基于西门子S120的XY轴运动控制系统配置及操作说明.pdf

基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制 配置及操作说明书 版本 3 2 用户文件编号 cecloud a7015 hh001 030201 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 i 页 共 ii 页 目 录 第一章 安全注意事项 1 1 1 防止触电 1 1 2 防止损坏 1 1 3 其他注意事项 2 第二章 系统简介 3 2 1 基本技术指标 3 2 2 产品特色 4 2 3 对象系统 5 2 4 工艺部件清单 6 第三章 控制器 驱动器 7 3 1 伺服电机控制器 7 3 1 1系统参数 7 3 1 2原理 接线方法 7 3 2 伺服电机驱动器 8 3 2 1系统参数 8 3 2 2原理 接线方法 8 3 3 伺服电机 10 3 3 1系统参数 10 3 4 丝杆传动系统 10 3 4 1系统参数 10 第四章 配电与接线 12 4 1 基本的配电 12 4 1 1设备布局 12 4 1 2电源配电 12 4 2 信号接线图 13 4 2 1 dp接线 13 4 2 2电源供电 13 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 ii 页 共 ii 页 4 2 3限位开关接线 13 第五章 调试步骤 14 5 1 第 1 步 接线 14 5 1 1 dp总线连接 14 5 1 2 拨码地址 14 5 2 第 2 步 使用 hw config 组态 cpu 313 2 dp 15 5 2 1 新建项目 15 5 2 2 硬件配置 16 5 3 第 3 步 使用 scout 软件 组态 sinamics 驱动器 22 5 3 1 自动组态轴 22 5 3 2 手动配置轴参数 25 5 3 3 传送报文 31 5 3 4 在线试运行 31 5 3 5 配置基本定位功能 33 5 3 6 在线优化轴参数 42 5 3 7 基本功能在线试运行 44 5 3 8 配置第二个伺服驱动器 45 5 4 第 4 步 使用 step7 用户程序控制轴 46 5 4 1通过dp总线实现s7 300与s120的通讯 46 5 4 2新建step7控制程序 46 5 4 3变量表试运行 49 5 5 第 5 步 使用组态王编写组态程序 55 5 5 1创建设备 55 5 5 2创建数据词典 56 5 5 3创建画面 58 5 5 4运行和调试 59 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 1 页 共 57 页 第一章第一章 安全注意事项安全注意事项 安全注意事项 在安装 操作 维护或检查本系统之前 一定仔细阅读以下安全注意事项 在熟悉设备的知识 安全信息及全部有关注童事项以后使用 在本使用说明书中 将安全注意事项等级分为 危险 和 注意 危险 不正确的操作造成的危险情况 将导致死亡或重伤的发生 注意 不正确的操作造成的危险情况 将导致一般或轻微的伤害或造成物 体的硬件损坏 注意 根据情况的不同 注意 等级的事项也可能造成严重后果 请遵 循两个等级的注意事项 因为它们对于个人安全都是重要的 1 1 防止触防止触电电 危险 当通电或正在运行时 请不要进行任何维护 维修操作 不要接触插头 孔 开以及开关电源等 380vac 的强电端子 否则会发生触电的危险 请不要用湿手操作开关 以防止触电 在开始布线或维修之前 请断开电源 以防止触电 1 2 防止损坏防止损坏 注意 由于系统用 380v 供电 操作时要正确使用电压 在上电调试之前 需将伺服电机拆下 固定在桌上后 再进行硬件调试和程 序编写 以防止由于硬件配置错误 速度太快或是硬件限位没有配置完成等情况 下 对设备产生的损坏 系统应远离可燃物体 系统发生故障时 请断开电源 否则可能因电流过大 导致火灾 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 2 页 共 57 页 各个端子上加的电压只能是使用手册上所规定的电压 以防止爆裂 损坏等 始终应保证正负极性的正确 以防止爆裂 损坏等 1 3 其他注意事项其他注意事项 注意 当搬运产品时 请使用正确的升降工具以防止损伤 不要过分颠簸 绝对禁 止倾斜 甚至倾倒 环 境 周围环境温度 0 50 周围环境湿度 90 rh 以下 不凝露 储存温度 20 50 环境 室内 无腐蚀性气体 可燃性气体 油 雾和尘埃等 振动 59m s 以下 jis c 0040 标准 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 3 页 共 57 页 第二章第二章 系统简系统简介介 a8050 制造自动化控制实验系统完全符合国家对自动化专业工程培训的要 求 非常适合学习组态软件 控制系统调节以及控制器编程 2 1 基本技术指标基本技术指标 对象尺寸 660mm 长度 660mm 宽度 200mm 高度 桌子尺寸 660mm 长度 560mm 宽度 610mm 不含轮子高度 轮子 高度 80mm 左右 重量 28 公斤左右 供电 380v 5a 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 4 页 共 57 页 2 2 产品特色产品特色 1 艺术品质 采用铝板加工 在保证强度的基础上 最大的减轻了设备的质量 采用标准传 动滚珠丝杆 保证精密控制 采用高强度 工业级导轨及线性轴承 系统牢固 可靠 且外观精美 结构清晰 2 产品安全 整个系统设备采用交流 380v 安全电压 并采用良好的接地端子 并使用漏 电型剩余电流保护器 在 0 03s 内实现漏电保护 左右 前后行程均有高品质限 位开关保护 防止设备损坏 3 绝对开放 可 365 天绝对开放的实验平台 可供学生深度开发 4 最适合工程教育 多功能化的实验系统 提供基本的控制要求 并可以对伺服电机的深度开发 该系统性价比最高 能多种实验要求 适合于全天开放 以及最适合的三种 教学模式 学习组态软件 学习控制系统调节 学习控制器编程 5 最适合算法研究 a8050 实验系统具有定速启动 正反转控制 定距运行 故障复位等 多个 特点 可以为研究生提供伺服电机控制的理想试验平台 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 5 页 共 57 页 2 3 对象系统对象系统 控制系统和对象是一体 分左右行程和前后行程 采用标准传动滚珠丝杆 丝杆的导程 也称螺距 即丝杆每扭转一周螺母直线活动的间隔 为 10mm 左右行程为 305mm 前后行程为 445mm 尺寸 660mm 长度 660mm 宽度 200mm 高度 a8050 制造自动化控制对象如图所示 本对象系统提供 x y 轴控制系统 两轴可以单独运行 互不影响 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 6 页 共 57 页 2 4 工艺部件清单工艺部件清单 部件名称 特色 备注 x y 轴 支持平台的左 前后移动 并配有相应的 限位开关 伺服电机 采用西门子伺服电机 运行稳定 低噪音 低振动 控制精准 并自带编码器 丝杆 采用标准丝杆 丝杆每转到一圈 平台可 移动 10mm 供电 采用三相四线制供电 平台和桌子均良好 接地 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 7 页 共 57 页 第三章第三章 控制器 驱动器控制器 驱动器 3 1 伺服电机控制器伺服电机控制器 3 1 1 系统参数系统参数 型号 cu310 dp 如图所示 订货号为 6sl3040 0la00 0aa1 电源输入 24vdc 3 3a 输出 24vdc 0 5a 使用温度范围为 0 55 3 1 2 原理原理 接线方法接线方法 接线的端子含义如下 bus x21 用于 profibus dp 通讯 与 s7 300cpu 通讯 rs232 x22 可直接使用 9 针母头串口线与电脑的 rs232 口通讯 用于硬件 配置 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 8 页 共 57 页 x23 外部的编码器接口 x124 cu310 供电端口 x122 温度接口 用于接入测量电机温度的传感器 x121 4di 4dio 口 可支持 4 路 di 输入和 4 路 do 输出 也可通过硬件配 置将 4 路 do 口分别设置为 di 输入口 t0t1t2 用于测试 cu310 内部的温度 一般不使用 3 2 伺服电机驱动器伺服电机驱动器 3 2 1 系统参数系统参数 型号 pm340 订货号为 6sl3210 1se12 2ua0 电压输入 380 480v 电流 2 5a 50 60hz 输出 3ac 2 2a 3 2 2 原理原理 接线方法接线方法 u1 v1 w1 系统供电段子 用于接入 380v 三相电源 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 9 页 共 57 页 u2 v2 w2 外接伺服电机 注意接线应与段子对应 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 10 页 共 57 页 3 3 伺服电机伺服电机 伺服电机 3 3 1 系统参数系统参数 名称 西门子伺服电机 订货号 1kf7024 5af17 1ug0 m0 3nm i0 2 2a nmax 9000 min mn 2 6nm in 1 95a nn 3000 min 3 4 丝杆传动系统丝杆传动系统 3 4 1 系统参数系统参数 名称 紧密滚珠丝杆 最大载荷 5000 kn 丝杆底径 14 mm 丝杆螺距 10 mm 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 11 页 共 57 页 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 12 页 共 57 页 第四章第四章 配电配电与接线与接线 4 1 基本的配电基本的配电 4 1 1 设备布局设备布局 如图所示 4 1 2 电源配电电源配电 将总电源由漏电保护器进入 并分配给两个 pm340 如图所示 图 4 2 配电图 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 13 页 共 57 页 4 2 信号接线图信号接线图 4 2 1 dp 接线接线 通过 dp 总线连接 通过 dp 总线将连个 cu310 bus x21 端子 并联在 dp 总线上 4 2 2 电源供电电源供电 将 dc24v x124 端子 通过导线连接到 ps307 电源上 注意区分正负极 4 2 3 限位开关接线限位开关接线 将限位开关的 com 端接到 cu310 的 l x124 端子 端 将限位开关的 nc 端接到 di 端子 x121 端子 的 1 和 2 号端子 并将 x121 端子的 5 号和 6 号端子用导线短接 图 4 3 信号接线 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 14 页 共 57 页 第五章第五章 调试步骤调试步骤 5 1 第第 1 步 接线步 接线 可能会接触到带电电线 在开始为 s7 300 接线之前 请始终关闭电源 操作步骤 5 1 1 dp 总线连接总线连接 dp 总线连接 通过 dp 总线将连个 cu310 并联在 dp 总线上 如图 5 1 2 拨码地址拨码地址 将 cu310 的 profibus 地址分别设置为地址 3 和 4 通过硬件 cu310 上 的 dip 开关设置 profibus 地址 3 和 4 即 1100000 和 0010000 分别 对应 x 轴和 y 轴 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 15 页 共 57 页 5 2 第第 2 步 使用步 使用 hw config 组态组态 cpu 313 2 dp 5 2 1 新建项目新建项目 新建 s7 300 程序 并添加 300 站点 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 16 页 共 57 页 5 2 2 硬件配置硬件配置 1 添加对应类型的 s7 300cpu 此样例中使用 313c 2dp 作为控制器 具体 配置如下所示 2 设置 mpi 地址和 dp 地址详细配置如下 1 双击 313cpu 弹出属性对话框 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 17 页 共 57 页 2 点击 mpi 接口属性 设置 mpi 通讯速率 3 完成后如下图所示 会提示 mpi 已经联网 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 18 页 共 57 页 4 双击 dp 显示 dp 属性配置 如下所示 5 点击 dp 总线属性 弹出 dp 总线配置属性 6 点击新建 新建一条 dp 总线 选择总线通讯速率 由于伺服系统通讯 数据量较大 所以建议选用 12m 速率 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 19 页 共 57 页 7 配置完成即可显示已经联网的 dp 总线 3 添加 s120 中伺服驱动器 cu310 1 在硬件列表中选择 cu310 路径为 profiebus dp sinamics sinamics s120 s120 cu310 dp 将其添加到总线网络上 2 此时显示 sinamics 的属性配置 设置其 dp 地址 与硬件拨码开关一 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 20 页 共 57 页 致 3 设置 cu310 的硬件版本号 此版本号需和配套的 cf 卡一直 否则会产 生通讯故障 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 21 页 共 57 页 cf 卡版本号可在卡面上查到 详见下图 4 配置 s120 与 plc 通讯的报文 此部分在以后的轴配置中会自动生成 所以现在不用设置 5 完成以上配置后 即可完成对 cu310 的硬件配置 4 编译下载 即可进行下一步操作 使用 scout 软件组态 sinamics 驱动器 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 22 页 共 57 页 5 3 第第 3 步 使步 使用用 scout 软件软件 组态组态 sinamics 驱驱 动器动器 操作步骤 5 3 1 自动组态轴自动组态轴 1 打开 scout 软件 在 simatic 管理器中 双击 commissioning 打开 打开 scout 软件 2 在线配置 通过选择 project 项目 connect to target system 连接到目标系统 命令更改为在线模式 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 23 页 共 57 页 勾选需要在线的 cu310 3 自动组态轴 在项目浏览器中 打开树形结构 项目名称 s120 cu310 dp automatic configuration 自动组态 通过双击 automatic configuration 自动 组态 打开自动组态驱动器会自动组态伺服轴 4 启动自动配置轴 1 通过单击 configure 按钮 在 automatic configuration 自 动组态 对话框中启动自动组态 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 24 页 共 57 页 2 选择伺服轴配置的类型 选择 servo 伺服驱动 3 在线配置完成后即可执行下载命令 此时红色部分变为绿色 及表示 配置正确 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 25 页 共 57 页 5 3 2 手动配置轴参数 手动配置轴参数 配置完成后 改为离线模式进行参数配置 1 手动配置轴参数 1 将 系 统 改 为 离 线 模 式 顺 序 打 开 项 目 名 称 s120 cu310 dp drives serveo 02 configuration 点 击 画 面 右 边 的 configure 打开手动配置轴参数 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 26 页 共 57 页 2 选择 基本定位 功能 并选择电机的控制方式为 21 speed control weith encofer 为有编码器的速度控制方式 3 选择伺服驱动器的型号 此部分信息主要参考伺服驱动器 pm340 的参 数 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 27 页 共 57 页 4 动力单元补充数据 默认选择 5 选择伺服电机 由于伺服电机自带 drive cliq 口 cu310 可通过此 接口将电机的参数上传至 cu310 所以此处选择 drive cliq 上的电机 6 电机抱闸选择 由于此型号电机不带抱闸 且外部无抱闸装置 所以 选择默认的无抱闸选项 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 28 页 共 57 页 7 编码器选择 默认的选项是通过 drive cliq 口读取的信息 3 极的 旋转电压式编码器 8 确认选择的编码器 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 29 页 共 57 页 9 确定电机控制 lu lu 为 s120 中控制的最小单元 在控制程序中也 是以控制 lu 的数值大小 从而控制伺服电机的基本运动功能 程序里面的速度 控制和定位运动均以 lu 为控制单位 来控制轴的转到速度和转动角度 lu 可 理解为伺服电机的控制精度 比如 lu per load revolution 输入的 1000 则表示 控制器每输出 1000 的 lu 单位 伺服电机即可转动一圈 也就说明控制精度为 1 1000 圈 配合滚珠丝杆的导程 滑块的控制精度为 0 01mm lu 的设置不是 无限大的 必须小于编码器分辨率 即为小于 6144 的整数 此外还需设置电机轴与转动丝杆的传动比 及伺服电机没转动一圈 与之相 对应的丝杆转动的圈数 本系统由于没有外加减速器等减速机构 所以此处应分 别在电机和丝杆处填写 1 如以后系统升级外增加减速器 可对应减速器的减速 比 来设置相应的转动比 最后一项是为了防止伺服电机编码器数据溢出的设置 对已旋转轴 需经过 计算 设置旋转至一定的圈数之后 将编码器清零 防止溢出 对于本系统 由于行程长度固定 次参数对系统影响不大 所以此部分按照默认即可 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 30 页 共 57 页 10 设置通讯报文 此报文包含了 s120 与 s7 300 数据交换的内容和含义 可根据不同的需求配置不同的报文 此处 由于使用的是基本定位 需对轴有启 停控制接速度控制 所以选用的 111 报文 在选择报文后会显示报文所包含 的控制字个数 即 12 12 标准的 111 报文的具体含义详见下表 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 31 页 共 57 页 关于111报文的详细含义 可参见s120参数表的profldrive部分 11 确认配置信息后即可完成轴配置 5 3 3 传送报文 传送报文 在手动完成轴参数的配置后 需将配置好的报文传送至 step7 项目中的 s120 硬件组态部分 离 线 模 式 下 在 项 目 浏 览 器 中 打 开 树 形 结 构 项 目 名 称 s120 cu310 dp communication message frame configuration 如图 此时 servo 02 显示的通讯报文为在手动参数配置时配置的 111 报文 确 认后离线编译 并点击右下角的 transfer to hw 传送之前需保证 hw 界面处于 关闭状态 完成传送后 报文后的感叹号变为蓝色的对钩 说明配置生效 报文对应的 地址 如 256 即为 s7 300 与 s120 通讯的地址 此地址在 step7 程序中还将用 到 完成后可在 hw 中查看并编译并下载 在 hw 中下载完成后即可返回至 scout 软件中 将程序进行编译保存 并 执行在线下载 若红色部分全部变为绿色 则表明配置正确 5 3 4 在线试运行 在线试运行 在项目浏览器中 打开树形结构 项目名 称 s120 cu310 dp x drives commissioning control panel 并获取控制权限 并使能轴 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 32 页 共 57 页 设定速度 并点击 i 执行 可见点击以设定的速度运行 若设置速度为 负数 则电机以方向转动 在下图的状态框中即可显示电机的数据反馈 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 33 页 共 57 页 5 3 5 配置基本定位功能 配置基本定位功能 1 限位 限位部分包括两部分限制 及软硬件限位和速度加速度限制 顺序打开 项 目名称 s120 cu310 dp x drives technology basic channel limit 即可打开限 位设置部分 1 软件限位 软限位部分包括软限位的开关命令源 在配置好通讯报文后 此部分会连接至报文对应的参数 并不允许修改 和正负两个限位点 相对于 原点的 lu 值 此部分首先设置原点位置 在根据原点位置计算出相应的值 此 部分 lu 值不能大于硬限位开关的值 这样可能会导致软限位开关失效 2 硬限位 硬限位设置同样也包括启动命令源和硬件限位开关的命令源选 择 配置报文后将不允许修改 硬限位开关在 s120 系统中规定使用常闭触点 即正常状态下输入点状态为 1 所以在下图中限位开关的设定为 1 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 34 页 共 57 页 在根据系统的硬件限位开关的接线方式 正向硬限位开关接的是 cu310 的 di0 负向硬限位开关接的是 di1 在此处也应对应相应的 cu310 的 di 口 具体配置如下 点击正向硬限位开关前面的蓝色按钮并点击弹出的下一步连接 进入命令选 择 选择 cu310 的 di 口对应的参数 根据 s120 中关于 cu310 的 di 口对应参数的规定 选择 r277 并在下拉的 选项框中选择 di0 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 35 页 共 57 页 确认退出后按照同样的方法设置负向限位开关的接入点为 di1 2 速度加速度限制 此部分可根据设备安全使用和电机铭牌上的参数来进 行设置 最大速度不能超过电机铭牌上规定的最大速度 为了电机的安全使用 此处的速度限制最好小于电机铭牌规定的额定转速 关于加速度的最大值限制可 根据实际设备要求计算得出 2 点动 jog s120 的基本定位功能的点动有两种方式 速度方式 travel endless 点动按钮按下 轴以设定的速度运行直至按钮释 放 位置方式 travel incremental 点动按钮按下并保持 轴以设定的速度运行 至目标位置后自动停止 1 顺 序 打 开 项 目 名 称 s120 cu310 dp x drives technology ba sic channel jog 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 36 页 共 57 页 2 配置点动的启动命令源和方式选择 配置报文后将不允许修改 此部分显示的是命令所对应的参数和对应报文的控制位 3 设置点动的设定值 此部分用来设置点动两种控制模式下的速度值和定位距离值 此处可将速度 值设置一个为正值 一个为负值 这样既可通过两个点动来实现正反转功能 定 位距离值为按照对应点动模式的速度运行相应的步数 结合轴手动配置部分的参 数 下图中点动以对应的距离值为轴按照 300 转每分的速度正向转动一圈 对应 向前行走10mm 点动二对应的距离值为轴按照300转每分的速度反向转动一圈 对应向后行走 10mm 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 37 页 共 57 页 3 回零 回参考点模式 回零模式 只有使用增量编码器 旋转编码器 正 余弦编 码器或脉冲编码器 时需要 因每次上电时增量编码器与轴的机械位置之间没有 任何确定的关系 因此轴都必须被移至预先定义好的零点位置 即执行回零功能 当使用绝对值编码器 absolute 时 每次上电不需要重新回零 s120 的回零有三种方式 直接设定参考点 reference 对任意编码器均可 主动回零 active homing 主要指增量编码器 被动回零 passive homing 对任意编码器均可 软件设置参考点 set reference 通过用户程序可设置任意位置为坐标原点 通常情况下 只有当系统即无接 近开关又无编码器的零脉冲时 或当需要轴被设置为一个不同的位置时 才使用 该方式 具体操作方式可在 step7 的程序部分做详细介绍 其他回零方式参考西门 子文档 s120 通过 111 报文实现基本定位功能 4 程序步 traversing blocks 通过使用 traversing blocks 程序步 模式可以自动执行一个完整的定位程 序 也可以实现单步控制 各程序步之间可以通过数字量输入信号切换 但只有 当前程序步执行完后下一程序步才有效 s120中提供了最多64个程序步供使用 1 顺序打开 项目名称 s120 cu310 dp x drives technology basic channel traversing blocks 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 38 页 共 57 页 2 显示程序步配置部分 在此可设置程序步启动和停止的命令 配置报文 后将不允许修改 在使用程序步时需通过设置 p2625 p2630 来确定程序步的任 务号 来对应相应的运动方式 3 点击 program traversing blocks 进入程序步设置界面 点击 edit 进 行对程序步的编辑 p2616 no 每个程序都有一个程序步任务号 运行此任务号与 p2625 p2630 对应 通过其不同组合可对应的不同的程序步任务号 程序步任务号为 1 时 表示该步不执行 初始代号全部为 1 p2621 job 表示该程序步的任务 有 9 中可供选择 任务 1 positioning 定位 相对或绝对定位 p2623 p2627 位置设定 值 任务 2 fixed endstop 用于夹紧物件 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 39 页 共 57 页 任务 3 endless pos 正向速度模式运行 加速到 p2618 指定速度后 一直运行 直到限位 停止命令 程序步切换 任务 4 endless pos 反向速度模式运行 加速到 p2618 指定速度后 一直运行 直到限位 停止命令 程序步切换 任务 5 wait 等待命令 等待时间由 p2622 设定 单位 ms 并修正到 p0115 5 的整数 进位 任务 6 goto 跳转到 p2622 指定的任务 任务 7 set o 置位输出 一共可置位两个输出 r2683 10 r2683 11 p2622 x 0 x1 output 1 p2622 x 0 x2 output 2 p2622 x 0 x3 output 1 和 2 任务 8 reset o 复位输出 r2683 10 r2683 11 如图下图所示 任务 9 jerk 激活或取消 jerk limit p2622 x 0 取消 jerk limit p2622 x 1 激活 jerk limit p2575 active jerk limitation 必须设为 0 在 p2574 中设定 jerk limit p2622 parameter 依赖于不同的 job 对应不同的 job 有不同的含义 p2623 8 9 mode 定义定位方式 绝对还是相对模式 仅当任务 job 为位置方式 position 时有效 p2617 position 设定运动的位置给定 p2618 velocity 设定运动的速度给定 p2619 acceleration 指定运动的加速度 p2620 deceleration 指定运动的减速度 p2623 x 4 5 6 选择本任务的结束方式 共有六种结束方式 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 40 页 共 57 页 方式 1 end 停止 traversing block 可以通过参数 p2631 重新激活 traversing block 方式 2 continue with stop 先达到停止状态然后再执行下一个任 务 方式 3 continue flying 执行完此任务后不停止 直接执行下一个 任务 如果运行方向需要改变 则先达到停止状态再执行下一个任务 方式 4 continue external 与方式 3 基本相同 但可以通过外部 信号直接切换到下一个任务 如图 16 所示 如果选择 p2632 1 在激活 p2633 r2090 13 上升沿之后 则轴会从当前任务直接跳转到下一个任务 如果 选择 p2632 0 external block change via the measuring input 则 measuring input 信号有效之后 轴从当前任务直接跳转到下一个任务 同时将当前的实际位置值 r2521 记入到 r2523 中 方式 5 continue external wait 与方式 4 基本相同 但如果到 达目标位置后仍没有外部信号触发 则会保持在目标位置等待外部信号 只有在 外部信号触发以后 才会执行下一步任务 方式 6 continue external alarm 与方式 5 基本相同 但如果到达目 标位置后仍没有外部触发 将输出报警信号 a07463 此时如果触发外部信号 会继续执行下一步任务 同时报警信号消失 p2623 x 0 hide 跳过本程序步不执行该任务 如果选择的程序步已 经激活了 hide 功能 则会触发报警 a7462 selected traversing block number does not exist 注 如果任务方式选择 fixed endstop 则参数设置下图所示 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 41 页 共 57 页 p2622 夹紧转矩 对于旋转轴 单位为 0 01nm 对于直线轴 单位为 1n p2623 位置模式 相对定位或绝对定位 p2617 为目标位置值 达到此位置后如仍没有到 fixed stop reached 状态则报 故障 p2634 位置给定和位置实际值之间偏差超过 p2634 的设置 表明达到 fixed endstop 状态 p2635 在达到 fixed endstop 状态之后 如果位置实际值的波动超过 p2635 规定的范围 则退出 fixed endstop 状态并报 f7484 故障 fixed stop outside the monitoring window 如果在达到 p2617 设定的目标位置之后 还没有达到 fixed endstop 状态 则轴会报故障 f7485 fixed stop not reached 和 f7490 enable signal withdraw while traversing fixed end stop 过程下图所示 5 手动数据输入 mdi 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 42 页 共 57 页 direct setpoint input mdi 直接设定点输入方式 手动数据输入方式 mdi 的缩写来自于 nc 技术 manual data input 使用 mdi 功能我们可以很轻松 地通过外部控制系统来实现复杂的定位程序 通过由上位机控制的连续变化的位 置 速度来满足我们的工艺需要 mdi 有两种不同模式 位置 position 模式 p2653 0 速度模式 setting up p2653 1 这两种模式可在线切换 位置模式是指轴按照设定的位置 速度 加 减速运行 位置模式又可分为绝对位置 p2648 1 和 相对位置 p2648 0 两种方 式 相对位置方式不能使用连续数据传输 速度模式是指轴按照设定的速度及加 减速运行 不考虑轴的实际位置 由于已经配置好报文相关的参数已经不能修改 此部分的操作方法将在 step7 的程序中简述具体的操作步骤 5 3 6 在线优化轴参数 在线优化轴参数 sinamics s120 的调试软件 scout 或 starter 提供了自动优化的功能 优 化包括电机数据计算识别 静态优化和动态优化 后面两节会着重介绍电机数据 计算识别和静态优化 本节主要对自动优化如何操作的介绍 特别是对于西门子 标准的电机可以进行自动的控制器动态优化 自动优化后的控制器性能可以大大 提高 当然并不是自动优化过的控制器的性能就最佳 这要根电机所带负载的情 况及工作条件所定 往往是在完成自动优化后 还要进行大量手动优化工作 通 过借助 trace 曲线图及 bode 图的分析功能 以使控制器的控制性能达到最佳的 效果 顺序打开 项目名称 s120 cu310 dp x drives commissioning automatic controller setting 打开其中的 assume controller setting 获取控制权 选择 speed controller 点击启动按钮 运行所有步骤 程序会自动读取电机详细参 数 如图 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 43 页 共 57 页 点击 i 开始电机参数的自动读取 在读取过程中会顺序按照 4 个内容进 行优化 优化过程结束后 如下图所示 优化后的计算参数 如图中的速度环的比例增益及积分时间的计算值与默认 值不同 如需使用优化后的新参数 可以选择 accept 接受这组新参数 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 44 页 共 57 页 接受参数时会提示执行以下几步 give up control priority copy ram to rom load to pg save project 5 3 7 基本功能在线试运行 基本功能在线试运行 在线试运行旨在验证基本定位功能是否正确 能否按照所预期的动作进行运 行 此部分操作与上面部分相同 第 1 步 操作步骤如下 第 2 步 选择基本定位功能 第 3 步 取得控制权限 第 4 步 使能斜坡函数发生器 速度给定等条件 第 5 步 选择 点动 第 6 步 设置点动速度 加速度 第 7 步 on off1 使能 第 8 步 设定值 实时值监视 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 45 页 共 57 页 5 3 8 配置第二个伺服驱动器配置第二个伺服驱动器 按照统一的方法在 step7 中添加对应地址的 cu310 然后在 scout 中进 行配置 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 46 页 共 57 页 5 4 第第 4 步 使用步 使用 step7 用户程序控制轴 用户程序控制轴 5 4 1 通过通过 dp 总线实现总线实现 s7 300 与与 s120 的通讯的通讯 s7 300 与 sinamics s120 之间通过 dp 总线可进行周期性及非周期性数据 通讯 使用标准 s7 功能块 sfc14 sfc15 s7 300 通过 profibus 周期性通讯方式 将控制字和设定值发送至驱动器 5 4 2 新建新建 step7 控制控制程序程序 1 新建数据块 db1 和 db2 在此我们需详细了解 111 报文的含义 在 111 报文中包含了 12 个控制命令 字和 12 个 s120 发送给 s7 300 的状态反馈字 111 报文详情如下 1 db1 定义为 s7 300 发送给 s120 的控制字 从 111 报文中可以看到 pzd1 包含的信息为 stw1 通过 s120 参数手册 的 profidrive 部分的 图 2 92 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 47 页 共 57 页 2475 stw1 控制字 1 互联 可从详情中查看得知只有此 zw1 支持 111 报文 在 使用报文时也应注意查看所需的控制字是否支持 111 报文 通过下图我们可以查得 stw1 0 是变频器的使能控制位 上升沿且保持高电 平有效 stw1 0 stw1 3 是变频器的停止控制位 stw1 7 为清错控制位 在轴 报故障 如限位开关等 后 需通过清错命令才能使能轴继续运行 同样的方法还能查询报文中其他控制字的含义 如以后需扩展报文 也需通 过此方法找到对应控制字的含义 根据查询的 111 报文可知 其中包含了基本定位功能和速度位置控制的命 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 48 页 共 57 页 令 据此可将每个控制位进行单独定义 见下图 2 db2定义为s120发送给s7 300的状态字以及当前的速度和位置信息 在 db2 中直接列出了 111 报文的控制字 此处也可使用 db1 的方式将状态为逐 3 编写组织块 ob1 在 ob1 中间使用 sfc14 和 sfc15 实现对 s120 的控制命令和读取 s120 的反 馈命令 1 在编程元件窗口中顺序打开 库 standard system function blocks 中 找到 sfc14 并放至代码窗口 注 地址 该地址表示为 16 进制 如报文中地址为 256 对应的 16 进制 地址为 100 读取的区域 根据 111 报文的含义可知为 12 个控制字 所以此处需从 s120 中读取参数并放至 db2 的前 24 个字节中 即 p db2 dbx0 0 byte 24 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 49 页 共 57 页 2 同样的方法配置 sfc15 关于 sfc14 和 sfc15 的详细说明可参见 step7 的帮助文档 配置完成后如下图所示 5 4 3 变量表试运行 变量表试运行 根据 111 报文内容新建点动 限位 回零 mdi 和程序步的变量 1 点动 点动命令需变频器启停 点动方式和点动 1 2 的控制位 操作流程如下 执行点动功能 应按如下顺序执行 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 50 页 共 57 页 1 设置点动 1 2 的速度 p2585 p2586 scout 2 设置点动 1 2 的位置 p2587 p2588 scout 3 设置速度 override p2646 r2050 4 注意速度 override 不能 为零 否则点动无法运行 4 设置点动模式 p2591 r2092 5 0 速度模式 1 位置模式 5 激活轴的运行命令 p0840 r2090 0 上升沿有效 并保持高电平 如轴不能正常使能 需在线检查 db1 dbx1 1 db1 dbx1 3 的值是否为 1 6 激活轴的点动命令 p2589 r2090 8 p2590 r2090 9 上升沿有效 并保持高电平 2 限位 可根据需求设置软限位开关和硬限位开关 在此建议首先打开硬限位开关 在测试完成后在 scout 软件中设置合适的软限位值 激活轴的软限位 p2582 r2092 14 1 可通过 s120 的状态反馈 db2 dbx5 6 和 db2 dbx5 7 查看是否到达软限位点 激活轴的硬限位 p2568 r2092 15 1 可通过 s120 的状态反馈 db2 dbx2 0 和 db2 dbx2 1 查看是否到达软限位点 在到达限位点后可通过 db1 dbx1 7 1 来确认错误 并重新使能变频器 基于西门子 s120 的 x y 轴运动控制配置及操作说明书 北京华晟云联科技有限公司 第 51 页 共 57 页 3 回零 本系统采用的是通过软件设置原点的方法 此种方法可通过用户程序可设置 任意位置为坐标原点 设置方法如下 1 当轴到达指定位置后 启动回零 p2595 r2090 11 1 2 将当前位置直接设置成零点 p2596 r2092 1 1 3 完成后关闭回零功能即可完成原点设置 4 mdi 功能 使用 mdi 定位方式 建议采用如下步骤操作 1 首先参考 111 报文的含义找到相应的控制位 2 不激活停止命令 p2640 r2090 5 1 不激活停止命令 0 激活停止命令 3 不激活停止任务 p2641 r2090 4 1 不激活停止任务 0 激活停止任务 4 选择 mdi 模式 p2653 r2091 14 1 速度模式 0 位置模式 5 选择定位模式 p2648 r2091 8 1 绝对位置模式 0 相对位置模式 6 速度模式的方向选择 p2651 r2091 9 正向 p2652 r2091 10 反向 在速度模式情况下 必须选择方向 p2651 和 p2652 的设置不能相同 7 数据传输方式 p2649 r2091 12 1 连续数据传输方式 0 单步数据传输 方式 如果是连续数据传输就不需要关心 p2650 r2091 6 是否置位 相对位置 模式不能选择连续数据传输 8 设 置 mdi 的 加 速 度 和 减 速 度 p2644 r2050 9 加 速 度 p2645 r2050 10 减速度 9 设 置