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西門子伺服驅動器代理商

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上海晉營自動化科技有限公司

 
  ：邵澤春

6se70 伺服控制器（MC）集成了定位功能，要實現定位控制可以有三種方法：直接設定位置控制器，基本定位功能（自由功能塊），F01定位功能。

1 基本定位功能概述
基本定位功能是MC伺服控制器在自由功能塊中固化的功能，可以免費使用，實現運動控制系統中的一些簡單定位功能，如：homing ,position ,setup 功能。可以選擇旋轉軸和線性軸，設定定位限位開關等功能，能滿足大部分定位應用的要求。
功能圖在說明書的789a,789b,789c 部分，如圖1所示。

圖1

圖2

圖3

2 啟用基本定位功能
首先設置MC 裝置的參數，使裝置能在速度閉環模式驅動運行（參見調試手冊P060=3或P060=5的調試步驟 ），然后設定參數激活基本定位功能，流程如下：

西門子伺服驅動器代理商

圖4

3 基本定位功能的參數設定
U856 ---速度的標稱值，即100%轉速對應的 LU, 通常設定為額定轉速，單位1000LU/min
例如 電機額定轉速3000rpm , 編碼器脈沖4096/rev，則U856=4096*3000/1000=12288
U857---加速度標稱值
U858---旋轉軸線性軸選擇

圖5

裝置合閘使能后，進入o011 狀態，等待速度，此時對控制字進行設定可以實現工作模式。首先ENABLE POS/REF，基本定位功能使能激活（B0220連接量使能），然后可以進行各種工作模式的操作。

3.1 Homing mode (回零模式)
Homing mode (回零點) 包含兩種方式Homing on the fly模式和Homing movement模式。

3.1.1 Homing on the fly模式

• Homing 模式使能REF_ON =1 ；
• 模式選擇REF_TYPE=0 ；
• 通過數字量輸入4或5來觸發動作，也可與SETUP或 POSITION模式一同使用。

3.1.2 Homing movement 模式

• 模式選擇REF_TYPE=1 ；
• 選擇開關動作有效時的運行方向，REF_D=0 正向運行過程中，開關動作有效
REF_D=1 反向向運行過程中，開關動作有效
• 設定啟動時的運行方向，正向D_FWD=1或反向B_FWD=1
• 為正向限位D_FWD_STOP 和反向限位B_FWD_STOP分配兩個數字量開關，高電平表示到達限位
• Homing 模式使能REF_ON 上升沿激活動作，開始運行 ；

工作時序如下（圖6）：

圖6

3.2 Set up mode (速度模式)

• 使能SETUP_ON=1
• 設定運行方向D_FWD或B_FWD上升沿觸發運行動作
• 運行速度設定U868
• 也可以在設定好方向后SETUP_ON上升沿觸發動作

工作時序如下（圖7）

圖7

3.3 Position mode （定位模式）
Position 模式包含兩種定位方式，對定位方式和相對定位方式。

3.3.1 Absolute position (對定位方式)

• 使能POS_ON=1
• 使能POS_TYP=0
• D_FWD=1正向運行到設定位置
B_FWD=1 反向運行到設定位置
D_FWD=0，B_FWD=0zui短路徑運行到設定位置
• 位置設定U867,速度U868

3.3.2 Relative position (相對定位方式)

1.1 電子齒輪比的作用
電子齒輪比就是對伺服接收到的上位機脈沖頻率進行放大或者縮小。其中一個參數為分子，為電機編碼器的分辨率；一個為分母，為電機旋轉一圈所需要的脈沖數。如果分子大于分母就是放大，如果分子小于分母就是縮小。
在 實際應用中，連接不同的機械結構，移動zui小單位量所需的電機轉動量是不同的，例如：同樣一個伺服電機，如果連接了一個螺距為10mm的絲杠，那么電機轉一 圈機械移動10mm，每移動0.001mm就需要電機轉1/10000圈；而如果連接螺距為5mm的絲杠，每移動0.001mm需要電機轉1/5000 圈。而電機編碼器的分辨率是相同的，因此可以通過設置電子齒輪比來使電機脈沖數和機械zui小移動量相匹配，這就是電子齒輪比的作用。 1.2 相關概念介紹
（1）編碼器分辨率：伺服電機軸旋轉編碼器反饋脈沖數。
 V90的伺服電機有增量編碼器和對值編碼器，其分辨率如下圖：

圖01. V90伺服電機編碼器的分辨率
（2）每轉脈沖數：絲杠轉動一圈所需脈沖數。
（3）zui小長度單位(LU)：上位機發出一個脈沖時，絲杠移動的直線距離或旋轉軸轉動的度數，也是控制系統所能控制的zui小距離。這個值越小，經各種補償后越容易得到更高的加工精度和表面質量。當進給速度滿足要求的情況下，可以設定較小的長度單位。也稱作“脈沖當量”。
（4）螺距：螺紋上相鄰兩牙對應點之間的軸向距離。

2.1 V90電子齒輪比的設置
V90電子齒輪比的設置方法如圖2所示：

 圖02.  V90的電子齒輪比設置

從圖中可以看出V90的電子齒輪比的設置有兩種方法，這兩種方法的本質都是算出編碼器分辨率與期望每轉脈沖數的比值。
（1）電子齒輪比=編碼器分辨率 / P29011。P29011即為期望每轉脈沖數；
（2）當P29011設定為0時，電子齒輪比=P29012 / P29013。
這幾個參數的說明如圖3所示： 
圖03. 相關參數說明 

四個電子齒輪比分子可通過數字量輸入信號的組合EGEAR1和EGEAR2來選擇，如圖4所示：

圖4. 電子齒輪比分子的選擇

還有兩點需要注意的是：
（1）電子齒輪比的取值范圍是0.02到200；
（2）僅可在伺服關閉狀態下設置電子齒輪比。

2.2電子齒輪比的計算及舉例
比如有一套機械系統，如圖5所示： 
圖05. 機械系統

其中：a/b為電子齒輪比；

            LU為zui小長度單位；
            r為編碼器分辨率；
            i= n/m為機械減速比（n電機側轉速，m負載側轉速）；
            c為絲杠螺距。
那么期望每轉脈沖數d的計算：

電子齒輪比計算：

計算電子齒輪比的實例：

圖06. 電子齒輪比計算實例

再比如：
PLC的zui大脈沖頻率為200KHz，電機的額定轉速為3000rpm，伺服電機編碼器分辨率是524288；絲杠螺距是10mm（沒有減速箱）。
問：如果電子齒輪比是1，伺服電機的zui大轉速？
答：PLC  控制伺服電機能達到的zui大轉速=200×1000×60/524288=22.89rpm
問：PLC發出zui大脈沖頻率，如何通過設置V90的電子齒輪比才能讓電機以額定轉速運行？
答：電機額定轉速3000rpm=50r/s，50r/s時的脈沖頻率：50×524288=26214400，
因此電子齒輪比=26214400/（200×1000）=524288/4000（設置P29011=4000）。 附：

圖07. 西門子PLC的zui大脈沖頻率

人機界面產品的定義

連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調速器、儀表等工業控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數或輸入操作命令，實現人與機器信息交互的數字設備，由硬件和軟件兩部分組成。HMI為英文Human-Machine Interface的縮寫。

2. 人機界面（HMI）產品的組成及工作原理

人機界面產品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數據存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產品的性能高低，是HMI的核心單元。根據HMI的產品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統軟件和運行于PC機Windows操作系統下的畫面組態軟件（如JB－HMI畫面組態軟件）。使用者都必須先使用HMI的畫面組態軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI 產品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。

3. 人機界面產品的基本功能及選型指標

基本功能：

設備工作狀態顯示，如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線等；

數據、文字輸入操作，打印輸出；

生產配方存儲，設備生產數據記錄；

簡單的邏輯和數值運算；

可連接多種工業控制設備組網。

選型指標：

顯示屏尺寸及色彩，分辨率；

HMI的處理器速度性能；

輸入方式：觸摸屏或薄膜鍵盤；

畫面存貯容量，注意廠商標注的容量單位是字節（byte）、還是位（bit）；

通訊口種類及數量，是否支持打印功能。

4. 人機界面產品分類

薄膜鍵輸入的HMI，顯示尺寸小于5.7?，畫面組態軟件免費，屬初級產品。如POP－HMI 小型人機界面；

觸摸屏輸入的HMI，顯示屏尺寸為5.7?～12.1?，畫面組態軟件免費，屬中級產品；

基于平板PC計算機的、多種通訊口的、高性能HMI，顯示尺寸大于10.4?，畫面組態軟件收費，屬 ** 產品。

5. 人機界面的使用方法

明確監控任務要求，選擇適合的HMI產品；

在PC機上用畫面組態軟件編輯“工程文件”；

測試并保存已編輯好的“工程文件” ；

PC機連接HMI硬件，下載“工程文件”到HMI中；

連接HMI和工業控制器（如PLC、儀表等），實現人機交互。

西門子EM232模擬量輸出模塊           型號6ES7232-0HB22-0XA8

SIMATIC S7-200 系列由以下模板組成：

• 5 種基本設備分為各種性能級別和不同型號。
• 15 個不同的數字量和模擬量擴展模塊。
• 2 個用于連接到 PROFIBUS 和 AS-Interface 的通訊處理器。

機械特點

• 堅固、緊湊的塑料外殼。
• 便于接觸的接口和控制部件由前擋片進行保護。
• CPU 224 或以上： 可拆卸連接端子，適用于數字量擴展模板。

設備特點

• 標準： 
  SIMATIC S7-200 符合 VDE、UL,、CSA 和 FM 等標準（Class I、Cat 2；危險區組別 A、B、C 和 D，T4A）。 生產中采用的質量管理體系通過了 ISO 9001 認證。

通訊

SIMATIC S7-200 提供了各種通訊功能：

• 通訊接口： 
  可在 PPI 從站、MPI 從站和可自由編程接口模式下運行。
• 與 AS- Interface 連接： 
  通過 CP 242-2 通訊處理器而作為主站運行。
• 作為從站連接到 PROFIBUS DP： 
  通過 PROFIBUS-EM 277。

PPI 網絡

PPI 是集成在每一個 S7-200 CPU 中的通訊系統。 用于編程、運行或監視的連接可通過一條共用兩線電纜來建立。 CPU 可同時與幾個 CPU、文本顯示屏或操作員面板通訊。 數據傳輸速率為 9.6、19.2 和 187.5 KBit/s。

以下可以連接：

• 編程器： Field PG ， Power PG
• PC（AT 兼容），通過 PC/PPI 電纜。
• TD 200 文本顯示屏、TP070 觸摸式面板、SIMATIC 操作員面板。
• SIMATIC S7-200： 
  在一條公用數據線上可將zui多 31 臺 S7-200 PLC 與編程器、PC、TD 200 或操作員面板相連。 S7-200 PLC（每種情況下都作為主站）與 NETR 及 NETW 之間的直接數據交換

PPI 模式下的通訊

MPI 網絡

通過集成接口，所有 CPU 都可連接到 MPI 網絡（傳輸速率 19.2/187.5 kbit/s），并與 SIMATIC S7-300/S7-400 進行通訊。S7-200 CPU 則作為網絡中的從設備，相互之間不能進行通訊。

MPI 模式下的通訊

點到點接口，可自由編程接口模式

用于通過 RS 232 接口和 PC/PPI 電纜來連接第三方設備。 數據傳輸是在 CPU 的自由端口模式下進行的，CPU 226 的兩個端口都可在自由端口模式下運行。 使用的通訊協議為面向位的特定用戶通訊協議（如 ASCII 協議或 Modbus），zui大數據傳輸速率為 115.2 KBit/s（可調）。

點到點連接可連接到：

• 任何帶串口的數據終端，如打印機、條形碼閱讀器、調制解調器等。
• S7-200 Micro PLC；例如，用于兩個 CPU 之間的簡便數據交換。