淺談S7—1500與SINAMICSV90通過PROFINET實現位置定位控制

吳金標+肖錫清+姜鵬

摘要：文章介紹了S7-1500 PLC與SINAMICS V90伺服系統如何通過PROFINET通訊實現位置閉環控制，并分析了在S7-1500中以工藝對象的方式來實現定位控制功能的具體方法，對S7-1500相關模塊的組態、工藝對象的組態、V90的相關參數設置以及SINAMICS V-ASSISTANT調試軟件進行了介紹。

關鍵詞：S7-1500；SINAMICS V90；PROFINET通訊；位置閉環控制；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，有助于輕松完成驅動裝置的調試和優化工作。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）連接帶模擬設定值接口的驅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總線連接驅動及編碼器的示意圖：

驅動裝置用于控制軸的運動，這些驅動裝置將作為從站集成到硬件組態中。在用戶程序中執行運動控制命令時，工藝對象用于控制驅動裝置并讀取位置編碼器的值。驅動裝置和編碼器可通過PROFIdrive報文進行連接。定位軸的設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

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

1.3 PROFINET通信

PROFINET是一種基于以太網的實時協議，在工業自動化應用中作為高級網絡使用，專注于可編程控制器的數據交換。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數據和報警的傳輸。在PROFINET IO RT通道中，實時數據通過優先以太網幀進行傳輸。所有的診斷和配置數據通過非實時（NRT）通道進行傳輸，使用TCP/I協議。

2 S7-1500組態

2.1 組態硬件配置

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

在隨后打開的網絡視圖中為CPU1511C建立PROFINT網絡，并從右側的目錄“其他現場設備→PROFINET IO→Drives→Siemens AG→SINAMICS”中選擇“SINAMICS V90 PN V1.0”，鼠標左鍵點擊PROFINT IO網絡，在屬性窗口中，為PLC和V90PN分配IP地址。

完成上面的設置后將項目下載至S7-1500，這樣，S7-1500的IP地址和名稱就已經分配好了。現在組態V90的報文，網絡視圖中打開V90的設備視圖，從右側目錄中“標準報文3，PZD-5/9”拖到左側的地址列表中。

2.2 組態工藝對象

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。將軸的基本參數“軸類型、位置單位、速度單位”都保持默認狀態，模數啟用不選擇及無仿真；硬件接口參數中驅動裝置類型選擇“PROFIdrive”，再選擇驅動裝置報文“SINAMICS-V90-PN.驅動_1”，其他參數除“單轉步數”根據實際編碼器類型修改為2500，“增量實際值中高精度的位（GN_XIST1）”的數字修改成2位數，其余均保持默認數值。

3 V90的配置

3.1 SINAMICS V-ASSISTANT簡介

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

3.2 設置PROFINET

選擇“設置PROFINET”按鈕，可以選擇所需報文并進行網絡配置。根據控制要求點擊下拉列表并選擇所需報文。選擇新報文后，所顯示的過程數據會根據所選報文發生變化。

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，所連驅動的IP地址會自動顯示在區域“②”。可在區域“①”定義PN名稱。還可在區域“②”中修改IP地址。點擊按鈕“③”保存并激活所作設置。重啟驅動，所設PN名稱與IP地址即生效并出現在區域“④”和“⑤”中。如果通過TIA portal配置IP協議，則TIA portal中所設置的IP協議享有第一優先級并作為實際生效的IP協議顯示在區域“⑤”中。

4 設備調試

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

4.1 工藝對象調試

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

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 結語

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

參考文獻

[1] 西門子公司.S7-1500自動化系統手冊[S].2014.

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

（責任編輯：王 波）