西门子 6ES7132-7RD22-0AB0 西门子 6ES7132-7RD22-0AB0 西门子 6ES7132-7RD22-0AB0
SIMATIC DP，电子模块 用于 ET200iSP， 4 DO，17.4V DC/40mA “H”断开
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1.液压伺服系统简介
液压伺服系统以其响应速度快（相对于机械系统）、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。而电液伺服系统是通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。
1.1 液压伺服系统的组成
液压伺服系统主要由以下几部分组成（如图 1）：
图1. 液压伺服系统
使用TCPU控制液压伺服系统时，TCPU就是该系统中的控制器；TCPU可以通过脉冲或者模拟量输出来控制比例换向阀的开度和方向从而控制液压缸的运动方向和速度；测量反馈系统可以由设备编码器或者模拟量信号通过IM174接口模板或模拟量输入模板将信号反馈给TCPU。
1.2 液压伺服系统与电气伺服系统区别
控制电气伺服系统时，执行机构（通常为伺服电机）能够根据速度给定改变运行速度，响应快，动态特性好，给定与输出之间呈线性比例关系；而液压伺服系统由其液压油的物理特性决定了其响应速度和动态特性都较低，而且在液压伺服系统启动、停止以及换向时都会出现大滞后性，这样就导致输出给定与执行速度之间的关系并不是线形的（如图 2），这样，一旦我们还以控制线性电气轴的模型来控制非线性液压轴时，速度会非常不稳定，而且位置闭环会不停的修正由速度不稳定所带来的位置偏差，这时液压执行机构就会来回跳动或者抖动，造成定位误差大甚至损坏机械设备。所以我们在控制液压伺服系统时就应该先了解该系统的给定与输出之间的关系，确定补偿曲线来保证执行机构平稳运行。
图 2. 给定与实际速度的关系
在 TCPU 中，补偿曲线可以由多种方法来确定，例如 S7T Config 中的 Trace 工具，根据输出不同的给定值和实际的速度值来确定差补点，将差补点的值以表格的方式添入到 Cam Disk （凸轮盘）中。
本文主要介绍使用自动获得补偿曲线功能块 FB 520“GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”来确定差补曲线。
2.系统结构及软硬件要求
2.1 系统结构
本系统的给定和反馈均使用高性能ET200M带AI/AO模板来实现（如图 3）：
图 3. 系统结构图
2.2 硬件及软件要求
| 名称 | 数量 | 订货号 |
| CPU 315T-2 DP | 1 | 6ES7315-6TG10-0AB0 Or 6ES7315-6TH13-0AB |
| Firmware: V2.6 | ||
| Or CPU 317T-2 DP | 1 | 6ES7317-6TJ10-0AB0 Or 6ES7317-6TK13-0AB0 |
| Firmware: V2.6 | ||
| Micro Memory Card 4MB | 1 | 6ES7953-8LM20-0AA0 |
| Interface module IM174 | 1 | 6ES7174-0AA00-0AA0 |
| Or ET200M / ET200S | 1 | 6ES7 153-2BA02-0XB0 or 6ES7 151-1BA02-0AB0 |
| STEP 7 | 1 | 6ES7810-4CC08-0YA7 Version: V5.4 以上 |
| S7 Technology | 1 | 6ES7864-1CC41-0YX0 Version: V4.1 以上 |
表 1. 硬件及软件要求
3.项目配置过程：
3.1 硬件组态
在 SIMATIC 管理器中创建新的项目并添加一个 SIMATIC 300 站点。根据实际硬件配置硬件组态，本例中使用模拟量输入输出作为给定和反馈信号。组态模拟量输入输出并分配 I/O 地址(图 4)；
图 4. 硬件组态
3.2 在 S7T Config 中配置液压轴
在 S7T Config 的浏览器中，双击“插入轴”(Insert axis)（图 5）
图 5. 插入液压轴
在“常规”(General) 选项卡中，选择“速度控制”(Speed control) 和“定位”(Positioning) 控制然后打开轴向导；
在轴类型话框中，选择“液压”(Hydraulic) 轴类型。 将阀类型定义为“Q 阀”(Q valve)（图 6）。
图 6. 选择轴的类型
配置完液压轴的物理单位及模度后，进入到输入输出的配置界面，并选择其输出方式模拟量输出模板（图7 ）；
图 7. 选择输出方式
选择输出设备为模拟量输出模块，填入相应参数:
点击继续进入到位置反馈参数界面，填入使用的模拟量输入的地址（图 8）：
图 8. 选择反馈方式
点击继续，进入到位置反馈参数分配界面（图 9）：
图 9. 反馈参数分配
相关输入参数：
分配完所有参数，单击“完成”(Finish) 退出轴组态对话框。
3.3 建立补偿曲线凸轮盘
根据前文所提到的，液压伺服系统需要确定一条补偿曲线来线性化输出变量与液压轴速度之间的关系。在 TCPU 中通过使用凸轮盘（Cam Disk）工艺对象来确定补偿曲线，液压伺服轴的补偿曲线反映了液压比例阀输出给定与液压轴速度之间的对应关系。由于本文使用功能块 FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData” 来自动获得补偿曲线，所以需要建立两个凸轮盘（Cam Disk）来确定补偿曲线。其中第一个凸轮盘是用来测量、寻找补偿点，而测量后的结果会写入到另外一个凸轮盘，这个被写入的凸轮盘也就是当前液压伺服系统的最终补偿曲线。
在 CAMS 下面建立两个凸轮盘，分别取名为：Cam_Profile 与 Cam_Reference，并填入两个差补点描绘一条输出给定与执行速度间的参考关系曲线，如图 10：
图 10. 建立补偿曲线凸轮盘
做好以上工作后，将 S7T-Config 存盘编译，并将组态好的轴和凸轮盘等工艺对象生成相应的工艺对象数据块，并下载到 TCPU。本例中工艺对象数据块对应为：
4.编写用户程序
4.1 使用 FB 520 和 FB 521 自动获得补偿曲线
FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”两个功能块并没有在 S7-Tech 库中提供，所以需要到以下链接下载例子项目，并将项目中的FB520和FB521复制到自己的项目中来。
下载链接：27731588
4.2 FB 520 和 FB 521 的功能介绍
4.2.1 FB 520 “GetCharacteristics”
通过该功能块，系统能够执行测量并得到当前液压系统的补偿曲线，并将相应的Cam Disk激活为当前液压系统的Profile。其内部调用结构如图 11：
图 11. FB 520 结构
4.2.2 FB 521 “WriteCamData”
该功能块能够将测量的补偿曲线写入到相应的Cam Disk中。其内部调用结构如图 12：
图 12. FB 521 结构
由这两个功能块的结构图可以看出，其内部调用了很多S7-Tech里面的功能块，所以需要将这些功能块复制到当前的项目中来。而且，可以看到在FB520功能块内部已经调用了FB521，所以只要保证FB 521在项目中存在就可以了，不需要在程序中单独调用。表 2 为FB520,FB521所使用到的S7-Tech功能块：
| PLC-Open FB | 功能 |
| FB 402 “MC_Reset” | 复位可能出现的错误 |
| FB 405 “MC_Halt” | 停止轴运动 |
| FB 407 “MC_WriteParameter” | 写系统参数 |
| FB 414 “MC_MoveVelocity” | 使轴运动，并可改变其运行速度 |
| FB 434 “MC_CamClear” | 删除一个凸轮盘中的所有插补点 |
| FB 435 “MC_CamSectorAdd” | 插入一个新的插补点到凸轮盘中 |
| FB 436 “MC_CamInterpolate” | 修改凸轮盘的插补点 |
| FB 439 “MC_SetCharacteristics” | 激活一个凸轮曲线作为液压阀的特性曲线 |
表 2. 使用的 S7-Tech 功能块
4.2.3 FB520的管脚及其定义（图 13 及表 3）：
图 13. FB 520 管脚定义
| 名称 | 含义 |
| 输入参数 | |
| Axis | 液压轴工艺DB号 |
| CamReference | 执行测试时的参考凸轮盘的工艺DB号 |
| CamProfil | 最终要写入的凸轮盘的工艺DB号 |
| Enable | 使能 |
| Mode | 执行模式 |
| maxDistance | 执行测试时的最大移动距离 |
| JogPos | 正向点动 |
| JogNeg | 负向点动 |
| JogVelocity | 点动速度 |
| 输出参数 | |
| Done | 测量完成 |
| Busy | 忙 |
| Error | 有错误 |
| ErrorID | 错误代码 |
| ErrorSource | 错误源 |
| State | 当前状态 |
| ActiveCam | 当前执行的凸轮盘的工艺DB号 |
表 3. FB 520 管脚定义
4.3 在OB1中调用FB520（图 14）
图 14. 在 OB1 中调用 FB 520
使用步骤：
4.4 FB 520 “GetCharacteristics” 的测量原理（图 15）
图 15. FB 520 的测量原理
4.5 FB 520 “GetCharacteristics” 补偿曲线的写入过程（图 16）：
图 16. 补偿曲线的写入过程
4.6 FB 520 “GetCharacteristics” 执行时的基本步骤
4.7 FB 520 “GetCharacteristics” 的 42 种执行状态（图 17）：
图 17：FB 520 的42种执行状态（State）
5.执行结果
在FB520执行自动检测之后，可以通过在线的方式察看测量出来的补偿曲线，如图 18：
图 18. 在线察看测量出来的补偿曲线
到这里为止，液压伺服轴的补偿曲线已经建立，在 TCPU 中就可以使用其定位功能块对液压轴进行控制了，控制器会自动使用补偿曲线中的速度对应关系调节输出。有关更多液压轴的使用请参考 TCPU 手册s7_technology_manual_zh-CHS_zh-CHS.pdf 。手册下载链接：
30119663
关键词
TCPU, 液压轴，液压伺服系统，补偿曲线
第一部分：ET200S工艺模块1Count24V/100kHz
1．概述
ET200S工艺模块主要包括四种类型：模块1Count24V/100kHz，1Count5V/500kHz，1SSI，2PULSE。本文通过一个简单的调试例程，描述怎样按照工艺要求设置ET200S工艺模块1Count24V/100kHz的功能应用，以及应用、操作和测试相应的软硬件。
工艺模块1Count24V/100kHz主要包括以下几种操作模式：
（1）计数模式：包括连续计数，周期计数和单次计数
（2）测量模式：包括频率测量，周期测量和转速测量
（3）位置检测：这个模式是连续计数功能的一部分，用来在等时模式作为一个纯输入模块使用。
本文主要描述该模块在计数模式下的使用，测量模式等请参考计数功能使用。
2．系统的硬件体系结构
图 1 系统的硬件体系结构
本示例为一套S7-300 PLC通过ET200S 1Count24V/100kHz模块从24V增量型编码器读取计数数据，监控旋转状态。
图1为示例系统的配置图，图中包含如下的硬件：
•一台笔记本电脑或PG/PC
•一块CP5512
•一套S7-300 PLC
•一套ET200S系统
3．硬件和软件需求
表3－1硬件订货信息
|
名称 |
数量 |
订货号 |
|
IM151-1 STANDARD interface module and terminating module |
1 |
6ES7151-1AA03-0AB0 |
|
TM-P15S23-A0 (screw-type terminal) |
1 |
6ES7193-4CD20-0AA0 |
|
TM-E15S26-A1 (screw-type terminal) |
1 |
6ES7193-4CA40-0AA0 |
|
PM-E 24–48 VDC/24–230 VAC |
1 |
6ES7138-4CB10-0AB0 |
|
1 SSI, 1 unit |
1 |
6ES7 138-4DB01-0AB0 |
|
1Count 24V/100kHz, 1 unit |
1 |
6ES7 138-4DB01-0AB0 |
|
PROFIBUS FC Standard Cable |
|
6XV1 830-0EH10 |
|
PROFIBUS FastConnect bus connector RS 485 with 90° cable outlet (with PG interface) |
2 |
6ES7 972-0BB50-0XA0 |
|
CP 5512 communications processor |
1 |
6GK1 551-2AA00 |
|
MPI cable For connecting SIMATIC S7 and the PG through MPI; length 5 m |
1 |
6ES7 901-0BF00-0AA0 |
|
CPU 315-2 DP |
1 |
6ES7315-2AG10-0AB0 |
表3－2软件订货信息
|
名称 |
订货号 |
|
STEP 7 Professional Edition 2004 |
6ES7 810-5CC08-0YA5 |
4．硬件安装与接线
连接的编码器类型：
（1）24V脉冲发生器（不带方向信号）
（2）24V脉冲发生器（带方向信号）
（3）24V增量型编码器
图2 编码器连接
5．系统组态及参数设置
（1）硬件配置
按照图1硬件配置图进行连接，一套S7-300 PLC作为DP主站连接ET200S
从站系统，24V增量型编码器按图2接线图依次接入
ET200S 1Count24V/100kHz模块。
（2）系统组态及参数设置
在STEP7管理器中新建一个名为Latch_ET200S_1COUNT的项目，插入一个SIMATIC 300 STATION，命名为1COUNT，然后在硬件组态中按订货号和硬件安装次序依次插入机架、CPU、ET200S标准从站模块和ET200S 1COUNT计数模块（从硬件列表中选择模块1COUNT 24V/100kHz C）。
图3主站硬件组态
ET200S 1COUNT模块参数配置如图4所示。
图4参数设置
参数Signal evaluation A* B *和Sensor A* B * DI 根据连接的编码器类型进行选择，此处选择PNP类型24V增量型编码器；
参数Direction input B *可设置成正方向或反方向；
参数Type of counting mode可设置三种计数模式：连续计数，周期计数和单次计数；
其他参数设置选择默认值即可。
（3）例程
循环程序OB1：
//预设
L 0 //删除控制位
T DB1.DBD 0
T DB1.DBD 4
SET
S DB1.DBX4.0 //打开软件门
//写控制接口
L DB1.DBD 0 //写8字节到 1SSI模块
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //输出起始地址
T PQD 268
//读反馈接口
L PID 264 //从 1SSI模块读8字节
T DB1.DBD 8
L PID 268 //输入起始地址
T DB1.DBD 12
控制接口的参数分配如图5，在硬件组态里，对应计数模块的输出区8个字节（PQB264 ~ PQB271）。在上面例程中，DB1中8个字节（DB1.DBB0~DB1.DBB7）用来存放控制接口的参数。
图5 控制接口参数分配
反馈接口的参数分配如图6，在硬件组态里，对应计数模块的输入区8个字节（PIB264 ～PIB271）。在上面例程中，DB1中8个字节（DB1.DBB8 ～ DB1.DBB15）用来存放反馈接口的参数。
图6 反馈接口参数分配
6．测试、监控与诊断
图7 变量表监控
在STEP7管理器Blocks中建立变量表，在变量DB1.DBD 8（反馈接口Bytes 0～3）中监控测量的编码器值，通过变量DB1.DBX 13.6 （STS_C_UP）和DB1.DBX 13.7（STS_C_DN）监控编码器值的变化方向。
7．功能
7．1计数输入的控制：
通过软件门控制
软件门与硬件门(“与”逻辑操作)
7．2门控功能
软件门：通过用户程序控制
当使能软件门控制位时，在参数配置里采用“interrupt counting
procedure”，从装载值开始计数，当软件门停止后再使能，计数从停止时的
计数值开始继续计数；
在参数配置里采用“terminate counting procedure”，从装载值开始计
数，当软件门停止后再使能，计数从装载值开始重新计数；
图8 硬件门使用
硬件门：在硬件门使能后，通过数字量输入控制，功能和软件门控制一样。前提是如图8所示，在参数“Function DI”里设置成“hardware gate”。
7．3锁存功能
锁存与重新触发：
在硬件组态中参数配置“Function DI”使能“锁存与重新触发”后，在用户程序中把软件门使能，当数字量输入端有上升沿脉冲时，把当前计数值锁存。计数功能继续进行，直到数字量输入端有下一个上升沿脉冲，锁存当前计数值并开始从装载值重新计数。
如果你在这个过程中直接装入装载值，不会改变在反馈字中的锁存值。如果关闭软件门，只是中断计数，而数字量输入中锁存和重新触发功能仍然有效。
注意在软件门使能后，当数字量输入端有第一个上升沿时，计数模式开始进行，参考图9锁存和重新触发功能时序图。
图9 锁存和重新触发功能时序图
锁存：
在硬件组态参数配置“Function DI”中使能“锁存”后，在用户程序中把软件门使能，当数字量输入端有上升沿脉冲时，锁存计数值。计数功能继续进行，直到数字量输入端有下一个上升沿脉冲，锁存新计数值。
注意如果你在这个过程中直接装入装载值，不会改变在反馈字中的锁存值。如果关闭软件门，只是中断计数，而数字量输入中锁存功能仍然有效。
图10 锁存功能时序图
7．4同步功能
同步功能只能在单次计数和周期计数模式下使用。可以使用旋转编码器的零标志位做为参考信号。先使能软件门，然后使能同步控制位，在单次计数同步中，数字量输入中从第一个上升沿脉冲开始从装载值进行同步计数。而在周期计数同步中，数字量输入中第一个上升沿脉冲和后续的每个上升沿脉冲使计数器从装载值开始同步计数。在完成同步后，状态位“STS_SYN”被置位。
图11 同步功能时序图
7．5在计数模式里对输出的控制
计数模板有一个数字量输出和一个虚拟的数字量输出（存在于反馈接口的状态位上），可以存储两个比较值，依靠计数值和比较值的关系可以对输出进行控制：
（1） 直接对输出进行控制
使能控制位CTRL_DO1和CTRL_DO2，通过控制位SET_DO1和SET_DO2直接对输出进行控制。状态位STS_CMP1和STS_CMP2显示了相应的输出状态。直到这些状态位被确认，他们一直保持现有状态；如果没有使能DO1和DO2，通过控制位SET_DO1和SET_DO2直接影响这些状态位。
下面四种输出形式的使用情况和直接控制输出类似，需要先装载比较值，根据设定的比较条件对输出进行控制。
（2） 计数值>＝比较值
举例：设定一个比较值2000，当计数值大于等于2000时，使能DO1输出。
硬件组态：
图12 比较值输出
计数模块的参数设置如图12所示，只需设置参数“Function DI”为“Counter>=comparison value”模式，其他参数设置参照图4普通计数模式。
主程序：
//预设
SET
S DB1.DBX 4.0 //置位软件门
S DB1.DBX 4.4 //使能DO1
//装入比较值
A M 100.0 //触发位
S DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268
L 2000
T DB1.DBD 0
T PQD 264
AN M 100.0
R DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268
//写控制接口
L DB1.DBD 0 //写8字节到 1SSI模块
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //输出起始地址
T PQD 268
//读反馈接口
L PID 264 //从 1SSI模块读8字节
T DB1.DBD 8
L PID 268 //输入起始地址
T DB1.DBD 12
监控与测试：通过使能M100.0，装入比较值1（2000），当编码器计数值大于等于2000时，使能输出DO1，同时置位状态位STS_CMP1（DB1.DBX14.3）和STS_DO1（DB1.DBX13.3）。
图13 比较值<2000
图14 比较值>＝2000
（3） 计数值<＝比较值
（4） 到达比较值时输出脉冲
（5） 到达比较值时开关输出（仅限DO1）
第二部分：ET200S工艺模块1Count5V/500kHz
工艺模块1Count5V/500kHz的使用可参考第一部分的描述，其不同点主要体现在硬件接线和硬件组态的参数配置上。
1．硬件接线图
模块只能连接5V增量型编码器。
图15 硬件接线图
2．硬件组态和参数配置
西门子 6ES7132-7RD22-0AB0 西门子 6ES7132-7RD22-0AB0 西门子 6ES7132-7RD22-0AB0
