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西門子6SL3120-1TE32-0AA4
6SL3120-1TE32-0AA4
SINAMICS S120 單電機模塊 輸入：600V DC 輸出:3AC 400V,200A 輸出:8 kHz/140A 時 結構形式：書本尺寸 內部風冷 優化的脈沖圖形和 支持擴展 安全集成功能 包含 DRIVE-CLiQ 電纜
2018年6月7日，西門子樓宇科技集團“用數字化創造*空間”主題路演正式在北京開幕。本次路演共計十二站，已經先后在蘭州和西安成功舉辦。“作為智能樓宇解決方案的，西門子始終以提供世界優秀的解決方案為用戶實現舒適、節能、安全的生活和工作環境為己任。”西門子（中國）有限公司執行副總裁、樓宇科技集團總經理邵康文表示，“我們希望借助此次中國十二城的路演活動與客戶進行深入而有效的溝通，用我們的技術與誠意攜手中國用戶共創*空間。”
隨著中國樓宇市場的不斷成熟，客戶需求也逐漸走向精細化。除了低能耗、綠色環保、舒適、便捷、安全等要求外，如何讓建筑實現數字化從而更好地為人服務，滿足用戶的個性化需求，這就對樓宇行業提出了更高的要求。
樓宇自動化是樓宇行業數字化的基石。通過樓宇自動化與“以人為本”的理念相結合，智能空間的概念就應運而生。智能空間將為客戶帶來更安全、健康、舒適和節能的優勢。此次巡展，西門子樓宇科技集團全面展示的控制產品與系統和解決方案與服務將切實支持智能空間的實現?？刂飘a品與系統涵蓋樓宇自動化與控制系統、房間自控、暖通空調標準控制器、傳感器、閥門與執行器、風閥、工程調試與能源優化工具和消防安全產品及系統，其研發中心遍布。解決方案和服務涵蓋智能樓宇自動化解決方案、全集成樓宇解決方案及垂直市場方案、生命周期管理服務、火災報警解決方案、入侵與門禁控制解決方案、周界與視頻管理系統以及指揮與控制系統。
在未來，樓宇設備與解決方案還可以接入西門子基于云的物聯網開放系統MindSphere，實現樓宇互聯，對其產生的海量數據進行深度挖掘分析，在能效優化之外，借助數字化的力量讓人與建筑的“對話”從而終實現創造*空間的品牌理念。
西門子樓宇科技集團提供智能綜合的樓宇解決方案，包括樓宇自控、消防、安防等領域*的產品、系統和解決方案，目前已廣泛實踐和應用于不同行業如商業樓宇，酒店、地鐵、數據中心、機場等。
1問題的提出
1.1 如何擴展值編碼器的測量范圍
在運動控制系統中，經常使用值旋轉編碼器作為位置反饋，值編碼器具有返回值與實際位置一一對應、斷電后位置信息不丟失等優點，在使用時給用戶帶來了很多方便，比如在設備重新上電時，不需要重新尋找參考點（回零）。
不過值旋轉編碼器也有缺點，不管是單圈值編碼器，還是多圈值編碼器，它的測量范圍都是有限的。如果負載不停地單方向運行，那么一定會造成編碼器返回值溢出，此時編碼器的值又重新返回零，周而復始。此時如果設備重新上電，編碼器返回值是不包含溢出次數信息的，所得到的位置值也是不可用的。
圖1 值旋轉編碼器的返回值與負載位置的關系
問題1：在使用SINAMICS S120進行位置控制時，在采用值編碼器作為位置反饋時，如果負載行程較長，超出了值編碼器的測量范圍，那么在設備重新上電時，編碼器的返回位置r0483與負載實際位置是不匹配的。此時應該如何擴展值編碼器的測量范圍，正確地讀取負載的位置？
1.2 如何正確使用測量齒輪
在一些場合會使用測量齒輪改變電機或負載的轉速特性，以便于速度或位置的測量，如圖2所示為一個齒輪比為1：3的測量齒輪。如果所用的編碼器為值編碼器，那么在發生溢出時，編碼器返回值的零點與電機/負載的零點就出現偏移，偏移量的大小取決于齒輪比。一旦編碼器返回值發生溢出，負載的實際位置值就不可用了。
圖2 測量齒輪示意圖
舉一個例子，在使用圖2的測量齒輪時，假設所用的編碼器是一個8圈的值編碼器，那么默認情況下，編碼器返回位置、電機/負載的角度、編碼器的角度隨時間變化的關系如圖3所示。
圖3 編碼器返回位置、電機/負載角度、編碼器角度的關系
從圖3可以看出，在編碼器旋轉8圈以后發生溢出，每次溢出后編碼器返回值的零點與電機/負載的零點會有1/3圈的偏移，在發生溢出以后編碼器返回的位置值就不可用了。在溢出3次以后，編碼器返回值零點與電機/負載零點又重合了。
問題2：在使用SINAMICS S120進行位置控制時，在采用值編碼器作為位置反饋時，如果使用了測量齒輪，那么如何在編碼器溢出時，也能正確讀取電機/負載的實際位置？
2 SINAMICS S120位置跟蹤功能的使用
2.1 SINAMICS S120位置跟蹤功能概述
SINAMICS S120位置跟蹤（Position Tracking）可用于：
? 擴展值編碼器的測量范圍
? 在使用測量齒輪時，正確計算負載的位置
該功能可通過參數P0411.0來激活，激活以后，編碼器溢出的次數信息會被保存在斷電保持數據區中，這樣即使編碼器返回值發生溢出，即使設備重新上電，也可以重新根據編碼器溢出次數和當前返回值計算出負載的當前位置。
圖4 測量齒輪和編碼器的示意圖
值編碼器位置實際值保存在參數r0483中，r0483是一個無符號32位數，需要激活編碼器的控制字中第13位（GnSTW.13）才會將編碼器的實際值顯示在r0483中。如果P0411.0＝0，那么位置跟蹤功能未被激活，此時r0483中的位置值由以下數據構成：
? 編碼器每轉脈沖數P0408
? 編碼器信號細分位數P0419
? 編碼器圈數P0421
如果P0411.0＝1，那么位置跟蹤功能被激活，此時r0483中的位置由以下數據構成：
? 編碼器每轉脈沖數P0408
? 編碼器信號細分位數P0419
? 值旋轉編碼器虛擬圈數P0412
如果沒有測量齒輪，編碼器的圈數即為P0421的值，如果P0421太小，不滿足負載行程要求，那么可以通過放大P0412來擴展值編碼器的位置測量范圍。
? 測量齒輪比P0433/P0432
2.2 擴展值編碼器測量范圍的參數設置
要擴展值編碼器的測量范圍，可以在配置向導中編碼器配置畫面上進行設置。使用STARTER軟件打開項目，在Config DDS的配置向導中，在配置編碼器數據時，點擊Details按鈕，如圖5所示。
圖5 編碼器配置畫面
在彈出的對話框中Details選項卡中，選擇激活位置跟蹤功能，并在虛擬圈數P0412中輸入需要的值，如圖6所示。配置完畢后，下載數據并保存。
圖6 激活位置跟蹤功能
另外也可以在ONLINE情況下，通過參數表直接設置。使用PG/PC連接設備，在STARTER軟件中連接在線后，通過驅動器的Expert List打開參數列表，依次設置以下參數即可。
P0010＝4， Encoder Commissioning 編碼器調試
P0411.0＝Yes， Activate Position Tracking 激活位置跟蹤功能
P0412＝600， Set Virtual Revolution 設置虛擬圈數，根據實際情況調整
P0010＝0， Ready 返回就緒狀態
2.3 使用測量齒輪時的參數設置
針對1.2節中的例子，編碼器每溢出一次，都會在電機/負載側產生1/3圈的偏移，每溢出3次以后，編碼器零點與電機/負載的零點重新吻合。在編碼器溢出時，電機/負載的位置就可能不正確了。
此時需要激活位置跟蹤功能，并設置測量齒輪的齒輪比P0433和P0432，如圖7所示。本例中值編碼器是一個8圈的值編碼器，所以P0412=8。
圖7 測量齒輪的參數設置
這樣可以擴展位置值r0483的表示范圍（如圖8所示），在使用測量齒輪時，即使發生編碼器返回值溢出，也能正確指示電機/負載的實際位置。
圖8 位置跟蹤功能激活后的位置值
一、概述
S120 有兩種形式：
用于多軸系統的 DC/AC 裝置
用于單軸系統的 AC/AC 裝置
這兩種形式的 Firmware V2.4 及以上版本都已具備基本定位功能。當前V2.4 版本的 S120具有如下定位功能：
? 點動 (Jog)： 用于手動方式移動軸，通過按鈕使軸運行至目標點
? 回零 (Homing/Reference)：用于定義軸的參考點或運行中回零
? 限位 (Limits)：用于限制軸的速度、位置。包括軟限位、硬限位
? 程序步 (Traversing Blocks)： 共64個程序步，可自動連續執行一個完整的程序也可單步執行
? 直接設定值輸入/手動設定值輸入 (Direct Setpoint Input / MDI)：目標位置及運行速度可由上位機實時控制。
使用 S120 基本定位功能的前提條件：
調試軟件：Starter V4.0 或更高版本 / SCOUT V4.0 或更高版本
硬件版本：SINAMICS FW: V2.4 HF2 或更高版本
注：
安裝 SCOUT V4.0 需要STEP 7 版本至少為 V5.3.3.1 以上
二、激活基本定位功能
S120的定位功能必須在變頻器離線配置中激活，步驟如下：
西門子6SL3120-1TE32-0AA4
定位功能激活后可使用STARTER中的控制面板或專家參數表進行設置
定位功能激活后可使用STARTER中的控制面板或專家參數表進行設置
使用控制面板 使用專家參數表
使用控制面板的操作步驟：
三、基本定位_點動（JOG）
S120 中基本定位功能的點動有兩種方式：
? 速度方式( travel endless)：點動按鈕按下，軸以設定的速度運行直至按鈕釋放。
? 位置方式( travel incremental)：點動按鈕按下并保持，軸以設定的速度運行至目標位置后自動停止。
? 使用控制面板的點動功能僅限于速度方式，位置方式需使用專家參數表設定。
? 執行點動功能，應先使能變頻器ON/OFF1（P0840）
四、基本定位_回零（Homing / Reference）
回零/尋參（Homing / Reference）
回參考點模式（回零模式）只有使用增量編碼器（旋轉編碼器 Reserver、正/余弦編碼器Sin/Cos 或 脈沖編碼器）時需要，因每次上電時增量編碼器與軸的機械位置之間沒有任何確定的關系。因此軸都必須被移至預先定義好的零點位置。即執行 Homing 功能。
當使用編碼器 ( Absolute ) 時每次上電不需重新回零。
S120 中回零有三種方式：
? 直接設定參考點 (Reference): 對任意編碼器均可
? 主動回零 (Reference point approach): 主要指增量編碼器
? 動態回零 (Flying Reference)：對任意編碼器均可
4.1設置參考點 (Set_Reference)
通過用戶程序可設置任意位置為坐標原點。通常情況下只有當系統即無接近開關又無編碼器的零脈沖時，或者當需要軸被設置為一個不同的位置時才使用該方式
操作步驟（已設定開關量輸入點 DI2 為ON/OFF1命令源 P840）
1. 進入“Homing”
2. 連接一數字量輸入點 ( DI 1 )至參數 P2596作為設置參考點信號位，該位上升沿有效
3. 設定參考點位置坐標值 P2599（如 0）
4. 閉合DI 2運行使能
5. 閉合DI 1 激活“設置參考點”命令，于是該軸當前位置 r 2521 立即被置為P2599 中設定的值。如 r2521=0
4.2主動回零（Active Homing）
主動回零方式只適用于增量編碼器，值編碼器只需在初始化階段進行一次編碼器校準，以后不必做回零
主動回零有三種方式：
僅用編碼器零標志位( Encoder Zero Mark ) 回零
僅用外部零標志( External Zero Mark ) 回零
使用接近開關 + 編碼器零標志位( Homing output cam + Zero Mark ) 回零
4.2.1值編碼器的主動回零
如果我們使用值編碼器并且作主動回零時會看到如下頁面：
4.2.2增量編碼器的主動回零
依下圖所示進行配置
相關參數設定
1. 進入 “ Homing “ (回零) 頁面
2. 定義開關量輸入點DI 1為開始尋參命令（參數P2595=722.0）
3. 回零方式選擇主動回零P2597=0
4. 定義開關量輸入點DI 2為接近開關 P2612= 722.1（粗脈沖）
5. 軸運行極限點，如果回零過程中極限點到達（P2613/P2614=0）則軸反轉。若兩點全為零則軸停止。
6. 回零方式：接近開關 + 編碼器零脈沖
7. 回零開始方向P2604 (0:正向；1：反向)
動作過程：
變頻器運行ON/OFF1閉合，DI 1閉合，開始尋參過程
? 上圖中（Step1）軸按照P2604 定義的搜索方向，以大加速度 P2572 加速至搜索速度 P2605，到達接近開關后（DI 2 閉合）,以大減速度P2573減速停止，進入下一步：搜索編碼器的零脈沖
? 軸反向加速至速度 P2608，離開接近開關后（DI 2 斷開）遇到的編碼器的*個零脈沖后軸停止。進入下一步：回參考點
? 上圖中（Step3）軸反向加速以速度 P2611運行偏置距離P2600后停止在參考點，完成主動回零過程。
4.3動態回零（Passive Homing）
Passive Homing （動態回零）又稱為 Homing on the fly
動態回零用于軸工作于任意定位狀態時動態修改當前位置值為零（如：在點動時、執行程序步時，執行 MDI 時），執行動態回零后并不影響軸當前的運行狀態，軸并不是真正的回到零點而只是其當前位置值被置為0，重新開始計算位置。
前提條件：P2597=1
值編碼器的動態回零：
參數設定
? 打開 “ Homing “ (回零) 頁面
? 定義開始尋參命令P2595源（如開關量輸入點DI2）
? 回零方式選擇動態回零P2597=1
? 接近開關Bero為上升沿有效（如上圖中P2511）
? 定義開關量輸入點DI 10（只能為快速I / O）為接近開關 P488= 722.10（如上圖中2）
動作過程：
? 變頻器運行（使能ON/OFF1），選擇任意一種命令（如點動，程序步、MDI等）軸按照所選擇的方式運行
? 閉合DI 2，開始動態回零
? 閉合快速開關DI 10（下圖中紅色線為該開關狀態），可見到位置實際值立即恢復為0，后重新計值（如圖中綠色線所示），在整個動態回零過程中軸的運行速度不受影響。
五、基本定位_限位（Limit）
S120 中包含兩種限位功能：軟限位、硬限位。以限制軸運行范圍。同時還有對軸運行速度，加減速的限制。
如下圖所示激活限位方式
? 項目導航欄中選擇限位功能塊
? 激活軟限位P2582 =1，正/反向位置范圍通過 P2578, P2579設定
? 激活硬限位P2568 =1，硬限位位置開關源 P2569, P2570
? 大速度：P2571、大加速度：P2572、大減速度：P2573
注：限位開關信號為 “ 低 “ 有效
到達硬限位后軸將以大減速度 P2573 故障停車，即使故障復位后也只允許反向運行
六、基本定位_程序步（Traversing Blocks）
通過使用Traversing Blocks _ “程序步” 模式可以自動執行一個完整的定位程序，也可實現單步控制；各程序步之間可通過數字量輸入信號切換。但只有當前程序步執行完后下一程序步才有效。
在S120 中提供了多 64個程序步供使用。
程序步執行步驟：
1. 項目導航欄中選擇 Traversing Blocks 模式，設定開關量輸入點DI4用于激活程序步功能
2. 不拒絕任務 P2641= r722.2=1、沒有停止命令 P2640=1
運行過程中P2640=0發出停止命令，則軸將以減速度P2620減速停車。
若斷開DI 3 ( r722.2=0 )發出拒絕任務命令，則軸將以大減速度P2573減速停車。
3. 按工藝需要設定各個程序步參數，程序步代號決定程序的執行順序。代號為 -1表示該步不執行（初始代號全部為 -1）。
4. 通過6個數字量輸入點的不同組合選擇需要的程序步
5. 變頻器運行，閉合DI 4（r722.3=1）激活 Traversing 方式 ( P2631=1有效 )軸按設定步驟運行。
結構說明：
P2616 (No.) 每個程序步都要有一個任務號，運行時依此任務號順序執行 （ -1 表示無效的任務）
P2621 (Job ) 表示該程序步的任務。有7 種任務供選擇：Positioning （位置方式）、Endless_POS / Endless_NEG（正 / 反向速度方式）、Waiting（等待parameter 中的時間后執行下一步） Goto（跳轉到parameter中的程序步） Set_O / Reset_O（置位/復位parameter 中的開關量輸出點）
P2622 ( Parameter ) 依賴于不同的Job，對應不同的Job有不同的含義（參見List Manual）
P2623.8/9 ( Mode ) 定義定位方式，僅當任務 ( Job )為位置方式 ( Position ) 時有效
P2617/P2618/P2619/P2620 ( Position, Velocity, Acceleration, Deceleration ) 運動的位置，速度，加/減速
P2623.4/5/6 ( Advance ) 制定本任務結束方式。END: 本任務結束不連續執行下一任務，Continue_With_Stop: 本任務結束準確定位，電機停止后重新啟動開始下一任務。Continue_Flying: 本任務結束連續執行下一任務。
P2623.0 ( Hide ) 跳過本條程序步不執行該任務。
依賴于 Job 的方式，Configuration of digital output 僅當Job 設定為 SET_O / RESET_O時有效，用于設定開關量輸出。
示例：
編制一段程序：
以速度 700 LU/min， 加 / 減速為100% 運行相對位置 50000 LU 減速停止；等待 30ms；再以速度 600 LU/min， 加 / 減速為100% 運行相對位置 40000 LU 減速停止。
編制程序步如下：
七、手動數據輸入（MDI）
Direct Setpoint Input / MDI （直接設定點輸入方式/手動數據輸入方式）, MDI 的縮寫來自于 NC 技術“Manual Data Input ”
使用MDI 功能我們可以很輕松地通過外部控制系統來實現復雜的定位程序，通過由上位機控制的連續變化的位置、速度來滿足我們的工藝需要。
MDI 有兩種不同模式：
? 位置 ( position) 模式 P2653=0、
? 手動定位或稱速度模式( setting up ) P2653=1這兩種模式可在線切換
速度模式是指軸按照設定的速度及加/減速運行，不考慮軸的實際位置。
位置模式是指軸按照設定的位置、速度、加/減速運行；
位置模式又可分為位置 （P2648=1）和 相對位置（ P2648=0）兩種方式。
7.1 MDI 模式配置如下圖所示
7.2 激活 MDI 方式及參數配置
1. 進入直接數據輸入/ MDI 模式
2. 如上面程序步中所述：不拒絕任務 P2641=1、沒有停止命令 P2640=1
運行過程中可通過斷開聯接與P2640的外部開關發出停止命令，則軸將以減速度P2620減速停車。
若斷開聯接與P2641的外部開關發出拒絕任務命令，則軸將以大減速度P2573減速停車
3. 設定開關量輸入點DI 9用于激活MDI功能（P2647為“1”有效）
4. 相關數據設置位置、速度、加 / 減速度 P2642 ~ P2645）
5. 位置模式選擇 P2653
P2653=1：速度方式；P2653=0：位置方式
6. 定位方式選擇 P2648
位置方式：P2654=0, P2648=1；相對定位方式：P2654=**1*(16H)
7. 方向設定源 P2651、P2652
8. 數據傳輸形式 (P2649) 及數據設定值確認命令源( P2650)
S120 中MDI 的數據傳輸可采用兩種形式：
連續傳輸 P2649=1
單步傳輸、由上升沿確認 P2649=0
? 所謂單步傳輸是指MDI 數據的傳輸依賴于參數 P2650 中選擇的開關量信號。該命令為 “沿” 有效，每次執行完一個機器步后，需要再次施加上升沿，新的速度、位置等才能有效。
? 與單步傳輸不同，一旦激活連續數據傳輸，MDI 數據（位置、速度、加 / 減速度）可連續修改且立即有效而無需開關使能。這樣我們就可通過上位機實時調整目標位置及軸的運行速度、加 / 減速度而不會停機
注：連續數據傳輸僅適用于定位方式
7.3 調試參數
運行命令源 (ON/ OFF1)為 P840
不拒絕數據傳輸： P2641=1
無停止命令： P2640=1
MDI 位置模式： P2653=0/1
選擇傳輸模式： P2649=0/1
數據設定值確認命令源 P2650 ( P2649=1時無效)
激活MDI 模式的命令源 P2647
選擇定位方式： P2648=1
設置目標參數：P2690、P2691、P2692、P2693
變頻器運行后，激活MDI模式，軸按設定值運行。
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