本文主要介紹了如何使用 S7-1500PLC 連接 SINAMICS V90 伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制。其中對(duì) S7-1500 相關(guān)模塊的組態(tài)，工藝對(duì)象的組態(tài)，V90 的相關(guān)參數(shù)設(shè)置以及相關(guān)的接線作了簡(jiǎn)要介紹。

2、簡(jiǎn)介

2.1 S7-1500 運(yùn)動(dòng)控制功能

S7-1500 運(yùn)動(dòng)控制功能支持旋轉(zhuǎn)軸、定位軸、同步軸和外部編碼器等工藝對(duì)象。并擁有軸控制面板以及全面的在線和診斷功能有助于輕松完成驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)試和優(yōu)化工作。

S7-1500 支持多種連接方式。可以使用 PROFIBUS DP 和 PROFINET IO 連接驅(qū)動(dòng)裝置和編碼器，也可以使用模擬量輸出模塊（AQ）連接帶模擬設(shè)定值接口的驅(qū)動(dòng)裝置并通過(guò)工藝模塊（TM）,讀出編碼器的信息。本文中所涉及的例子就是使用第二種方式。

圖 2-1 連接方式示意

2.2 SINAMICS V90

SINAMICS V90 是西門子推出的一款小型、高效便捷的伺服系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制和扭矩控制。

使用 V90 的速度控制功能可以與 S7-1500 運(yùn)動(dòng)控制功能配合使用，接收 S7-1500 模擬量模塊發(fā)出的+-10V 模擬量信號(hào)做為速度給定，并通過(guò) PTO 功能反饋位置信號(hào)給 S7-1500，在 S7-1500PLC 中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。

3、 應(yīng)用項(xiàng)目配置示例

3.1 S7-1500 組態(tài)

3.1.1 組態(tài)硬件配置

由于需要模擬量輸出信號(hào)來(lái)控制速度給定，并接收來(lái)自 V90 的脈沖反饋信號(hào)，所以 S7-1500 系統(tǒng)中至少要配置 1 塊模擬量輸出模塊和 1 塊高速計(jì)數(shù)模塊，考慮到 V90 給出的位置反饋信號(hào)是 5V 差分信號(hào)，S7-1500 系統(tǒng)中也要配置能夠接收5V 差分信號(hào)的高速計(jì)數(shù)模塊。還需要 1 塊數(shù)字量輸出模塊來(lái)為 V90 提供使能信號(hào)。

圖 3-1 S7-1500 模塊配置

模塊名稱

訂貨號(hào)

固件版本

CPU 1513-1 PN

6ES7 513-1AL00-0AB0

FW V1.5

DQ 16x24VDC/0.5A ST

6ES7 522-1BH00-0AB0

FW V2.0

DI 16x24VDC HF

6ES7 521-1BH00-0AB0

FW V2.0

TM PosInput 2

6ES7 551-1AB00-0AB0

FW V1.1

AQ 8xU/I HS

6ES7 532-5HF00-0AB0

FW V2.0

表 3-1 模塊配置列表

3.1.2 組態(tài)工藝對(duì)象

驅(qū)動(dòng)裝置組態(tài)

首先在工藝組態(tài)中添加一個(gè)定位軸，工藝對(duì)象一般的組態(tài)方法請(qǐng)參考《S7-1500運(yùn)動(dòng)控制使用入門》。

由于 V90 接收的是+-10V 模擬量信號(hào)，所以模擬量輸出模塊也要設(shè)置輸出范圍為+-10V。驅(qū)動(dòng)裝置類型選擇“連接模擬量驅(qū)動(dòng)裝置”并在“輸出”后面選擇模擬量輸出的變量名稱。為了在 PLC 內(nèi)激活使能時(shí)（如激活 MC_Power 功能塊 Enable 管腳）能夠把使能信號(hào)傳遞給 V90，勾選激活啟用輸出，并且選擇輸出變量名稱。

圖 3-2 驅(qū)動(dòng)裝置選擇

需要注意的是輸出只能選擇變量名稱而不能選擇絕對(duì)地址，所以必須提前定義好變量名稱。

圖3-3 定義變量名稱

只有定義好的變量名稱才能在選擇 PLC 變量時(shí)顯示出來(lái)

圖 3-4 選擇變量

位置反饋組態(tài)

在本地模塊的 TM PosInput2_1 中選擇參數(shù)設(shè)定。

設(shè)置通道操作模式為運(yùn)動(dòng)控制的位置檢測(cè)（必須這樣設(shè)置，才能在隨后的編碼器連接中選擇高速計(jì)數(shù)模塊 TM PosInput2_1 及其通道號(hào)）。編碼器信號(hào)類型選擇增量編碼器（A、B、N），反向選擇暫不勾選，如果在調(diào)試時(shí) PLC 給出的速度給定方向與編碼器反饋方向相反，就可以勾選反向來(lái)校正編碼器反饋方向。

建議信號(hào)評(píng)估選擇四重，這樣可以增加位置反饋信號(hào)的精度。由于 V90 可以提供信號(hào) N（0 脈沖信號(hào)），所以參考標(biāo)記 0 的信號(hào)選擇增量編碼器的信號(hào) N。接口標(biāo)準(zhǔn)選擇 RS422、對(duì)稱。

圖 3-5 高速計(jì)數(shù)模塊組態(tài)

組態(tài)編碼器連接時(shí)選擇通過(guò)工藝模塊（TM）進(jìn)行連接，并且在選擇工藝模塊中選擇高速計(jì)數(shù)器通道 0。

圖 3-6 選擇編碼器連接

編碼器類型選擇增量式旋轉(zhuǎn)式。單轉(zhuǎn)步數(shù)填寫 V90 每轉(zhuǎn)輸出脈沖個(gè)數(shù)的 4 倍（信號(hào)評(píng)估選擇了四重），這里填寫 4096（4*1024）。增量實(shí)際值中的位填寫0。

圖 3-7 填寫編碼器參數(shù)

3.2 V90 配置

3.2.1V90 輸入輸出信號(hào)

V90 的參數(shù)很多，更詳細(xì)的參數(shù)含義及設(shè)置方式請(qǐng)參考 V90 操作說(shuō)明，這里只描述與本例相關(guān)的參數(shù)設(shè)置。

V90 支持速度控制方式，在此方式下 V90 接收來(lái)自 S7-1500 的+-10V 模擬量速度給定信號(hào)，并把位置值通過(guò) RS422 標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)反饋給 S7-1500，在 S7-1500 中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置調(diào)節(jié)。這種模式下 V90 本身不設(shè)置位置閉環(huán)。使能信號(hào)也需要 S7-1500 提供，這樣可以保證在 S7-1500 建立位置閉環(huán)的同時(shí)，把使能信號(hào)發(fā)給 V90。

圖 3-8 速度模式下的 V90 輸入輸出信號(hào)

3.2.2 V90 相關(guān)參數(shù)設(shè)置

本中使用 SINAMICS V-ASSISTANT 軟件來(lái)設(shè)置 V90 的參數(shù)。首先要設(shè)置 V90 操作模式為速度模式，即設(shè)置參數(shù) p29003 為 2。

圖 3-9 設(shè)置速度控制模式

本例中使用 V90 的 X8 接口的 DI1 作為使能輸入，即設(shè)置參數(shù) p29301 為 1。

圖 3-10 設(shè)置使能信號(hào)

設(shè)置 V90 每轉(zhuǎn)線數(shù)，也就是電機(jī)每圈的脈沖個(gè)數(shù)。為了與 S7-1500 中的參數(shù)相相對(duì)性（四重評(píng)估，每轉(zhuǎn)步數(shù) 4096），這里設(shè)置為 1024。

圖 3-11 設(shè)置每轉(zhuǎn)線數(shù)

3.3S7-1500 與V90 接線

3.3.1使能信號(hào)連接

在本例中針對(duì) DO 模塊的第 0 通道，DO 模塊的 1 端子與 V90 X8 接口的 5 端子相連、DO 模塊的 10 端子與 V90 X8 接口的 3 端子相連。DO 模塊的 9 端子和 10 端子分別要連接 24V+和 0V。其中 DO 模塊的 10 端子與 V90 X8 接口的 3 端子連接還起到兩個(gè)系統(tǒng)的等電位連接的作用。

圖 3-12 使能信號(hào)的連接

3.3.2 速度給定連接

AO 模塊輸出+-10V 電壓信號(hào)，針對(duì)于第 0 通道 1、2 端子短接后連接 V90 X8 端口的 19 端子，3、4 端子短接后連接 V90 X8 端口的 20 端子。

圖 3-13 速度給定連接

3.3.3 位置反饋連接

分別連接 V90 X8 端口的 15、16 端子到 TMPosInput 模塊 1、2 端子；40、41到 3、4 端子；42、43 到 5、6 端子。

圖 3-14 位置反饋連接

3.4 使用分布式I/O ET200SP連接V90

除了前面所描述的使用 S7-1500 中央機(jī)架模塊以外，還可以使用 ET200SP 上的模塊連接 V90。新一代的分布式 I/O ET200SP 使用簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，性能卓越，支持 PROFINET 網(wǎng)絡(luò)；可以實(shí)現(xiàn)更靈活的配置。

圖3-15 使用分布式 I/O ET200 SP

本例中 ET200SP 站點(diǎn)上的模塊見下表。

模塊名稱

訂貨號(hào)

固件版本

IM155-6PN HF

6ES7 155-6AU00-0CN0

FW V2.1

BA 2XRJ45

6ES7 193-6AR00-0AA0

TM PosInput 1

6ES7 138-6BA00-0BA0

FW V1.0

AQ2XU/I HS

6ES7 135-6HB00-0DA1

FW V1.1

基座單元

6ES7 193-6BP00-0DA0

基座單元 6ES7 193-6BP00-0BA0 服務(wù)器模塊 6ES7 193-6PA00-0AA0

表 3-2 模塊配置列表

3.4.1設(shè)置等時(shí)同步

閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制必須有很好的實(shí)時(shí)性，所以必須設(shè)置等時(shí)同步。

在網(wǎng)絡(luò)視圖中用鼠標(biāo)雙擊連接線“PN/IE_1”在下邊的“屬性”、“常規(guī)”頁(yè)面內(nèi)選擇“同步域”、“Sync-Domain_1”，設(shè)置“PLC_1.PROFINET 接口_1”的“同步角色”為“同步主站”，設(shè)置“IO_device-1”的“RT 等級(jí)”為“IRT”。

圖3-16 設(shè)置等時(shí)同步

還需要設(shè)置實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，在拓?fù)湟晥D中拖拽連接兩個(gè)設(shè)備的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)接口。

圖 3-17 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

在“IO_device_1”的設(shè)備視圖中選擇“屬性”、“常規(guī)”、“等時(shí)同步模式”頁(yè)面，然后勾選站點(diǎn)以及站點(diǎn)上模塊的“等時(shí)同步模式”，如下圖所示：

圖 3-18 設(shè)置模塊的等時(shí)同步

3.4.2設(shè)置OB91的循環(huán)時(shí)間

OB91 是 S7-1500 運(yùn)動(dòng)控制的核心組織塊，為了更好的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制功能，需要把OB91 的循環(huán)時(shí)間同步到總線。具體操作過(guò)程是鼠標(biāo)在 OB91 上點(diǎn)擊右鍵，在彈出的菜單中選擇屬性，就會(huì)彈出以下頁(yè)面。在頁(yè)面中選擇“同步到總線”?？筛鶕?jù)應(yīng)用情況選擇“因子”，增加“因子”可減輕 CPU 負(fù)荷，但會(huì)影響控制效果。

圖3-19 設(shè)置 OB91 的循環(huán)時(shí)間

3.4.3 工藝組態(tài)與接線

工藝組態(tài)中把驅(qū)動(dòng)接口和編碼器反饋接口分別設(shè)置到 ET200SP 的模塊上，具體的模塊組態(tài)方法和工藝組態(tài)方法與 3.1.2 章節(jié)描述的一樣。

3.5 設(shè)備調(diào)試

至此 S7-1500 與 V90 的組態(tài)配置與接線都已經(jīng)初步完成，可以打開工藝對(duì)象的調(diào)試界面進(jìn)行調(diào)試，然后就可以編寫控制程序了。具體內(nèi)容可參考幫助文檔，這里不再詳述。

圖3-20 調(diào)試

本文僅針對(duì) S7-1500 連接 V90 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述，目的是為了能夠讓初次接觸該系統(tǒng)的用戶能夠快速的建立控制系統(tǒng)，本文無(wú)法替代 S7-1500 運(yùn)動(dòng)控制的相關(guān)硬件手冊(cè)和功能手冊(cè)。

來(lái)源：siemens操作指南,工業(yè)機(jī)器人培訓(xùn)整理