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西門子伺服驅(qū)動(dòng)器代理商

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上海晉營自動(dòng)化科技有限公司

 
  ：邵澤春

6se70 伺服控制器（MC）集成了定位功能，要實(shí)現(xiàn)定位控制可以有三種方法：直接設(shè)定位置控制器，基本定位功能（自由功能塊），F(xiàn)01定位功能。

1 基本定位功能概述
基本定位功能是MC伺服控制器在自由功能塊中固化的功能，可以免費(fèi)使用，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的一些簡單定位功能，如：homing ,position ,setup 功能?？梢赃x擇旋轉(zhuǎn)軸和線性軸，設(shè)定定位限位開關(guān)等功能，能滿足大部分定位應(yīng)用的要求。
功能圖在說明書的789a,789b,789c 部分，如圖1所示。

圖1

圖2

圖3

2 啟用基本定位功能
首先設(shè)置MC 裝置的參數(shù)，使裝置能在速度閉環(huán)模式驅(qū)動(dòng)運(yùn)行（參見調(diào)試手冊(cè)P060=3或P060=5的調(diào)試步驟 ），然后設(shè)定參數(shù)激活基本定位功能，流程如下：

西門子伺服驅(qū)動(dòng)器代理商

圖4

3 基本定位功能的參數(shù)設(shè)定
U856 ---速度的標(biāo)稱值，即100%轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的 LU, 通常設(shè)定為額定轉(zhuǎn)速，單位1000LU/min
例如 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000rpm , 編碼器脈沖4096/rev，則U856=4096*3000/1000=12288
U857---加速度標(biāo)稱值
U858---旋轉(zhuǎn)軸線性軸選擇

圖5

裝置合閘使能后，進(jìn)入o011 狀態(tài)，等待速度，此時(shí)對(duì)控制字進(jìn)行設(shè)定可以實(shí)現(xiàn)工作模式。首先ENABLE POS/REF，基本定位功能使能激活（B0220連接量使能），然后可以進(jìn)行各種工作模式的操作。

3.1 Homing mode (回零模式)
Homing mode (回零點(diǎn)) 包含兩種方式Homing on the fly模式和Homing movement模式。

3.1.1 Homing on the fly模式

• Homing 模式使能REF_ON =1 ；
• 模式選擇REF_TYPE=0 ；
• 通過數(shù)字量輸入4或5來觸發(fā)動(dòng)作，也可與SETUP或 POSITION模式一同使用。

3.1.2 Homing movement 模式

• 模式選擇REF_TYPE=1 ；
• 選擇開關(guān)動(dòng)作有效時(shí)的運(yùn)行方向，REF_D=0 正向運(yùn)行過程中，開關(guān)動(dòng)作有效
REF_D=1 反向向運(yùn)行過程中，開關(guān)動(dòng)作有效
• 設(shè)定啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行方向，正向D_FWD=1或反向B_FWD=1
• 為正向限位D_FWD_STOP 和反向限位B_FWD_STOP分配兩個(gè)數(shù)字量開關(guān)，高電平表示到達(dá)限位
• Homing 模式使能REF_ON 上升沿激活動(dòng)作，開始運(yùn)行 ；

工作時(shí)序如下（圖6）：

圖6

3.2 Set up mode (速度模式)

• 使能SETUP_ON=1
• 設(shè)定運(yùn)行方向D_FWD或B_FWD上升沿觸發(fā)運(yùn)行動(dòng)作
• 運(yùn)行速度設(shè)定U868
• 也可以在設(shè)定好方向后SETUP_ON上升沿觸發(fā)動(dòng)作

工作時(shí)序如下（圖7）

圖7

3.3 Position mode （定位模式）
Position 模式包含兩種定位方式，對(duì)定位方式和相對(duì)定位方式。

3.3.1 Absolute position (對(duì)定位方式)

• 使能POS_ON=1
• 使能POS_TYP=0
• D_FWD=1正向運(yùn)行到設(shè)定位置
B_FWD=1 反向運(yùn)行到設(shè)定位置
D_FWD=0，B_FWD=0zui短路徑運(yùn)行到設(shè)定位置
• 位置設(shè)定U867,速度U868

3.3.2 Relative position (相對(duì)定位方式)

1.1 電子齒輪比的作用
電子齒輪比就是對(duì)伺服接收到的上位機(jī)脈沖頻率進(jìn)行放大或者縮小。其中一個(gè)參數(shù)為分子，為電機(jī)編碼器的分辨率；一個(gè)為分母，為電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)。如果分子大于分母就是放大，如果分子小于分母就是縮小。
在 實(shí)際應(yīng)用中，連接不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，移動(dòng)zui小單位量所需的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)量是不同的，例如：同樣一個(gè)伺服電機(jī)，如果連接了一個(gè)螺距為10mm的絲杠，那么電機(jī)轉(zhuǎn)一 圈機(jī)械移動(dòng)10mm，每移動(dòng)0.001mm就需要電機(jī)轉(zhuǎn)1/10000圈；而如果連接螺距為5mm的絲杠，每移動(dòng)0.001mm需要電機(jī)轉(zhuǎn)1/5000 圈。而電機(jī)編碼器的分辨率是相同的，因此可以通過設(shè)置電子齒輪比來使電機(jī)脈沖數(shù)和機(jī)械z(mì)ui小移動(dòng)量相匹配，這就是電子齒輪比的作用。 1.2 相關(guān)概念介紹
（1）編碼器分辨率：伺服電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)編碼器反饋脈沖數(shù)。
 V90的伺服電機(jī)有增量編碼器和對(duì)值編碼器，其分辨率如下圖：

圖01. V90伺服電機(jī)編碼器的分辨率
（2）每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)：絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需脈沖數(shù)。
（3）zui小長度單位(LU)：上位機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，絲杠移動(dòng)的直線距離或旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的度數(shù)，也是控制系統(tǒng)所能控制的zui小距離。這個(gè)值越小，經(jīng)各種補(bǔ)償后越容易得到更高的加工精度和表面質(zhì)量。當(dāng)進(jìn)給速度滿足要求的情況下，可以設(shè)定較小的長度單位。也稱作“脈沖當(dāng)量”。
（4）螺距：螺紋上相鄰兩牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的軸向距離。

2.1 V90電子齒輪比的設(shè)置
V90電子齒輪比的設(shè)置方法如圖2所示：

 圖02.  V90的電子齒輪比設(shè)置

從圖中可以看出V90的電子齒輪比的設(shè)置有兩種方法，這兩種方法的本質(zhì)都是算出編碼器分辨率與期望每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)的比值。
（1）電子齒輪比=編碼器分辨率 / P29011。P29011即為期望每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；
（2）當(dāng)P29011設(shè)定為0時(shí)，電子齒輪比=P29012 / P29013。
這幾個(gè)參數(shù)的說明如圖3所示： 
圖03. 相關(guān)參數(shù)說明 

四個(gè)電子齒輪比分子可通過數(shù)字量輸入信號(hào)的組合EGEAR1和EGEAR2來選擇，如圖4所示：

圖4. 電子齒輪比分子的選擇

還有兩點(diǎn)需要注意的是：
（1）電子齒輪比的取值范圍是0.02到200；
（2）僅可在伺服關(guān)閉狀態(tài)下設(shè)置電子齒輪比。

2.2電子齒輪比的計(jì)算及舉例
比如有一套機(jī)械系統(tǒng)，如圖5所示： 
圖05. 機(jī)械系統(tǒng)

其中：a/b為電子齒輪比；

            LU為zui小長度單位；
            r為編碼器分辨率；
            i= n/m為機(jī)械減速比（n電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)速，m負(fù)載側(cè)轉(zhuǎn)速）；
            c為絲杠螺距。
那么期望每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)d的計(jì)算：

電子齒輪比計(jì)算：

計(jì)算電子齒輪比的實(shí)例：

圖06. 電子齒輪比計(jì)算實(shí)例

再比如：
PLC的zui大脈沖頻率為200KHz，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，伺服電機(jī)編碼器分辨率是524288；絲杠螺距是10mm（沒有減速箱）。
問：如果電子齒輪比是1，伺服電機(jī)的zui大轉(zhuǎn)速？
答：PLC  控制伺服電機(jī)能達(dá)到的zui大轉(zhuǎn)速=200×1000×60/524288=22.89rpm
問：PLC發(fā)出zui大脈沖頻率，如何通過設(shè)置V90的電子齒輪比才能讓電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行？
答：電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000rpm=50r/s，50r/s時(shí)的脈沖頻率：50×524288=26214400，
因此電子齒輪比=26214400/（200×1000）=524288/4000（設(shè)置P29011=4000）。 附：

圖07. 西門子PLC的zui大脈沖頻率

人機(jī)界面產(chǎn)品的定義

連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備，由硬件和軟件兩部分組成。HMI為英文Human-Machine Interface的縮寫。

2. 人機(jī)界面（HMI）產(chǎn)品的組成及工作原理

人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級(jí)不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運(yùn)行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如JB－HMI畫面組態(tài)軟件）。使用者都必須先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機(jī)和HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運(yùn)行。

3. 人機(jī)界面產(chǎn)品的基本功能及選型指標(biāo)

基本功能：

設(shè)備工作狀態(tài)顯示，如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線等；

數(shù)據(jù)、文字輸入操作，打印輸出；

生產(chǎn)配方存儲(chǔ)，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄；

簡單的邏輯和數(shù)值運(yùn)算；

可連接多種工業(yè)控制設(shè)備組網(wǎng)。

選型指標(biāo)：

顯示屏尺寸及色彩，分辨率；

HMI的處理器速度性能；

輸入方式：觸摸屏或薄膜鍵盤；

畫面存貯容量，注意廠商標(biāo)注的容量單位是字節(jié)（byte）、還是位（bit）；

通訊口種類及數(shù)量，是否支持打印功能。

4. 人機(jī)界面產(chǎn)品分類

薄膜鍵輸入的HMI，顯示尺寸小于5.7?，畫面組態(tài)軟件免費(fèi)，屬初級(jí)產(chǎn)品。如POP－HMI 小型人機(jī)界面；

觸摸屏輸入的HMI，顯示屏尺寸為5.7?～12.1?，畫面組態(tài)軟件免費(fèi)，屬中級(jí)產(chǎn)品；

基于平板PC計(jì)算機(jī)的、多種通訊口的、高性能HMI，顯示尺寸大于10.4?，畫面組態(tài)軟件收費(fèi)，屬 ** 產(chǎn)品。

5. 人機(jī)界面的使用方法

明確監(jiān)控任務(wù)要求，選擇適合的HMI產(chǎn)品；

在PC機(jī)上用畫面組態(tài)軟件編輯“工程文件”；

測(cè)試并保存已編輯好的“工程文件” ；

PC機(jī)連接HMI硬件，下載“工程文件”到HMI中；

連接HMI和工業(yè)控制器（如PLC、儀表等），實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

西門子EM232模擬量輸出模塊           型號(hào)6ES7232-0HB22-0XA8

SIMATIC S7-200 系列由以下模板組成：

• 5 種基本設(shè)備分為各種性能級(jí)別和不同型號(hào)。
• 15 個(gè)不同的數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊。
• 2 個(gè)用于連接到 PROFIBUS 和 AS-Interface 的通訊處理器。

機(jī)械特點(diǎn)

• 堅(jiān)固、緊湊的塑料外殼。
• 便于接觸的接口和控制部件由前擋片進(jìn)行保護(hù)。
• CPU 224 或以上： 可拆卸連接端子，適用于數(shù)字量擴(kuò)展模板。

設(shè)備特點(diǎn)

• 標(biāo)準(zhǔn)： 
  SIMATIC S7-200 符合 VDE、UL,、CSA 和 FM 等標(biāo)準(zhǔn)（Class I、Cat 2；危險(xiǎn)區(qū)組別 A、B、C 和 D，T4A）。 生產(chǎn)中采用的質(zhì)量管理體系通過了 ISO 9001 認(rèn)證。

通訊

SIMATIC S7-200 提供了各種通訊功能：

• 通訊接口： 
  可在 PPI 從站、MPI 從站和可自由編程接口模式下運(yùn)行。
• 與 AS- Interface 連接： 
  通過 CP 242-2 通訊處理器而作為主站運(yùn)行。
• 作為從站連接到 PROFIBUS DP： 
  通過 PROFIBUS-EM 277。

PPI 網(wǎng)絡(luò)

PPI 是集成在每一個(gè) S7-200 CPU 中的通訊系統(tǒng)。 用于編程、運(yùn)行或監(jiān)視的連接可通過一條共用兩線電纜來建立。 CPU 可同時(shí)與幾個(gè) CPU、文本顯示屏或操作員面板通訊。 數(shù)據(jù)傳輸速率為 9.6、19.2 和 187.5 KBit/s。

以下可以連接：

• 編程器： Field PG ， Power PG
• PC（AT 兼容），通過 PC/PPI 電纜。
• TD 200 文本顯示屏、TP070 觸摸式面板、SIMATIC 操作員面板。
• SIMATIC S7-200： 
  在一條公用數(shù)據(jù)線上可將zui多 31 臺(tái) S7-200 PLC 與編程器、PC、TD 200 或操作員面板相連。 S7-200 PLC（每種情況下都作為主站）與 NETR 及 NETW 之間的直接數(shù)據(jù)交換

PPI 模式下的通訊

MPI 網(wǎng)絡(luò)

通過集成接口，所有 CPU 都可連接到 MPI 網(wǎng)絡(luò)（傳輸速率 19.2/187.5 kbit/s），并與 SIMATIC S7-300/S7-400 進(jìn)行通訊。S7-200 CPU 則作為網(wǎng)絡(luò)中的從設(shè)備，相互之間不能進(jìn)行通訊。

MPI 模式下的通訊

點(diǎn)到點(diǎn)接口，可自由編程接口模式

用于通過 RS 232 接口和 PC/PPI 電纜來連接第三方設(shè)備。 數(shù)據(jù)傳輸是在 CPU 的自由端口模式下進(jìn)行的，CPU 226 的兩個(gè)端口都可在自由端口模式下運(yùn)行。 使用的通訊協(xié)議為面向位的特定用戶通訊協(xié)議（如 ASCII 協(xié)議或 Modbus），zui大數(shù)據(jù)傳輸速率為 115.2 KBit/s（可調(diào)）。

點(diǎn)到點(diǎn)連接可連接到：

• 任何帶串口的數(shù)據(jù)終端，如打印機(jī)、條形碼閱讀器、調(diào)制解調(diào)器等。
• S7-200 Micro PLC；例如，用于兩個(gè) CPU 之間的簡便數(shù)據(jù)交換。