淺談S7—1500與SINAMICSV90通過PROFINET實現(xiàn)位置定位控制

吳金標+肖錫清+姜鵬

摘要：文章介紹了S7-1500 PLC與SINAMICS V90伺服系統(tǒng)如何通過PROFINET通訊實現(xiàn)位置閉環(huán)控制，并分析了在S7-1500中以工藝對象的方式來實現(xiàn)定位控制功能的具體方法，對S7-1500相關(guān)模塊的組態(tài)、工藝對象的組態(tài)、V90的相關(guān)參數(shù)設(shè)置以及SINAMICS V-ASSISTANT調(diào)試軟件進行了介紹。

關(guān)鍵詞：S7-1500；SINAMICS V90；PROFINET通訊；位置閉環(huán)控制；位置定位控制 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP241 文章編號：1009-2374（2016）32-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.030

1 簡介

1.1 S7-1500運動控制功能

S7-1500運動控制功能支持旋轉(zhuǎn)軸、定位軸、同步軸和外部編碼器等工藝對象，并擁有軸控制面板以及全面的在線和診斷功能，有助于輕松完成驅(qū)動裝置的調(diào)試和優(yōu)化工作。S7-1500支持多種連接方式，可以使用PROFIBUS DP和PROFINET IO連接驅(qū)動裝置和編碼器，也可以使用模擬量輸出模塊（AQ）連接帶模擬設(shè)定值接口的驅(qū)動裝置并通過工藝模塊（TM），讀出編碼器的信息。圖1是一個S7-1500通過PROFINET總線連接驅(qū)動及編碼器的示意圖：

驅(qū)動裝置用于控制軸的運動，這些驅(qū)動裝置將作為從站集成到硬件組態(tài)中。在用戶程序中執(zhí)行運動控制命令時，工藝對象用于控制驅(qū)動裝置并讀取位置編碼器的值。驅(qū)動裝置和編碼器可通過PROFIdrive報文進行連接。定位軸的設(shè)定值及編碼器值可通PROFIdrive報文3進行傳輸。

1.2 SINAMICS V90伺服系統(tǒng)

SINAMICS V90伺服驅(qū)動和SIMOTICS S-1FL6伺服電機組成了性能優(yōu)化，易于使用的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，該伺服系統(tǒng)可以與S7-1500進行完美配合實現(xiàn)豐富的運動控制功能，并有以下亮點：伺服性能優(yōu)異、易于使用、低成本、運行可靠。

1.3 PROFINET通信

PROFINET是一種基于以太網(wǎng)的實時協(xié)議，在工業(yè)自動化應(yīng)用中作為高級網(wǎng)絡(luò)使用，專注于可編程控制器的數(shù)據(jù)交換。PROFINET提供兩種實時通信，PROFINET IO RT（實時）和PROFINET IO IRT（等時實時）。實時通道用于IO數(shù)據(jù)和報警的傳輸。在PROFINET IO RT通道中，實時數(shù)據(jù)通過優(yōu)先以太網(wǎng)幀進行傳輸。所有的診斷和配置數(shù)據(jù)通過非實時（NRT）通道進行傳輸，使用TCP/I協(xié)議。

2 S7-1500組態(tài)

2.1 組態(tài)硬件配置

打開TIA Portal軟件，新建一個項目，在添加新設(shè)備的界面中選擇相應(yīng)的設(shè)備和硬件版本。

在隨后打開的網(wǎng)絡(luò)視圖中為CPU1511C建立PROFINT網(wǎng)絡(luò)，并從右側(cè)的目錄“其他現(xiàn)場設(shè)備→PROFINET IO→Drives→Siemens AG→SINAMICS”中選擇“SINAMICS V90 PN V1.0”，鼠標左鍵點擊PROFINT IO網(wǎng)絡(luò)，在屬性窗口中，為PLC和V90PN分配IP地址。

完成上面的設(shè)置后將項目下載至S7-1500，這樣，S7-1500的IP地址和名稱就已經(jīng)分配好了。現(xiàn)在組態(tài)V90的報文，網(wǎng)絡(luò)視圖中打開V90的設(shè)備視圖，從右側(cè)目錄中“標準報文3，PZD-5/9”拖到左側(cè)的地址列表中。

2.2 組態(tài)工藝對象

首先在工藝對象中插入新對象S1500的運動控制TO_PositioningAxis，然后對該軸進行組態(tài)。將軸的基本參數(shù)“軸類型、位置單位、速度單位”都保持默認狀態(tài)，模數(shù)啟用不選擇及無仿真；硬件接口參數(shù)中驅(qū)動裝置類型選擇“PROFIdrive”，再選擇驅(qū)動裝置報文“SINAMICS-V90-PN.驅(qū)動_1”，其他參數(shù)除“單轉(zhuǎn)步數(shù)”根據(jù)實際編碼器類型修改為2500，“增量實際值中高精度的位（GN_XIST1）”的數(shù)字修改成2位數(shù)，其余均保持默認數(shù)值。

3 V90的配置

3.1 SINAMICS V-ASSISTANT簡介

SINAMICS V-ASSISTANT工具用于調(diào)試和診斷帶有PROFINET接口的SINAMICS V90驅(qū)動（簡稱SINAMICS V90 PN）。可用于修改SINAMICS V90 PN的參數(shù)并監(jiān)控其狀態(tài)。選擇目標驅(qū)動型號，點擊建立SINAMICS V-ASSISTANT與驅(qū)動之間的通訊。SINAMICS V-ASSISTANT從所連驅(qū)動上讀取所有參數(shù)設(shè)置，主窗口在面板上顯示訂貨號、電源、額定功率、額定電流相關(guān)驅(qū)動信息。

3.2 設(shè)置PROFINET

選擇“設(shè)置PROFINET”按鈕，可以選擇所需報文并進行網(wǎng)絡(luò)配置。根據(jù)控制要求點擊下拉列表并選擇所需報文。選擇新報文后，所顯示的過程數(shù)據(jù)會根據(jù)所選報文發(fā)生變化。

SINAMICS V90 PN在速度控制模式下支持標準報文以及西門子報文。可以通過參數(shù)p0922選擇不同的報文，詳細說明如表1所示：

在線模式下，所連驅(qū)動的IP地址會自動顯示在區(qū)域“②”。可在區(qū)域“①”定義PN名稱。還可在區(qū)域“②”中修改IP地址。點擊按鈕“③”保存并激活所作設(shè)置。重啟驅(qū)動，所設(shè)PN名稱與IP地址即生效并出現(xiàn)在區(qū)域“④”和“⑤”中。如果通過TIA portal配置IP協(xié)議，則TIA portal中所設(shè)置的IP協(xié)議享有第一優(yōu)先級并作為實際生效的IP協(xié)議顯示在區(qū)域“⑤”中。

4 設(shè)備調(diào)試

S7-1500與V90 PN的組態(tài)配置與接線完成后就可以打開工藝對象的調(diào)式界面進行調(diào)試，確認電機使能信號、限位信號的好壞，確認電機的旋轉(zhuǎn)方向，同時也可以通過“運動控制”功能塊進行控制。

4.1 工藝對象調(diào)試

通過軸控制面板可以對軸進行設(shè)置起始位置、歸位、點動、速度控制、相對定位及絕對定位功能。另外，工藝對象中的調(diào)試界面還提供調(diào)節(jié)功能，可用于調(diào)整CPU位置控制器的增益，并可以監(jiān)視軸的運行軌跡。

4.2 “運動控制”功能塊控制

4.2.1 S1500的運動控制功能塊共有以下類型：MC_Power（對軸進行使能或去使能操作）、MC_Reset（確認軸所有的未決故障）、MC_Home（軸回零）、MC_Halt（取消所有的運動，停止軸）、MC_MoveAbsolute（軸絕對定位）、MC_MoveRelative（軸相對定位）、MC_MoveJog（點動運行軸）、MC_GearIn（齒輪同步）、MC_MoveSuperimposed（疊加定位運動）。

4.2.2 編寫運動控制程序如圖3所示，可實現(xiàn)S1500對V90 PN的位置定位控制。

軸回零后，軸當前的位置已知。使用“MC_MoveAbsolute”功能塊，可讓軸運行在機械限位內(nèi)基于坐標原點的任何位置，可指定運行速度。

功能塊輸入端“Execute”的上升沿觸發(fā)軸運行，基于當前位置及目標位置計算出到達目標位置所需要的脈沖數(shù)量，之后電機加速到指定的速度并且在目標位置處停止。

5 結(jié)語

SINAMICS V90 PN是西門子推出的一款小型、高效便捷的伺服系統(tǒng)。它作為SINAMICS驅(qū)動系列家族的新成員，與SIMOTICS S-1FL6伺服電機完美結(jié)合，組成最佳的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)位置控制、速度控制和扭矩控制。通過優(yōu)化的設(shè)計，SINAMICS V90 PN確保了卓越的伺服控制性能，經(jīng)濟實用、穩(wěn)定可靠，能用于貼標機、包裝機、壓邊機等伺服控制系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 西門子公司.S7-1500自動化系統(tǒng)手冊[S].2014.

[2] 西門子公司.SINAMICS V90高效便捷的伺服系統(tǒng)手冊[S].2016.

（責任編輯：王 波）