毕业设计（论文）-基于TIA Portal的飞剪速度控制系统设计.doc

武汉科技大学本科毕业设计本科毕业设计题目：基于TIA Portal的飞剪速度控制系统设计学 院:信息科学与工程学院专 业:自动化学 号:学生姓名:指导教师:日 期:二一六年六月摘 要飞剪机是一种在冶金领域应用很广的生产设备。它在热连轧机、棒线材生产线等生产过程中都有应用，所以飞剪机的电气控制显得尤为重要。自动化控制水平高的飞剪系统，在生产过程中效率也高。在轧钢过程中，飞剪的主要工作是钢材的切头、切尾和定尺剪切。飞剪的传动装置是直流电机。采用离散PID算法设计控制器。PID是一种经典的控制算法，在闭环控制中经常用到。飞剪控制是一个闭环控制。通过检测飞剪剪刃的实际位置和目标位置的偏差，系统给出相应的速度控制指令。偏差越大控制越强，越小控制越弱，直到偏差为零，速度输出也为零。本文重点研究了利用TIA Portal软件和西门子S7-1500自动控制系统实现启停式飞剪机的自动控制。主要对飞剪机的速度、定位控制方案进行了设计。硬件部分用西门子1500PLC，软件在TIA POrtal上实现。关键词： 启停式飞剪； 定位； TIA Portal； PLCIAbstractFlying shear machine is one of the important production equipment in metallurgy field. It has application in the production process of hot rolling mill, bar and wire rod production line, so the electric control of flying shear is particularly important. High level of automation and control of the flying shear system, in the production process is also high efficiency.During the rolling process, the main work of flying shear is the cutting head, cutting tail and cutting.The flying shear motor is DC motor and the controller is designed using the discrete PID algorithm. PID is a classical control algorithm, which is often used in closed loop control. Flying shear control is a closed loop control. By detecting the deviation of the actual position and the target position of the flying shear blade, the corresponding speed control command is given. The greater the deviation, the stronger the control, the smaller the control, the weaker, until the deviation is zero, the output speed is zero.This paper focuses on the automatic control of the start and stop flying shear with the Portal TIA software under the SIEMENS S7-1500 automatic control system. The speed and position control scheme of the flying shear are designed. Hardware part with SIEMENS 1500PLC, software on the POrtal TIA to achieve.Key words： Start stop flying shear； location； TIA Portal； PLCIII目 录1 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 飞剪控制国内外现状11.3 本文的研究内容22 飞剪的传动系统32.1 飞剪电机速度控制32.1.1 直流电动机调速系统概述32.1.2 直流电机转速控制的要求和调速指标32.2 直流电机数学模型52.3 本章小结63 飞剪的位置和速度控制原理73.1 飞剪的运动过程73.2 飞剪启动与停止算法73.2.1 飞剪的切头计算83.2.2 飞剪的定尺计算93.3 飞剪控制系统113.3.1 飞剪定位过程理论分析123.3.2 飞剪控制系统133.4 本章小结164 基于TIA Portal和S7-1500的飞剪实现174.1 TIA Portal软件概述174.2 西门子S7-1500PLC的简单介绍174.2.1 PLC的硬件组成和工作原理174.2.2 S7-1500PLC概述184.3 飞剪的硬件配置194.4 飞剪系统软件设计204.5 本章小结27结束语28参考文献29致谢301 绪论1.1 课题研究的目的和意义 计算机、电子信息技术的迅猛发展极大地促进了工业自动化技术的更新。自动化程度的普及极大程度上推进了钢铁行业的向前发展。最近几年来，控制技术在轧钢生产线上的应用对提高我国的钢铁加工水平起了举足轻重的作用。这些发展都对轧钢控制系统的安全可靠性提出了更高、更严格的要求。轧钢生产中有不同类型的输出产品，按照其样式各不相同分为板材、线材以及管材等。其中这些产品在高速生产加工过程中，需要对其头尾进行精加工处理，因此在这一环节上采用了剪切工艺。利用剪切工艺剪切掉产品不平整的部分，剪切工艺的精确度直接影响到生产线的工作效率。飞剪是剪切工艺的核心。它是一种用于横向剪切运动着的带钢的机械设备。飞剪能否可靠而精确的运行是轧制生产能否拥有良好控制品质的关键因素，同时也直接影响着板材的成品质量。因此，充分利用现代科技发展的成果，深入地分析与研究飞剪控制系统，对提高飞剪的剪切精度，增强产品市场竞争力具有重要的理论意义与应用价值。1.2 飞剪控制国内外现状 目前国内已有不少的自动化研究所和设备工程公司，相继开发出自主技术的飞剪机控制系统。被用户广泛认可的有北京钢铁设计研究总院研究设计的启停式飞剪，电控设计采用GE9030 系列PLC，利用GE9030 PLC 的高速计数模块与轴定位控制模块，通过对模块参数的合理设置以及程序上的配置，理论剪切速度值可达23ms 左右，其实际剪切使用速度可达18ms，剪切精度已达到国外引进启停式飞剪水平。 国外一些著名的大企业，如西门子公司开发专用的工艺板T400，可以使用在master driver 或者dc master 系统中，作为一个选件板安装在电子箱内，通过背板总线与传动装置控制板通信，组成控制系统，它支持CFC 编程。除了支持客户自行编程，西门子还提供标准的剪切工艺软件包SPW450 飞剪控制软件。设计人员可根据现场实际需要进行参数设置，实现所需要的剪切功能。目前多家钢铁研究设计总院，通常还是通过使用可编程序控制器(PLC)及其特殊功能模块。如使用高速计数模块解决脉冲计数问题、使用轴、定位功能模块实现快速定位功能等。这充分利用了PLC 的逻辑运算、数值处理、高速计数等优点。1.3 本文的研究内容本课题主要研究了启停式飞剪自动控制系统的原理及其实现方案，其中包括：1）飞剪电控系统的总体设计；2）飞剪速度控制原理设计及位置、速度控制研究；3）飞剪电控系统的硬件设计；4）TIA Portal 环境下的硬件组态和软件设计。 2 飞剪的传动系统2.1 飞剪电机速度控制飞剪机用的是直流电机作为传动装置。长期以来，需要调速的场合多以直流电机驱动，直流电动机调速技术在工业生产中得到了广泛的应用。直流电动机能够提供启动时所需要的高启动转矩，也易于实现宽范围的转速调节，而且调节平滑，动态响应快，效率比较高，控制方式灵活简便等优点。2.1.1 直流电动机调速系统概述直流电动机的转速表达式为 （2.1）电动机电枢端电压电动机电枢回路电流总电阻电动机的电势常数电动机励磁磁通 由上式可以看到，直流电动机调速可通过以下三种方法实现：一是弱磁升速，即保持和不变，通过减小来升高，是一种小范围无级调速方式；二是变电阻调速，即保持和不变，通过调节来调节，是一种大范围有级调速方式；三是调压调速，即保持和不变，通过调节来调节，是一种大范围无级调速方式。直流调压调速方法应用最广泛，是直流调速系统的主导调速方法。2.1.2 直流电机转速控制的要求和调速指标 在一般意义上，对调速系统转速控制要求大致有以下三个方面：调速、稳速、加速和减速。调速系统稳态性能指标1）调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围用字母表示 （2.2）2）静差率 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比，称为静差率，即 （2.3）一个调速系统的调速范围，是指在最低转速时还能满足静差率要求下的转速可调范围。系统的静差率应该是最低速的静差率，即 （2.4） 最低转速为（2.5）将（2.5）带入（2.2）得（2.6）调速系统动态性能指标1）上升时间在典型阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值所经过的时间。2） 超调量输出量超出稳态值的最大偏差与稳态值之比，即（2.7）3） 调节时间响应曲线到达并不再超出允许误差带所需要的最短时间。2.2 直流电机数学模型图2.1 他励直流电机在额定励磁下的等效电路他励直流电机在额定励磁下的等效电路如上图，其中电枢回路总电阻和电感包含电力电子变换器内阻、电枢电阻和电感及可能在主回路中接入的其他电阻和电感，规定的正方向如图。假定主电路电流连续，动态电压方程为 （2.8）电动机轴上的动力学方程为 （2.9）式中 包括电动机空载转矩在内的负载转矩； 电力拖动装置折算到电动机轴上的飞轮惯量额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为 （2.10） （2.11）代入式（2.8）和（2.9）整理后的 （2.12） （2.13）在零初始条件下，取等式两侧的拉普拉斯变换，得到电压与电流的传递函数为 （2.14）电流与电动势间的传递函数 （2.15）有上式可以得出额定励磁下直流电动机的动态图及其变换。 图2.2 额定励磁下直流电动机的动态图及其变换图2.3 本章小结 飞剪的传动装置是直流电机，要想对其控制就要先了解直流电机的特性。本章首先介绍了直流电机运动规律，确定使用调压调速的方法。并且要注意调速的指标。然后分析了直流电动机是一个二阶线性环节。二阶线性环节有自己的特性，所以在设计控制器时更有针对性。3 飞剪的位置和速度控制原理3.1 飞剪的运动过程 为了能很好的控制飞剪，我们首先要知道它的运动过程。 图3.1 飞剪运动过程 图3.2 飞剪机的剪刃在最高点处时称为上死点，最低位置时称为下死点如图3.1所示。飞剪的运动过程分为加速、匀速、减速三个阶段，如下所述。1）加速区：剪刃在A点时为飞剪机原始停车位置，也就是启动的开始点。从A到B是加速区，飞剪以恒定的加速度加速运动，到B点时速度达到剪切的要求。2）匀速区：剪刃运动到B点时，剪刃进入匀速运行阶段，准备剪切。C点是下死点，剪刃到C点时剪切钢材。之后，飞剪匀速一段距离到D点。B点经过C点再到D点，飞剪匀速。3）减速区：剪刃到D点时飞剪以恒定的减加速度开始减速。飞剪一直减速到A点停止，为下一次剪切做准备。3.2 飞剪启动与停止算法飞剪主要应用在切头、切尾和定尺剪切这两个方面。下面分别介绍飞剪的这两种应用的计算方法。3.2.1 飞剪的切头计算图3.3 飞剪切头、切尾剪切钢材时一般都会对其前端进行处理，即切头。钢材从上游以速度V向飞剪机匀速运行。当钢材运行到热金属检测器HMD处时，HMD接通，脉冲计数器开始计数。钢材继续向前运行。当计数值增加到设定值时，钢材正好在STAR处，此时启动飞剪。钢材和飞剪都在运行。钢材头部经过C点并向前走过CH长的距离后，飞剪运动到C点剪切钢材。计算如下。说明：CH钢材切头长度CT钢材切尾长度V钢材匀速运行速度、飞剪匀速剪切速度a飞剪加速度S1飞剪加速运行的路程t1飞剪加速运行的时间S2飞剪匀速运行的路程t2飞剪匀速运行的时间T钢材从START过C点再向前走CH的时间对于飞剪，从开始启动到剪切这一过程加速（3.1）（3.2）（3.3）匀速（3.4）对钢材，从START过C点再向前走CH（3.5）其中，（3.6）（3.7）（3.8）所以（3.9）从图3.3可知，L1是可测的，它是HMD到飞剪轴的距离。V、S1、S2、a都是可以预先设定的。等式（3.9）中只有S和CH未知。综上可知，切头CH只和S有关。S大小由计数脉冲的设定值决定。换就话说，控制HMD和START之间的计数脉冲设定值可以控制切头长度CH，即飞剪启动的时间是关键点。所以，根据厂家对切头的要求，我们根据式（3.9）确定S的值，进而得出脉冲计数设定值。3.2.2 飞剪的定尺计算对钢材切头处理后就开始定尺剪切。启停式飞剪是在钢材高速运动过程中进行剪切的。剪切的长度和速度是认为决定的。剪切长度和速度与飞剪剪刃启动点、加减速的基准速度值有关，下面分别介绍。1） 飞剪启动点的计算图3.4 飞剪定尺剪切从图3.4可知，剪切的启动点与钢材的剪切长度L、钢材己通过的长度X、钢材的运行速度V、飞剪加速方式等均有关系。说明：L钢材剪切长度X钢材当前通过的长度Y0剪刃圆周运动轨迹的周长Y飞剪剪刃当前的位置（从剪切点C开始计算）V钢材的运行速度t1飞剪剪刃从停止点A起动加速到点B所用时间，在这一过程中走过的路程为S1，加速度为at2从点B到剪切点C所用时间，在这一过程中走过的路程为S2t钢材从剪刃起动到被剪断所用时间于是有如下关系（3.10）（3.11）（3.12）（3.13）得出（3.14）由飞剪和钢材运动关系得（3.15）将式（3.11）、（3.12）、（3.14）带入式（3.15）中得（3.16）当钢材通过剪切点C的长度X和剪刃的位置S1满足时，剪刃开始加速启动。2） 飞剪加速时速度基准值算法V0飞剪当前速度给定t0飞剪启动后从当前位置运行到B点用的时间钢材的剩余长度 （3.17）剪刃的最终速度 （3.18） （3.19）由上面三个等式得出 （3.20）又有，所以剪刃在加速度区的速度基准值为 （3.21）3) 飞剪减速时速度基准值算法剪刃在加速区加速到与钢材同步速度，并保持同步速度直至剪切完成，在匀速区钢材与剪刃通过的距离始终相等。离开剪切点后，剪刃由匀速速度减速到零，并停止在初始位置A。剪刃从剪切点C运动到停止位置A走过的路程为Z，所用时间为t3，减速区的加速度为a1，剪刃在减速区内任一位置的速度基准值为V1。 （3.22）剪刃速度由V减速到0有 （3.23） （3.24）由上式可推出剪刃在减速区任意位置速度基准值V1为 （3.25）减速区速度基准值计算公式中，V1是在速度控制的基础上叠加剪刃位置偏差。3.3 飞剪控制系统本节主要论述飞剪的控制系统的设计，包括理论计算和控制方法。3.3.1 飞剪定位过程理论分析图3.5 定位过程设位置偏差为S，位置的初始偏差为S0；电机的最大速度为Vm；受最大允许动态转矩限制的最大允许加速度和最大允许减速度都为am。从图中可看出，为了尽快的消除位置偏差，电机以最大加速度am启动。于是有如下关系。加速阶段 （3.26）位置偏差 （3.27）达到Vm的时间 （3.28）此时的位置偏差为 （3.29）电机在t2出以最大加速度减速 （3.30） （3.31） （3.32）于是可得减速过程的位置偏差为 （3.33）3.3.2 飞剪控制系统飞剪系统最重要的就是位置和速度的控制。飞剪在不同的位置区间段都有对应的速度。飞剪控制系统由位置环、速度环组成，如图3.6。飞剪系统的控制器设计是工作的核心。利用PID控制算法来设计控制器。飞剪系统其实是一个计算机闭环控制系统。典型的计算机控制系统如图3.7所示。下面对PID在计算机控制中的利用做简单介绍，飞剪控制就是这种方法的应用。图3.6 飞剪控制系统框图 图3.7 计算机控制系统基本框图PID控制器（亦称为PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。其特点是原理简单、易于实现、适用面广等。我们不是简单地将模拟PID 算法数字化而是利用计算机的逻辑判断和运算功能，使PID 控制更加灵活，以满足各种生产过程的要求。PID控制原理如图3.8。图3.8 PID控制原理PID 由比例环节（P）、积分环节（I）、微分环节（D）组成。比例环节数学模型 （3.34）当增大系统中的比例系数Kp时，则系统可以快速反应并且调节，能使系统反应时间最短。但是随着Kp的慢慢增加到一定临界值时，会造成系统越来越不稳定，超调增大，并且继续增大的时候，系统输出会发散。如果一个系统只存在有比例控制，则该系统会存在静态误差。积分环节数学模型 （3.35）系统在进入稳态以后，为了消除系统的稳态误差，因为引入了积分环节。积分环节能消除静差。不过积分作用需要一定的时间才会明显，所以对于系统响应来说，积分调节是有滞后性的。微分环节数学模型 （3.36） 微分对偏差的任何变化都产生控制作用，微分作用的加入将有助于减少超调量，克服振荡，使系统趋于稳定。微分作用可以加快系统的动作速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。 PID控制器输出和输入的关系 （3.37）传递函数为 （3.38）为了便于计算机实现PID算法，我们必须将式（3.36）改写为离散（采样）式，则可以将积分运算利用部分和代替，微分运算用差分方程表示。 （3.39） （3.40） 其中，T为采样周期，k（k=0、1、2.）为采样周期的序号,e(k-1)和e（k）分别为第k-1和第k个采样周期时的偏差。于是可得式（3.36）对应的差分方程 （3.41） 上式为位置型算法，其中u（k）为第k个采样时刻的控制量。如果采样周期T与被控对象时间常数比较相对较小，那么这种近似是合理的，并与连续控制的效果接近。根据式（3.40）我们不难得到第k-1个采样周期时刻的控制量u（k-1），即 （3.42） 将式（3.40）减去式（3.41）得第个k采样时刻控制量的增量 （3.43）上式为增量型算法。第k个采样时刻实际控制量为 （3.44）为了编程方便，将式（3.42）改写为 （3.45）其中，3.4 本章小结本章主要讲的是飞剪的具体运行过程。飞剪主要作用是切头、切尾和定尺剪切。这两个过程中飞剪的运行都有共同的过程。飞剪都需要进行加速、匀速和减速。飞剪不可能直接升速到要求的速度，他有一个加速的过程。在匀速剪切完钢材后为了下一次的剪切，飞剪要减速到速度为零。飞剪的控制，就是这三个过程的控制。知道运行过程后还需控制策略。本章采用的是闭环控制，即利用偏差消除偏差。离散PID算法来设计控制控制器。4 基于TIA Portal和S7-1500的飞剪实现飞剪系统是一个计算机控制系统。在本文中，它的可编程处理器用的是西门S7-1500PLC。PLC是控制系统的“头脑”，接受给定信号和反馈产生误差，并利用误差经过控制算法发出控制信号使飞剪电机按照预定的方式运行。TIA Portal软件是PLC硬件组态、软件编程和程序仿真的平台。这一软件由西门子公司近几年才开发出来，它比以往PLC相关软件功能更强、界面更友好、实用性很好。本章先对TIA Portal和PLC做简单介绍，再具体说明在飞剪控制系统中的的应用。4.1 TIA Portal软件概述TIA是Totally Integrated Automation的简称，即全集成自动化。Portal翻译为入口，开始的地方，TIA Portal意思就是全集成自动化的入口，中文又称之为“博途”，是西门子重新定义自动化的概念、平台以及标准的自动化工具平台。TIA portal分为两部分：Step7 与 WinCC。这套体系，是一款注重用户体验的工业工程工具，其体系也在不断完善与扩充。到现在为止最高版本支持西门子最新的硬件 SIMATIC S7-1500系列PLC。TIA Portal的出现使得工程效率提高，下面介绍几个它的特有功能。智能拖拽。TIA Portal中的所有编辑器会一起工作，所有操作都在后台完成，不用进行任何操作。面板技术。该技术能够以可视化方式完成所有控制操作，而且可以将面板保存到全局库中，并且不断重复利用。交叉应用。在设备组态界面中，模块的地址都标在上面。当编程要用到时，直接从图中拖到程序中。4.2 西门子S7-1500PLC的简单介绍4.2.1 PLC的硬件组成和工作原理PLC主要由CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外部设备通信接口、输入/输出（I/O）扩展接口、编程器等部分组成。PLC硬件组成如图4.1所示。1） CPU：CPU是PLC的核心部分，很大程度上决定了PLC的整体性能，通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、I/O接口等连接。2） 存储器：存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作数据。存储器主要分为两种：一种是系统存储器，用于存放系统程序，用户不能更改，使用只读存储器EPROM；另一种是用户存储器，用于存储用户程序和工作数据。3） I/O接口电路：I/O模块是PLC与工业现场之间的连接部件，是数据进出PLC的通道。4） 电源：电源负责给PLC提供能源，PLC一般采用高质量、高稳定性、抗干扰能力强的直流开关稳压电源。5） 外部通信设备：通信接口主要为实现“人机”或“机机”对话，通信接口一般都带有通信处理器。6） I/O扩展接口：I/O扩展接口主要用于连接扩展单元。7） 编程器：编程器主要用于编程、调试、检查、修改程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统参数等。整个组成如图4.1所示。图4.1 PLC硬件组成PLC的系统工作采用“循环扫描”的工作方式。PLC在运行时，其内部要进行一系列操作，大致包括6个方面的内容，即初始化处理、系统自诊断、通信与外设服务（含中断服务）、采样输入信号、执行用户程序输出刷新。4.2.2 S7-1500PLC概述S7-1500PLC是在S7-300/400的基础上升级的一款产品。它比较其他产品有很多优势，结构紧凑、使用方便、集成工艺功能等。S7-1500自动化系统由以下组件构成：1） 中央处理单元模块（CPU） CPU用于存储和处理程序，控制集中式I/O和分布式I/O。2） 电源模块（PS/PM）PS是系统电源，PM是负载电源模块都为系统提供电源。3） 数字量和模拟量I/O模块数字量I/O模块用于数字信号的输入/输出(DI/DQ),模拟量I/O模块用于模拟量的输入/输出(AI/AQ)。4） 通信模块 通信模块用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，如：PROFINET/Ethernet、PROFIBUS、点对点。5） 工艺模块工艺模块用于处理CPU无法完成或对实时性要求高的任务，如：计数、位置检测模块。6) 导轨固定安装S7-1500PLC的各种模块。S7-1500系统最多可以有32个模块，这些模块占插槽0到31。各插槽可插入的模块如下所述。PM只能在0号插槽，PS可在0、231号槽，CPU只能在1号槽，数字量和模拟量I/O模块、通信模块、工艺模块可以插入231号槽。S7-1500最大配置如图4.2。图4.2 S7-1500最大配置4.3 飞剪的硬件配置飞剪系统是用的PLC来具体实现的，它的控制框图如图4.3。在编写程序之前，都要把硬件配置好,飞剪的拓扑图如图4.4。拓扑图中还包含了硬件的选型。电源选择PS 25W 24VD。CPU选择1511-1 PN，工作存储器可存储 150 KB 程序和 1 MB 数据，位指令执行时间 60 ns。数字量输入模块选择DI16 x 24VDC，有16个数字输入通道。数字量输出模块选择DQ16 x 24VDC/0.5A，有16个数字输出通道。模拟量输出选择AQ 4xU/I ST，有四个模拟量输出通道。计数器选择TM Count 2x24V，有2个计数通道。图4.3 控制框图图4.4 拓扑图4.4 飞剪系统软件设计飞剪的运动控制流程如图4.5所示。在TIA Portal的用户界面中，我们可以看见运动控制和技术这一项。CPU S7-1500具有运动控制功能组件，支持轴的定位和移动。在TIA Portal中，利用这一功能实现运动控制的步骤为创建项目、组态工艺对象、组态结果加载到CPU、在CPU中执行运动控制功能。飞剪电机的控制就用此方法。运动控制中，可以使用三种工艺对象，分别是速度控制轴工艺对象、定位轴工艺对象、外部编码器工艺对象。由于飞剪电机需要定位控制，我们使用定位轴工艺对象（PositioningAxis）。定位轴工艺对象可以计算出位置设定值，并将对应的速度控制设定值输出到驱动装置。它的基本原理如图4.6。图4.5 运动流程图4.6 基本原理图PLC编程步骤如下1）创建项目打开TIA Portal软件，单击“创建新项目”，将左下角的“Portal视图”切换到“项目视图”。在左侧的“项目树”中单击“添加新设备”，选择“控制器”“SIMATIC S7-1500”“CPU 1511-PN”。接着在“硬件目录”中添加PS、DI、DQ、AQ、TM模块。这样就创建了一个S7-1500硬件系统。2） 添加定位轴工艺对象 在CPU 1511-1 PN文件下选择“工艺对象”选项。然后选择“插入新对象”并添加一个“位置轴工艺对象”，如图4.7。图4.7 添加工艺对象3） 组态编译器对工艺对象组态步骤一：设置基本参数 轴类型为旋转，位置单位选度，转速单位为度每秒。步骤二：硬件接口驱动装置。添加并组态一个模拟量输出模块AQ，选择一个输出通道将其 作为驱动装置的控制输出。再添加并组态一个计数模块TM。选择一个通道来检测编码器的脉冲，计数方式是增量式编码。然后添加一个“位置轴工艺对象”，如图4.7。在“位置轴工艺对象”中的“硬件接口驱动装置驱动装置类型”选择“模拟量驱动装置连接”。组态好后如图4.8。编码器。编码器连接选择通过工艺模块进行连接。工艺模块选择PLC计数器计数通道零（PLC_1.TM Count 2x24V_1.Channel_0）。数据交换。根据要求选择参考速度。报文选择DP_TEL83_STANDARD，编码器类型为增量式旋转，单转步数1000。步骤三：扩展参数 动态默认值中可以设置速度、加速度、减速度，如图4.9。编程时，这些参数都可以改变。 图4.8 组态图图4.9 动态默认值4） 编程 “位置轴工艺对象”组态好了后，用户可以在用户程序中，通过运动控制指令将作业传输至工艺对象从而控制运动过程。从用户程序中，也可以读出工艺对象中的实际值（例如，当前位置）、状态信息或者检测错误消息。换句话说，用户程序通过工艺对象控制运动过程。步骤一：分配好变量打开程序块，选择“默认变量表”，定义如图4.10所示的变量表。图4.10 变量表步骤二：调用运动控制指令，如图4.11所示。根据控制的要求调用相应的指令实现运动控制。图4.11 运动指令MC_Power指令用于启动和禁止运动，MC_MoveJog用于轴速度、加速度等的控制，MC_Home用于轴的归位为下次运动做准备，MC_Halt用于在突发事件时轴的暂停。主要程序如下。在“定位轴工艺对象”中有调试功能。轴控制面板如图4.12，通过这可以调试轴的当前位置、速度、加减速度等。可以看见速度和位置的变化，比如轴在加速运动，则就能看见速度的递增，位置偏差在减小。图4.12 轴控制面板4.5 本章小结 本章主要介绍了TIA Portal软件和S7-1500自动控制系统。通过TIA Portal组态工艺对象来实现飞剪的控制。 结束语本文研究的是基于TIA Portal的飞剪控制系统。要求飞剪能对钢材切头、切尾和定尺剪切的工作。具体而言是根据要求控制电机的加速、匀速和减速运动。首先，飞剪是有直流电机带动的，要先研究直流电机的运动规律。直流电机的速度与电枢电阻、磁场强