西门子S7-1200PLC教程 课件 第13章 运动控制

第13章运动控制S7-1200控制步进或伺服方式说明S7-1200运动轴的工艺对象S7-1200运动控制指令1S7-1200控制步进或伺服方式说明

控制方式说明PTO脉冲输出介绍脉冲输出指令应用1S7-1200控制步进或伺服方式说明——控制方式说明

在S7-1200PLC中对于CPU固件版本为V4.1以上版本的CPU,根据所使用的驱动的不同，可选择不同的控制方式，在S7-1200PLC中的运动控制的方式中可支持PTO方式的、通信控制方式、模拟量控制方式。前者为开环控制，后两者为闭环控制。

1S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO控制方式PTO控制方式是所有版本的CPU都支持的一种控制方式，该控制方式由CPU向轴驱动器发送高速脉冲信号（以及方向信号）来实现对步进或伺服的控制，可以是脉冲+方向，A/B正交、也可以是正/反脉冲的方式，该控制方式为开环控制方式。PTO控制方式是用于对步进或伺服实现位置控制时常用的一种控制方式。1S7-1200控制步进或伺服方式说明——模拟量控制方式CPU固件版本为V4.1版本的PLC，可以通过模拟量输出方式来实现对伺服的速度和转矩进行控制，并通过编码器反馈的位置信号输入到PLC,在S7-1200系列PLC中实现位置控制，形成一个闭环控制。编码器的信号可通过PLC自带的高速计数器功能的记录，也可使用通信的方式获取编码器的位置。1S7-1200控制步进或伺服方式说明——通信控制方式通信功能的控制方式，主要针对与西门子的V90PN伺服进行连接，在与V90PN伺服进行连接使用时，可使用TO模式或EPOS模式来实现对V90PN的伺服进行控制TO模式及PROFIDrive控制方式，通过PROFIBUSDP和PROFINETIO连接驱动装置和编码器的标准化驱动技术配置文件，控制器和驱动装置/编码器之间通过各种PROFIDrive消息帧进行通信。EPOS模式即基本位置控制模式，PLC通过111报文及TIAPortal提供的驱动库中的功能块FB284可实现V90的EPOS基本定位控制。1S7-1200控制步进或伺服方式说明PTO控制方式模拟量控制方式通信控制方式注意：不同的CPU版本，支持的运动控制方式也不一样。每一种控制方式对于驱动器的选择也不一样。1S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍轴资源及输出脉冲频率脉冲发生器配置与脉冲输出指令1S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍通过PTO脉冲的方式实现对步进或伺服实现位置控制是常见的一种控制方式。对于S7-1200PLC，目前位置一个PLC最多可实现4个PTO脉冲的输出。S7-1200PLC输出类型为晶体管输出的PLC,可通过板载I/O实现PTO脉冲的输出，对于输出类型为继电器输出类型的PLC，可通过扩展信号板实现PTO脉冲的输出。无论是使用板载I/O或信号板I/O,或者是两者结合，最多可控制4个PTO输出，使用时脉冲发生器有默认的I/O地址分配（如下图所示），也可组态为CPU或SB上的任意数字量输出，但不能把CPU上的脉冲发生器组态到SM模块或是分布式远程I/O模块上。1S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍1S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍（轴资源）在不同的模式下，CPU所支持的轴资源是不一样的，以CPU1214C为例。CPU1214C不同模式下最大轴个数Firmware版本号类型SBMLFB单脉冲脉冲+方向正反相AB正交

FirmwareV4.0/4.1DC不加信号板44446ES7222-1BD30-0XB06ES7222-1AD30-0XB044446ES7222-0BD30-0XB06ES7222-3BD30-0XB06ES7222-3AD30-0XB04444Rly不加信号板00006ES7222-1BD30-0XB06ES7222-1AD30-0XB042226ES7223-0BD30-0XB06ES7223-3BD30-0XB06ES7223-3AD30-0XB021111S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍（最大脉冲输出频率）CPUCPU输出通道脉冲+方向（HZ）A/B正交类型（HZ）CPU1211CQa.0~Qa.3100k100kCPU1212CQa.0~Qa.3100k100kQa.4~Qa.520k20kCPU1214C&CPU1215CQa.0~Qa.3100k100kQa.4~Qb.120k20kCPU1217CQa.0~Qa.3（.0+,0-…3+,3-）1M1MQa.4~Qb.1100k100kSB信号板类型订货号脉冲频率高速脉冲输出点个数DO4ⅹ24DC6ES7222-1BD30-0XB0200KHZ可提供4个高速脉冲输出点4ⅹ5DC6ES7222-1AD30-0XB0200KHZ可提供4个高速脉冲输出点DI/DO2DI/2ⅹ24VDC6ES7223-0BD30-0XB020KHZ可提供2个高速脉冲输出点2DI/2ⅹ24VDC6ES7223-3BD30-0XB0200KHZ可提供2个高速脉冲输出点2DI/2ⅹ5VDC6ES7223-3AD30-0XB0200KHZ可提供2个高速脉冲输出点1S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍（最大脉冲输出频率）S7-1200轴资源个数？S7-1200发出高速脉冲口在哪？S7-1200不同的输出口能发出最大脉冲频率是多少？1S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍（脉冲发生器配置）启用脉冲发生器参数分配硬件输出硬件标识符

PTO指令说明123451S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍（脉冲发生器配置）启用脉冲发生器11S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍（脉冲发生器配置）参数分配选择不同的PTO信号类型，占用脉冲发生器通道的个数也不一样信号类型脉冲发生器通道数脉冲A和方向B（未激活方向输出）1脉冲A和方向B2脉冲上升沿A和脉冲下降沿B2A/B相移2A/B相移四倍频221S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍（脉冲发生器配置）硬件输出3同一个PTO使用了不同频率范围的脉冲发送器输出点，则以输出频率较低范围为准，例如：A/B相移，选择脉冲发生器输出频率分别为100KHZ和20KHZ,输出的频率最高脉冲为20KHZ。1S7-1200控制步进或伺服方式说明——PTO脉冲控制介绍（PTO指令说明）PTO指令说明在指令选项卡中的扩展指令选项卡里面有脉冲串指令CTRL_PTO,使用该指令可发出指定频率的脉冲串。该指令为SFB块，使用时，需要给其分别对应的背景DB块。参数和类型数据类型说明ENINBool1=指令已激活0=指令已禁用REQINBool1=将PTO输出频率设置为FREQUENCY中的输出值0=PTO无修改PTOINHW_PTO（Word）PTO标识符，脉冲发生器的硬件IDFREQUENCYINUDintPTO所需频率（HZ），此值仅适用于当REQ=1时（默认为0HZ）DONEOUTBool函数已经成功执行，未发生任何错误（默认值：0）BUSYOUTBool功能忙（默认值：0）ERROROUTWord检测到错误（默认值：0）STATUSOUTWord执行条件代码（默认值：0）51S7-1200控制步进或伺服方式说明——脉冲输出指令应用

使用S7-1200PLC控制步进电机以指定的频率运行，要求如下所示：30S60S30S800Hz3200Hz400Hz开始结束2S7-1200运动轴的工艺对象

运动轴的配置轴控制面板说明2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置如果对驱动器除了速度控制外，还需要实现位置控制，回原点控制等，配置完脉冲发生器后，可在工艺对象中新增一个运动轴的工艺对象，每个运动轴对应有一个工艺对象。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（基本参数配置）常规在运动轴的工艺对象的组态中需要组态基本参数和扩展参数两部分内容。在扩展参数的组态中包含了动态参数的组态和回原点功能的组态。基本参数的配置中包含了常规参数配置及驱动器参数配置，配置如下所示：参数配置有误或未进行配置默认参数已正确配置的参数警告，如配置未完成11232S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（基本参数配置）（驱动器）12

配置使用哪个脉冲发生器，脉冲信号类型，脉冲的输出点及方向12

配置使能和反馈信号使能输出：步进或伺服驱动一般都需要一个使能信号，该使能信号的作用是让驱动器通电，这里可设置一个DO作为驱动器的使能信号，如果驱动器的使能信号采用其他的控制方式则可不配置。就绪输入：是指驱动器在接收到使能信号后，准备好开始执行运动时会向CPU发送“驱动器准备就绪”信号，如果驱动器不包含此类型的任何，则无需组态这些参数，在这种情况下可输入TRUE。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（机械）该参数主要设置轴的脉冲数和轴距离的参数对应关系电机每转的脉冲数：表示电机旋转一周需要的脉冲数，该数据根据用户的驱动参数进行设置电机每转负载位移：表示电机旋转一周，机械装置移动的距离所允许的旋转方向：所运行的旋转方向可设置为“双向”、“正方向”、“负方向”，表示允许电机的旋转方向，若配置时未激活方向输出，则只能选择正方向或负方向。反向信号：若使能该信号，则PLC进行正向电机控制时，电机实际运行方向却为负方向。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（位置限制）位置限制用于设置软件/硬件限位开关，不管轴在运行时碰到软限位或是硬限位，轴都将停止运行并报错。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（位置限制）硬件输入点：硬件输入点必须是PLC本地的DI或是SB信号板上的DI,PTO的输入点必须具有硬件中断功能，选择好对应的点后，还需要选择对应的电平信号。软件限位开关：设置限位开关的位置2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（位置限制）到达硬件限位开关后，轴将以组态的急停减速度制动直到停止，为此，必须选择足够大的急停减速度，以使轴在机械挡块前可靠停止。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（位置限制）到达软限位开关时，轴在运行过程中会根据用户设置的软件限位的位置来提前以减速度制动，保证轴停止在软件限位的位置。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——常规）在该选项中，主要用于组态轴的“最大速度”、“启动/停止速度”、“加速度”、“减速度”以及“加加速度限值”速度限制单位：用于对最大速度单位的限制单位的选择，根据在基本参数单位的选择不同，可以选择不同的单位，但有两个单位是在默认，“脉冲/S和脉冲/分钟”2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——常规）

最大速度：用来设定电机的最大转速，最大速度由PTO输出的最大频率和电动机允许的最大速度共同限定，最大速度值必须大于等于启停速度值。例：假设一电机带动丝杆滑台运行，已知电机转一圈的脉冲数为10000个，螺距为10mm，电机额定转速为3000r/min。则最大速度应设置为多少。3000r/min=50r/s=500000pls/s，则PLC最少需要发送500kHZ的频率脉冲才可让电机实现3000r/min的运算速度。所选PLC的脉冲输出口最大脉冲频率为100kHZ,所以以PLC所发出的最大脉冲频率作为最大速度的计算参考依据。

12S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——常规）2启停速度：启动/停止轴时所运行的最小速度，根据电机的启动/停止速度来设定该值。3

激活加加速限值：激活加加速限值，可在降低在加速和减速斜坡运行期间施加到机械上的应力，如果激活了加加速度限值，加速度和减速度的值不会突然改变，而是根据设置的滤波时间逐渐调整。滤波时间与加加速度的设置设置时设置一个即可，另外一个软件会根据所设置的值进行计算。42S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——常规）2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——常规）急停减速度：在该窗口下可组态轴的急停减速度，当轴出现错误时或禁用轴时，可以使用该减速度将轴制动至停止状态。轴出现错误时，采用急停速度停止轴使用MC_Power指令禁用轴时（StopMode=0或是StopMode=2）急停减速时间与紧急减速度设置时，设置一个即可，另外一个软件会根据所设置的内容自动计算出对应的值。

52S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——回原点）123456回原点——主动主动回原点就是传统意义上的回原点，运动控制指令“MC_Home”的输入参数“mode=3”时，会启动主动回原点，此时会按照组态的速度去寻找原点开关信号。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——回原点）1输入原点开关：设置原点开关的DI输入点，输入必须具有硬件中断功能，另外还需要设置其电平信号。2允许限位开关处自动反转：如果在主动回原点的过程中达到硬限位，轴将以组态的减速度（不是急停减速度）制动，然后反向检测原点开关，如果未激活反向功能且在主动回原点的过程中轴到达硬限位开关，则因错误而终止回原点过程并以急停减速度对轴进行制动。3逼近/回原点方向：设置寻找回参考点的起始方向，也就是说触发了寻找原点功能后，轴是正方向还是负方向开始寻找原点。4参考点开关一侧：“上侧”：轴完成回原点指令后，轴的左边沿停在参考点开关的右侧边沿。“下侧”：轴完成回原点指令后，轴的右边沿停在参考点开关的左侧边沿。5逼近速度/参考速度：前者表示寻找参考点的起始速度，后者表示最终接近原点开关的速度，当轴第一次碰到原点开关有效边沿后运行的速度，参考速度小于逼近速度。6起始位置偏移量：该值不为零时，轴会在距离原点开关一段距离（该距离值就是偏移量）停下来，把该位置标记为原点位置值。该值为零时，轴会停在原点开关边沿处。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——主动回原点）如果知道轴和参考点的相对位置，可以合理设置“逼近/回原点方向”来缩短回原点的路径2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（扩展参数配置）（动态——被动回原点）被动回原点指的是：被动回原点必须使用其他运动控制指令（如MC_MoveRelative）来执行到达原点开关所需的运动。运动控制指令“MC_Home”的输入参数“Mode=2”时，会启动被动回原点。到达原点开关的组态侧时，将当前的轴位置设置为参考点位置。参考点位置由运动控制指令“MC_Home”的Position参数指定。2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（轴控制面板——调试）调试面板是S7-1200运动控制中一个很重要的工具，用户在组态了S7-1200运动控制并把实际的机械硬件设备搭建好后，先不要着急调用运动控制指令编写程序，而是先用“轴控制面板”来测试Portal软件中关于轴的参数和实际硬件设备接线等安装是否正确。1234562S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（轴控制面板——调试）1主控制：为了保证设备和人身的安全，在主控制中必须先激活轴，然后再选择启用轴，轴启用后才可进行其余的操作。2命令选择：可通过命令选择区选择需要执行的操作，可选择点动操作，定位操作和回原点操作3参数设置：选择对应的操作命令后，在该区域设置所选命令的操作的相关参数，如选择点动操作，则需要设置点动操作的速度，测试运行时的点动正方向操作，点动反方向操作等。错误信息显示：若轴运行出现错误时，在该区域显示出现的错误4错误信息显示：若轴运行出现错误时，在该区域显示出现的错误5轴状态显示：显示轴当前的状态，也可对错误进行确认操作6位置与速度显示：显示轴当前的位置与运行速度2S7-1200运动轴的工艺对象——运动轴的配置（轴控制面板——诊断）轴调试面板进行调试时，可能会遇到轴报错的情况，用户可以参考诊断信息来定位报错原因。3S7-1200运动控制指令轴组态完成轴并通过轴调试面板调试正常后，用户就可以根据工艺要求，编写运动控制程序实现自动控制。在右侧的工艺指令选项卡中“MotionControl”选项卡包含了需要使用的指令。控制指令启动/禁用轴：MC_Power错误确认：MC_Reset暂停轴：MC_Halt定位指令回原点：MC_Home绝对定位：MC_MoveAbsolute相对定位：MC_MoveRelative速度指令点动：MC_MoveJog速度：MC_MoveVelocity参数指令3S7-1200运动控制指令——控制指令（启动/禁用轴：MC_Power）启动/禁用轴指令块用于实现对运动轴的启用或禁用。MC_Power指令必须在程序里一直调用，并保证MC_Power指令在其他运动控制指令的前面调用并使能。Enable:轴使能端，为1时，表示运动轴控制启用，为0时根据StopMode来停止当前轴的运行。StartMode:控制模式选择，0表示速度控制，1表示位置控制。StopMode：停止模式选择0：急停：紧急停止，按照工艺对象参数中的“急停”速度停止轴1：立即停止：轴将在不减速的情况下被禁用，PLC立即停发脉冲2：带有加速度变化率控制的紧急停止：如果用户组态了加速度变化率，则轴在减速时会把加速度变化率考虑在内，减速曲线变得平滑。3S7-1200运动控制指令——控制指令（启动/禁用轴：MC_Power）Status:轴状态0：轴禁用：此时轴不会执行运动控制任务并且不接受任何新任务，禁用时，直到轴达到停止状态，状态才会更改为FALSE1:轴已启用：轴已准备好执行运动控制任务，轴启用时，直到信号“驱动器就绪（Driveready）”进入未决，状态才会更改为TRUE.如果在轴组态中未组态“驱动器就绪（Driveready）”，状态立即更改为TRUE.3S7-1200运动控制指令——控制指令（错误确认：MC_Reset

）MC_Reset错误确认用来确认“伴随轴停止出现的运行错误”和“组态错误”，如果存在一个需要确认的错误，可通过上升沿激活MC_Reset块的Execute端进行错误复位，使用MC_Reset指令前，必须已将需要确认的未决组态错误的原因消除。Execute：MC_Reset指令的启动位，用上升沿触发。Restart：为0时表示用来确认错误，1时表示将轴的组态从装载存储器下载到工作存储器（只有在禁用轴的时候才能执行该指令）3S7-1200运动控制指令——控制指令（停止轴运行：MC_Halt

）MC_Halt停止轴运行该指令可停止所有运动并以组态的减速度停止轴，停止时停止的位置未定义，该指令在使用时，必须先启用轴。常用MC_Halt指令来停止通过“MC_MoveVelocity”指令触发的轴的运行。Execute：MC_Halt指令的启动位，用上升沿触发。Done：当速度为0时，该位为1。3S7-1200运动控制指令——定位指令（回原点：MC_Home

）MC_Home回原点使用MC_Home指令可将轴坐标与实际物理驱动器位置匹配，使用绝对定位时需要先执行回原点功能，为了使用MC_Home指令，必须先执行启用轴指令。需要回原点时，通过上升沿激活MC_Home指令块的Execute端。Execute:出现上升沿时，开始执行回原点。Position:位置值，根据回原点的模式不一样，则表示也不一样。若使用模式为1时，则该位置表示修正值即在原位置的基础上加上Position的值。Mode:选择回原点的模式，使用PTO方式可选择模式有0、1、2、3模式。Mode=0:绝对式直接回原点，该模式下Execute接通后轴不会运行，指令执行后的结果是：轴的坐标值直接更新成新的坐标，新的坐标值就是“Position”管脚的数值。

优点：可以让用户在没有原点开关的情况下，进行绝对运动操作3S7-1200运动控制指令——定位指令（回原点：MC_Home

）Mode=1相式直接回原点，当接通Execute管脚时轴并不运行，只是跟新轴的当前位置值，但与模式0的更新方式不同，该模式是在轴原来坐标值得基础上加上“Position”数值后得到的坐标值作为轴当前位置的新值。3S7-1200运动控制指令——定位指令（回原点：MC_Home

）Mode=2：被动回原点，当接通Execute管脚时，轴的当前位置被设置为Position的值，需要在工艺对象中组态为被动回原点后才可使用该功能，执行指令会报错。Mode=3：主动回原点，当接通Execute管脚时，按组态的回原点方式进行回原点，具体回原点过程取决于轴组态中对运动轴回原点方式的配置。3S7-1200运动控制指令——定位指令（绝对定位：MC_MoveAbsolute

）MC_MoveAbsolute绝对定位通过该指令，可使轴以某一速度进行绝对定位，所谓绝对定位是以原点为参考点进行定位，所以在使用绝对定位时，需要先确定原点。Exceute:MC_MoveAbsolute指令的启动位，用上升沿触发，触发后让轴以指定的速度移动到指定的位置。Position:绝对目标位置值，即相对于原点的位置。Velocity:轴的运行速度，启动/停止速度≤Velocity≤最大速度Done:达到绝对目标位置时，该位为1，为1时间的长短取决于Execute管脚，若该管脚为沿脉冲激活，则该位为的时间为1个扫描周期的时间。若Exceute管脚一直保持为1，则该位为1的时间也一直保持为1.绝对定位的运行方向如何确定？假设；两点间的距离为10mmABCC1B1A1O原点假设：当前位置为B1位置，需要运行到B位置，然后再运行到A1位置，则Position的值分别设置为多少？3S7-1200运动控制指令——定位指令（相对定位：MC_MoveRelative

）MC_MoveRelative相对定位Distance:相对对轴当前位置移动的距离，该值通过正/负数值来表示距离和方向。Velocity:轴的运行速度，启动/停止速度≤Velocity≤最大速度Done：达到指定位置时，该位为1，为1时间的长短取决于Execute管脚，若该管脚为沿脉冲激活，则该位为1的时间为1个扫描周期的时间，若Execute管脚一直保持为1，则该位为1的时间也一直保持为1.相对定位的运行方向如何确定？假设；两