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S7-200 PLC 脈沖輸出MAP 庫文件的使用

1 概述

S7--200提供了三種方式的開環(huán)運動控制：
• 脈寬調制（PWM）--內(nèi)置于S7--200，用于速度、位置或占空比控制。
• 脈沖串輸出（PTO）--內(nèi)置于S7--200，用于速度和位置控制。
• EM253位控模塊--用于速度和位置控制的附加模塊。

S7—200的內(nèi)置脈沖串輸出提供了兩個數(shù)字輸出通道（Q0.0和Q0.1），該數(shù)字輸出可以通過位控向導組態(tài)為PWM或PTO的輸出。

當組態(tài)一個輸出為PTO操作時，生成一個50%占空比脈沖串用于步進電機或伺服電機的速度和位置的開環(huán)控制。內(nèi)置PTO功能僅提供了脈沖串輸出。您的應用程序必須通過PLC內(nèi)置I/O或擴展模塊提供方向和限位控制。

PTO按照給定的脈沖個數(shù)和周期輸出一串方波（占空比50％），如圖1。PTO可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段脈沖串（使用脈沖包絡）。可以脈沖數(shù)和周期（以微秒或毫秒為增加量）:
• 脈沖個數(shù)： 1到4,294,967,295
• 周期： 10μs(100K)到65535μs或者2ms到65535ms。

圖1

200系列的PLC的脈沖輸出頻率除 CPU224XP 以外均為20kHz。CPU224XP可達100kHz。如表1所示：

表1

2 MAP庫的應用

2.1 MAP庫的基本描述
現(xiàn)在，200系列 PLC 本體 PTO 提供了應用庫MAP SERV Q0.0 和 MAP SERV Q0.1，分別用于 Q0.0 和 Q0.1 的脈沖串輸出。如圖2所示：

圖2

注： 這兩個庫可同時應用于同一項目。

各個塊的功能如表2所示：

表2

總體描述
該功能塊可驅動線性軸。
為了很好的應用該庫，需要在運動軌跡上添加三個限位開關，如圖3：
• 一個參考點接近開關（home），用于定義位置 C_Pos 的零點。
• 兩個邊界限位開關，一個是正向限位開關(Fwd_Limit)，一個是反向限位開關(Rev_Limit)。
• 位置? C_Pos 的計數(shù)值格式為 DINT ，所以其計數(shù)范圍為(-2.147.483.648 to +2.147.483.647). ?
• 如果一個限位開關被運動物件觸碰，則該運動物件會減速停止，因此，限位開關的安置位置應當留出足夠的裕量?ΔSmin 以避免物件滑出軌道盡頭。

圖3

2.2 輸入輸出點定義
應用MAP庫時，一些輸入輸出點的功能被預先定義，如表3所示：

表3

2.3 MAP庫的背景數(shù)據(jù)塊
為了可以使用該庫，必須為該庫分配 68 BYTE（每個庫）的全局變量，如圖4所示：

圖4

下表是使用該庫時所用到的重要的一些變量（以相對地址表示），如表4：

表4

2.4 功能塊介紹
下面逐一介紹該庫中所應用到的程序塊。這些程序塊全部基于PLC-200 的內(nèi)置PTO輸出，完成運動控制的功能。此外，脈沖數(shù)將通過的高速計數(shù)器 HSC 計量。通過 HSC 中斷計算并觸發(fā)減速的起始點。

2.4.1 Q0_x_CTRL
該塊用于傳遞全局參數(shù)，每個掃描周期都需要被調用。功能塊如圖5，功能描述見表5。

圖5

表5

Velocity_SS 是脈沖頻率，是加速過程的起點和減速過程的終點。
Velocity_Max 是大小脈沖頻率，受限于電機最頻率和PLC的大輸出頻率。
在程序中若輸入超出（Velocity_SS，Velocity_Max）范圍的脈沖頻率，將會被Velocity_SS 或 Velocity_Max 所取代。
accel_dec_time 是由 Velocity_SS 加速到 Velocity_Max 所用的時間（或由Velocity_Max 減速到 Velocity_SS 所用的時間，兩者相等），范圍被規(guī)定為 0.02 ~ 32.0 秒，但不要小于0.5秒。

警告：超出 accel_dec_time 范圍的值還是可以被寫入塊中，但是會導致定位過程出錯！

2.4.2 Scale_EU_Pulse
該塊用于將一個位置量轉化為一個脈沖量，因此它可用于將一段位移轉化為脈沖數(shù)，或將一個速度轉化為脈沖頻率。功能塊如圖6，功能描述見表6。

圖6

表6

下面是該功能塊的計算公式：

2.4.3 Scale_ Pulse_EU
該塊用于將一個脈沖量轉化為一個位置量，因此它可用于將一段脈沖數(shù)轉化為位移，或將一個脈沖頻率轉化為速度。功能塊如圖7，功能描述見表7。

圖7

表7

下面是該功能塊的計算公式：

2.4.4 Q0_x_Home
功能塊如圖8，功能描述見表8。

圖8

表8

該功能塊用于尋找參考點，在尋找過程的起始，電機首先以 Start_Dir 的方向，Homing_Fast_Spd 的速度開始尋找；在碰到limit switch (“Fwd_Limit" or “Rev_Limit")后，減速至停止，然后開始相反方向的尋找；當碰到參考點開關(input I0.0; with
Q0_1_Home: I0.1)的上升沿時，開始減速到 “Homing_Slow_Spd"。如果此時的方向與 “Final_Dir" 相同，則在碰到參考點開關下降沿時停止運動，并且將計數(shù)器HC0的計數(shù)值設為 “Position" 中所定義的值。

如果當前方向與 “Final_Dir" 不同，則必然要改變運動方向，這樣就可以保證參考點始終在參考點開關的同一側（具體是那一側取決于 “Final_Dir"）。

尋找參考點的狀態(tài)可以通過全局變量 “Homing_State" 來監(jiān)測，如表9：

表9

2.4.5 Q0_x_MoveRelative
該功能塊用于讓軸按照的方向，以的速度，運動的相對位移。功能塊如圖9，功能描述見表10。

圖9

表10

2.4.6 Q0_x_MoveAbsolute
該功能塊用于讓軸以的速度，運動到的位置。功能塊如圖10，功能描述見表11。

圖10

表11

2.4.7 Q0_x_MoveVelocity
該功能塊用于讓軸按照的方向和頻率運動，在運動過程中可對頻率進行更改。功能塊如圖11，功能描述見表12。

圖11

表12

注意：Q0_x_MoveVelocity 功能塊只能通過 Q0_x_Stop block 功能塊來停止軸的運動。如圖12：

圖12

2.4.8 Q0_x_Stop
該功能塊用于使軸減速直至停止。功能塊如圖13，功能描述見表13。

圖13

表13

2.4.9 Q0_x_LoadPos
該功能塊用于將當前位置的位置設置為預置值。功能塊如圖14，功能描述見表14。

圖14

表14

注意：使用該塊將使得原參考點失效，為了清晰地定義位置，必須重新尋找參考點。

2.5 校準

該塊所使用的算法將計算出減速過程（從減速起始點到速度達到Velocity_SS）所需要的脈沖數(shù)。但時在減速過程中所形成的斜坡有可能會導致計算出的減速斜坡與實際的包絡不**。此時就需要對 “Tune_Factor" 進行校正。

校正因子 “Tune_Factor"

圖15

如圖所示，運動的目標位置是B，算法會自動計算出減速起始點，當計算與實際不符時，當軸已經(jīng)運動到B點時，尚未到達速度，此時若位 "Disable_Auto_Stop" = 0，則軸運動到B點即停止運動，若位 "Disable_Auto_Stop" = 1，則軸會繼續(xù)運動直至到達低速度。圖中所示的情況為計算的減速起始點出現(xiàn)的太晚了。

確定調整因子

注意：一次新的校準過程并不需要將伺服驅動器連接到CPU。
步驟如下：
1. 置位 "Disable_Auto_Stop"，即令 "Disable_Auto_Stop" = 1。
2. 設置 “Tune_Factor" = 1。
3. 使用 Q0_x_LoadPos 功能將當前位置的位置設為0。
4. 使用 Q0_x_MoveRelative，以的速度完成一次相對位置運動（留出足夠的空間以使得該運動得以順利完成）。
5. 運動完成后，查看實際位置 HC0。Tune_Factor 的調整值應由 HC0，目標相對位移 Num_Pulses，預估減速距離 Est_Stopping_Dist 所決定。Est_Stopping_Dist 由下面的公式計算得出：

Tune_Factor由下面的公式計算得出：

6. 在調用 Q0_x_CTRL 的網(wǎng)絡之后插入一條網(wǎng)絡，將調整后的 Tune_Factor 傳遞給全局變量 +VD1，如圖16。

圖16

7. 復位 "Disable_Auto_Stop"，即令 "Disable_Auto_Stop" = 0。

2.6 尋找參考點的若干種情況
在尋找參考點的過程中由于起始位置、起始方向和終止方向的不同會出現(xiàn)很多種情況。

一個總的原則就是：從起始位置以起始方向 Start_Dir 開始尋找，碰到參考點之前若碰到限位開關，則立即調頭開始反向尋找，找到參考點開關的上升沿（即剛遇到參考點開關）即減速到尋找低速 Homing_Slow_Spd，若在檢測到參考點開關的下降沿（即剛離開遇到參考點開關）之前已經(jīng)減速到 Homing_Slow_Spd，則比較當前方向與終止方向 Final_Dir 是否*，若*，則完成參考點尋找過程；若否，則調頭找尋另一端的下降沿。若在檢測到參考點開關的下降沿（即剛離開遇到參考點開關）之前尚未減速到 Homing_Slow_Spd，則在減速到 Homing_Slow_Spd 后調頭加速，直至遇到參考點開關上升沿，重新減速到 Homing_Slow_Spd，判斷當前方向與終止方向 Final_Dir 是否*，若*，則完成參考點尋找過程；若否，則調頭找尋另一端的下降沿。（Final_Dir 決定尋找參考點過程結束后，軸停在參考點開關的哪一側）

下面的圖形會反應不同情形下尋找參考點的過程。

Start_Dir=0, Final_Dir=0，如圖17：

圖17

Start_Dir=0, Final_Dir=1，如圖18：

圖18

Start_Dir=1, Final_Dir=0，如圖19：

圖19

Start_Dir=1, Final_Dir=1，如圖20：

圖20

MAP Serve 庫的下載方法：

網(wǎng)頁如下所示：

在搜索關鍵字中輸入文檔編號“26513850"，進入下面的網(wǎng)頁：

選擇下載 MAP 參考文檔（English）SERV_MAP_e.pdf 和 庫文件 SERV MAP.zip。

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