操作指南 10 /2014 S 运动控制使用入门 S 运动控制工艺对象

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铸氏顾
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1 操作指南 10 /2014 S 运动控制使用入门 S 运动控制工艺对象

2 目录 1 摘要简介 CPU S 的集成运动控制功能 S 运动控制的操作原理工艺对象速度轴工艺对象定位轴工艺对象同步轴工艺对象外部编码器工艺对象驱动装置和编码器项目实例项目配置过程 : 新建项目及硬件组态 : 配置工艺对象在线调试诊断编写用户程序本文中所使用的系统硬件及软件信息文章声明 :

3 1 摘要 S 的运动控制功能支持轴的定位和移动, 是 S 系列 CPU 众多集成功能中的重要组成部分本文通过一个项目示例指引初次接触 S 运动控制功能的用户实现该功能 3

4 2 简介 2.1 CPU S 的集成运动控制功能 S 的运动控制功能支持轴的定位和移动, 是 S 系列 CPU 众多集成功能中的重要组成部分运动控制功能支持旋转轴定位轴同步轴和外部编码器等工艺对象根据 PLC-Open, 具有 PROFIdrive 功能的驱动装置或带模拟量设定值接口的驱动装置将通过标准运动控制指令控制轴控制面板以及全面的在线和诊断功能有助于轻松完成驱动装置的调试和优化工作 2.2 S 运动控制的操作原理使用 TIA Portal, 可以创建项目组态工艺对象, 并将组态结果加载到 CPU 中运动控制功能在 CPU 中处理可在用户程序中使用运动控制指令控制工艺对象另外, 还可通过 TIA Portal 进行调试优化和诊断下图为在 CPU S 中集成运动控制对象的用户界面和示意图并对这些概念进行了简单介绍 : 图 2-1 S 运动控制原理 4

5 2.3 工艺对象工艺对象代表控制器中的实体对象 ( 如驱动装置 ), 在用户程序中通过运动控制指令可调用工艺对象的各个功能工艺对象可对实体对象的运动进行开环和闭环控制, 并报告状态信息 ( 如当前位置 ) 工艺对象的组态表示实体对象的属性, 组态数据则存储在工艺对象数据块中在运动控制中可使用以下工艺对象 : 速度轴工艺对象可通过速度轴工艺对象 ( TO_SpeedAxis ) 指定驱动装置的速度可利用运动控制指令对轴的运动进行编程定位轴工艺对象可通过定位轴工艺对象 ( TO_PositioningAxis ) 控制驱动装置的位置然后通过用户程序中的运动控制指令为轴分配定位作业同步轴工艺对象同步轴工艺对象 ( TO_SynchronousAxis ) 包括定位轴工艺对象的全部功能, 还可将轴与主值互连, 从而使轴在同步操作中跟随引导轴的位置变化外部编码器工艺对象可通过外部编码器工艺对象 ( TO_ExternalEncoder ) 对位置进行检测, 并将检测结果报告给控制器, 之后可在用户程序中对检测到的位置进行评估 2.4 驱动装置和编码器驱动装置用于控制轴的运动, 这些驱动装置将集成到硬件配置中在用户程序中执行运动控制作业时, 工艺对象用于控制驱动装置并读取位置编码器的值具有 PROFIdrive 功能的驱动装置和编码器可通过 PROFIdrive 报文进行连接如 : PROFINET IO PROFIBUS DP 工艺模块 (TM) 带模拟量给定值接口的驱动装置可使用模拟量输出 (AQ) 与其对应的信号连接, 模拟量输入和输出可通过相应的 IO 模块提供驱动装置也可称为执行器, 编码器也可称为传感器 5

6 3 项目实例本文中的实例项目使用 CPU1516-3PN/DP 通过 PN 通讯控制 G120 变频器, 通过安装在电机后面的编码器连接到工艺模块 TM Count24V 作为位置反馈示例项目示意图 : 图 3-1 项目示意图 3.1 项目配置过程 : 新建项目及硬件组态 : 组态 CPU 站点在 TIA Protal 中新建一个项目, 在设备组态中插入 CPU1516-3PN/DP 和工艺模块 TM Count 2x24V 6

7 图 3-2 插入 CPU 及工艺模块选择 CPU1516 的 PN 接口, 为 PN 接口分配子网,IP 地址和设备名称, 请确保 CPU 驱动器和编程计算机的 IP 地址在同一个子网, 且不与其他设备冲突 : 图 3-3 配置 CPU 的网络和 IP 地址 7

基准速度中填入所使用电机的额定转速, 更多关于 TM Count 2x24V 模块的信息请参考 TM Count 2x24V 模块手册 : 图 3-5 选择工艺模块的工作模式配置驱动器

8 选择 CPU 旁边的 TM Count 模块, 在其参数配置中, 将通道 0 的工作模式选为运动控制的位置检测, 这样接入到通道 0 的编码器就可以在后面的运动控制工艺对象里面进行配置 : 图 3-4 选择工艺模块的工作模式同时, 还需要根据所连接编码器实际数据配置通道 0 的模块参数, 例如编码器类型在本例中选择的是 24V 增量编码器, 每个单位的增量中填入编码器每圈的脉冲数, 基准速度中填入所使用电机的额定转速, 更多关于 TM Count 2x24V 模块的信息请参考 TM Count 2x24V 模块手册 : 图 3-5 选择工艺模块的工作模式配置驱动器至此,CPU 的站点硬件组态完毕, 接下来需要在项目中插入一个驱动器, 在本例中使用 G120 的 CU250S-2PN, 将驱动器拖拽到项目中后, 将其 PN 口与之前组态的 CPU 的 PN 网络相连接 : 8

运动控制所需要的硬件组态部分基本完毕, 在进行下一步之前需要使用驱动器的调试软件对驱动器进行参数分配和优化,

9 图 3-6 插入驱动器站点进入驱动器的设备视图, 插入所使用的功率单元, 为驱动器设置 IP 地址和设备名称, 并在循环数据交换中选择 Standard Telegramm 3 图 3-7 选择驱动器报文类型运动控制所需要的硬件组态部分基本完毕, 在进行下一步之前需要使用驱动器的调试软件对驱动器进行参数分配和优化, 因为不同驱动器的参数方法不尽相同, 所以本文不再详细介绍, 更多关于 G120 变频器的调试方法请参考 G120 的使用手册 9

3.1.2 配置工艺对象在 S7-1500 的运动控制功能中, 被控电机都是以工艺对象的形式存在的, 所以需要先在项目中插入一个新的工艺对象, 在运动控制里面看到对象类型可以是速度轴, 位置轴, 外部编码器以及同步轴在本例中选用位置轴, 并定义一个工艺对象的名称 : 图 3-8

10 3.1.2 配置工艺对象在 S 的运动控制功能中, 被控电机都是以工艺对象的形式存在的, 所以需要先在项目中插入一个新的工艺对象, 在运动控制里面看到对象类型可以是速度轴, 位置轴, 外部编码器以及同步轴在本例中选用位置轴, 并定义一个工艺对象的名称 : 图 3-8 插入定位轴工艺对象基本参数及硬件接口插入工艺对象之后, 在项目树下可以看到该对象及其下面的组态调试诊断等项目在工艺对象组态中分为基本参数硬件接口和扩展参数这些参数中如果是蓝色图标代表默认参数可用, 如果是红色图标则表示有错误或者未设置, 绿色图标表示经过修改且可用的参数 : 10

11 图 3-9 工艺对象的组态参数首先, 需要在基本参数里面根据项目实际情况选择轴的类型, 线性或是旋转轴, 同时还要选择单位等参数, 在本例中都选用默认值接下来在驱动装置中选择驱动装置类型为 PROFIdrive, 驱动装置从下拉列表中选择前面已经组态好的驱动 _1 : 11

12 图 3-10 选择工艺对象的驱动器接口在后面的编码器参数中, 选择通过工艺模块 (TM) 进行连接, 并在下面工艺模块中选择前面组态好的 TM Count 2x24V 的通道 0 12

图 3-11 选择工艺对象的编码器接口在数据交页面中, 需要将驱动器报文选择为跟前面驱动器组态一致的 DP_TEL3_STANDARD, 转速参数根据实际电机填写编码器报文可以选择标准报文 81 或者 83, 根据实际编码器选择编码器类型和每圈的脉冲数, 本例中使用 1024 脉冲的增量式旋转编码器最后将高精度预留位改为 0: 图 3-12

13 图 3-11 选择工艺对象的编码器接口在数据交页面中, 需要将驱动器报文选择为跟前面驱动器组态一致的 DP_TEL3_STANDARD, 转速参数根据实际电机填写编码器报文可以选择标准报文 81 或者 83, 根据实际编码器选择编码器类型和每圈的脉冲数, 本例中使用 1024 脉冲的增量式旋转编码器最后将高精度预留位改为 0: 图 3-12 工艺对象的数据交换参数扩展参数工艺对象所必需的硬件接口基本已经配置完毕, 后面需要配置扩展参数扩展参数是用户根据自己项目的实际情况进行调整的一些参数, 例如需要在机械配置页面选择编码器所在位置, 以及传动比参数和丝杠螺距参数等, 在本例中, 传动比为 1:1, 丝杠螺距为 10mm, 这意味着之后在控制指令里面让轴移动 10mm, 实际电机转一圈 : 13

图 3-13 工艺对象机械参数接下来的扩展参数中位置限制动态限制急停等参数分别针对轴的位置限幅, 速度加速度加加速限幅等参数进行设置, 用户可根据实际情况设置, 在此不再赘述下面的归位参数指的是让轴寻找参考点, 这里面分为主动回参考点和被动回参考点, 以及回参考点的方式和速度参数等, 由于每个用户的需求不尽相同, 这里不再详细描述, 具体细节请参考 S7-1500

14 图 3-13 工艺对象机械参数接下来的扩展参数中位置限制动态限制急停等参数分别针对轴的位置限幅, 速度加速度加加速限幅等参数进行设置, 用户可根据实际情况设置, 在此不再赘述下面的归位参数指的是让轴寻找参考点, 这里面分为主动回参考点和被动回参考点, 以及回参考点的方式和速度参数等, 由于每个用户的需求不尽相同, 这里不再详细描述, 具体细节请参考 S 运动控制手册的回参考点章节位置监视里面是关于工艺对象运行状态的监视参数, 当轴的运行状态超过监视允许的参数值时, 工艺对象会报出相应的错误在驱动器和设备没有优化之前, 经常会由于这里面默认的监视值过小而报错, 所以建议在系统优化之前先将位置监视和跟随误差里面的参数加大位置监视参数中主要是针对定位完成状态的监视, 其中, 当轴的实际位置进入定位窗口内之后, 系统则认为定位完成 ; 如果轴的设定值已经到达目的位置, 但是经过容差时间之后, 实际位置还没有进入定位窗口, 则系统会报位置监视错误 14

所以跟随误差监视值也是个动态的值, 具体设置请参考功能手册或者在线帮助图 3-15 工艺对象的跟随误差在

15 图 3-14 工艺对象的位置监视跟随误差参数中, 主要监视轴的运行状态, 跟随误差指的是轴在运行当中, 实际值和给定值之间的差值, 当跟随误差超过允许范围, 系统会报出跟随误差错误因为跟随误差会随着速的增大而增大, 所以跟随误差监视值也是个动态的值, 具体设置请参考功能手册或者在线帮助图 3-15 工艺对象的跟随误差在控制回路参数中可以调节控制器的增益以及预控系数来优化工艺对象的控制效果具体调节方法请参见 S 运动控制手册 15

3.1.3 在线调试至此,S7-1500 运动控制工艺对象的参数组态基本完毕, 将当前项目存盘编译, 并下载到 CPU 中, 如果 CPU 和驱动器没有错误, 下一步可以使用工艺对象自带的调试功能来测试一下轴的运行, 同时起到检测之前参数的目的 S7-1500 运动控制工艺对象提供的了在线调试工具, 使用此工具可以简单直观的使用博图软件控制电机进行简单的测试,

16 3.1.3 在线调试至此,S 运动控制工艺对象的参数组态基本完毕, 将当前项目存盘编译, 并下载到 CPU 中, 如果 CPU 和驱动器没有错误, 下一步可以使用工艺对象自带的调试功能来测试一下轴的运行, 同时起到检测之前参数的目的 S 运动控制工艺对象提供的了在线调试工具, 使用此工具可以简单直观的使用博图软件控制电机进行简单的测试, 以检验之前工艺对象的参数分配以及查看电机基本运行状态 1. 在左侧项目数选择调试, 进入调试界面 ; 2. 在主控制区域选择激活来使控制面板获得控制权, 随后会有一个安全提示, 确认即可 ; 3. 启动和禁用可以将驱动器使能或者去使能 ; 4. 在操作模式中可以选择点动回原点或者相对绝对定位等操作 ; 5. 控件区域可以设置工艺对象的位置速度加速度等参数, 后面的正向反向和停止用来启动和停止轴的运行 ; 6. 轴状态可以显示工艺对象的基本状态及故障代码和描述, 轴的更多状态可点击更多信息切换到诊断页面中找到 ; 7. 当前值可以显示当前轴的位置和速度等基本运行状态图 3-16 工艺对象的调试界面诊断当工艺对象出现错误时, 可以到诊断页面查看具体信息, 相应的状态位会变成红色, 例如跟随误差超限, 这时点击后面的绿色箭头可以直接切换到跟此错误相关的参数组态页面 : 16

5 编写用户程序经过前面的调试后, 运行没有问题就可以编写用户程序了在指令库中工艺分类里面可以找到 S7-1500 运动控制的功能块,

17 图 3-17 工艺对象的诊断界面编写用户程序经过前面的调试后, 运行没有问题就可以编写用户程序了在指令库中工艺分类里面可以找到 S 运动控制的功能块, 以 MC_POWER 和 MC_MOVEVELOCITY 为例, 直接拖拽功能块到程序段中, 分配背景数据块, 之后将前面配置好的工艺对象从项目树中拖拽到功能块的 Axis 管脚功能块的其他管脚根据定义自行填写即可同样的, 通过用户程序调试工艺对象出现错误时也可以到诊断页面查看错误信息具体运动控制功能块的用法和解释请参考 S 运动控制手册图 3-18 调用工艺功能块 17

18 至此, 关于 S 运动控制功能的项目示例基本调试完毕, 更多关于 S 运动控制功能的信息请参考功能手册 18

19 4 本文中所使用的系统硬件及软件信息名称订货号版本 CPU PN/DP 6ES AN00-0AB0 FW V1.6 TM 2x24V 6ES AA00-0AB0 FW V1.1 CU250-2S 6SL BA22-1FA0 FW V4.6 STEP 7 TIA Portal 6ES AA03-0YA5 V13 Upd4 SIMATIC Startdrive 6SL DA02-0XG0 V13 Upd1 表 4-1 硬件及软件信息 19

20 5 文章声明 : 本文仅针对 S 运动控制功能进行简单的描述, 目的是为了能够让初次接触该功能的用户能够快速的了解一些基本功能, 本文无法替代 S 运动控制的相关硬件手册和功能手册更多关于该功能的使用信息请通过条目号下载功能手册 20

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Error! Use the Home tab to apply Blocktext to the text that you want to appear here. Error! Use the Home tab to apply Blocktext to the text that you w 操作指南 10/2016 S7-1200 通过 PROFINET 连接 SINAMICS V90 PN 实现位置闭环控制 S7-1200 PROFINET SINAMICS V90 位置反馈闭环 https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/ 109742662 Unrestricted Error! Use the Home tab to