供何种输出脉冲控制方式取决于电机驱动器。
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