1.1 模块概述

ET200S 1STEP步进模块输出脉冲控制步进电机驱动器，输出脉冲数决定步进电机移动的距离，输出脉冲频率决定步进电机的速度。

模块订货号：6ES7138-4DC00-0AB0

1.2 模块特性

图1 1STEP 步进模块

l  1个通道，可以用于控制1个步进电机

l  参考点开关数字量输入

l  外部停止或外部脉冲使能数字量输入

l  脉冲和方向信号采用符合RS422电平差分输出

l  输出最大频率204 kHZ

l  输出最大脉冲数 1048575

l  4个LED状态指示

l  2种操作模式：寻找参考点模式、增量模式

2 模块接线

图2 1STEP 端子接线图

l  端子1、5：脉冲信号差分输出

l  端子4、8：方向信号差分输出

l  端子2、3：外部停止或外部脉冲使能数字量输入DI（功能选择见4.2节）

端子6、7：参考点开关数字量输入

3 硬件配置

1STEP 步进模块可以安装在ET200S接口模块或ET200S CPU模块后使用。

本文中以IM151–7 CPU模块为例。 

表1 软硬件配置

图3 ET200S 站配置图

4 硬件组态及参数配置

4.1 硬件组态

1)  按照图2、图3完成ET200S站安装和接线。

2)  打开STEP7,在管理器中新建一个项目，然后插入一个S7-300站。

3)  进入硬件组态界面进行配置。选中IM151-7 CPU直接拖拽到站配置窗口中。

图4 插入IM151-7 CPU

4)  在4号槽和5号槽中分别插入PM-E DC24电源模块和1STEP步进模块。

图5 硬件组态

4.2 模块参数配置

图6 1STEP 模块参数界面

4.2.1 模块参数配置说明

1) Group Diagnostic：组诊断。

2) Base Frequency：基本频率，单位Hz，记作Fb。

3) Multiplier n：倍增系数 n，取值范围1-255。此倍增系数决定启动停止频率 Fss，计算公式Fss=Fb×n。

4) Time i：时间系数i，取值范围1-255。此时间系数决定加速度和减速度a，单位为Hz/ms，计算公式为a = Fb ×R / (i×0.128 ms)。

5) Function DI：数字量DI输入功能选择，可以配置为外部脉冲使能输入或外部停火输入。缺省为外部脉冲使能输入。

6) External Stop，Limit Stop：外部停止，限位停止信号类型，break contact为常闭信号，make contact为常看信号。缺省为常闭信号接入。

4.2.2 本文例子采用参数

本文例子参数配置即为图6中显示参数配置

1)         不激活组诊断。

2)         基本频率4Hz。

3)         倍增系数1，启动停止频率 4Hz。

4)         时间系数1，加速度减速度 31.25 Hz/ms。

5)         外部脉冲使能输入。

6)         外部停止输入、限位输入信号类型为常闭信号输入。

5 程序编制

5.1 模块输入输出地址分配

1STEP 步进模块跟其它ET200S 功能模块类似，都是通过直接读写I/O地址对模块进行控制访问。

反馈信号（输入），占用8个字节，输入地址分配见表2。

控制信号（输出），占用8个字节，输出地址分配见表3。

输入、输出地址分配变量具体描述参见 ET200S 位置控制操作手册，参考链接：

/cs/document/9260790?caller=view&lc=en-CN

表2 输入地址分配

表3 输出地址分配

5.2 项目示例程序

为了便于对该模块地址中的位、字节、字等地址的读写，通过在梯形图编程环境中使用MOVE指令，将输入地址区 PIB272-PIB279传送到MB10-MB17，将MB20-MB27传送到PQB272-PQB279。对1STEP模块的读写访问通过MB地址区完成。

1STEP 模块IO地址分配见图5。

图7 项目示例程序

6 模式说明及示例

6.1 寻找参考点模式

通过执行寻找参考点模式，对轴进行同步，即建立机械零点与电气零点对应关系。

6.1.1 寻找参考点模式说明

Mode=1

参考点开关为常开信号接入

寻找参考点输出频率 Fss、Fa

Fss 启动停止频率，描述参见 4.2.1节

Fa 输出频率 Fa = Fb ×G × R

Fb：基本频率。1STEP 模块参数中配置，描述参见 4.2.1节。

Multiplier G：倍增系数 G。取值范围1-255，模块输出地址字节0，参见表3。

Reduction Factor R：减小系数R。模块输出地址字节4第7位，参加表3。模块输出地址4.7=0，R=1；模块输出地址4.7=1，R=0.1。

图8 寻找参考点

6.1.2 寻找参考点模式示例

本文示例按照图8模式进行，即正方向寻找参考。

1. 通过变量表写输出控制变量：

图9 参考点模式控制变量

1) M24.0=1  寻找参考点模式Mode=1

2) M25.0=1、M25.1=1 由于之前模块参数配置限位开关信号为常闭输入，所以当没有软限位开关激活时，应该有信号输入。参见4.2.2节。

3) M25.2=0  不激活软件脉冲使能信号。由于之前模块参数配置已经使能DI为外部脉冲使能信号输入，此时就不再使用内部软件脉冲使能信号。参见4.2.2节。

4) 置位M24.4，然后复位M24.4（下降沿信号有效），启动寻找参考点模式。脉冲输出频率为Fa。

5) MB20=1、M24.7=0 倍增系数G=1、减小系数R=1，Fa频率值为
Fa = Fb ×G × R=4Hz×1×1=4Hz。

2．通过变量表读输入状态变量：

图10 参考点模式状态变量

1) M15.2=1外部脉冲使能信号激活。

2) M15.0=1 驱动使能。

3) 寻找参考点启动后，M14.0=1 位置任务激活，M15.7=1 位置操作执行中。等待参考点开关信号M15.1。

4) M15.1=1 参考点信号达到，寻找参考点完成。M14.4=1，同步操作完成，M14.2=1 位置到达，M15.3=1 寻找参考点停止。

6.2 增量模式

增量模式是1STEP 主要工作模式。通过该工作模式可以控制步进电机按照给定的速度移动给定的距离。

6.2.1 增量模式说明

Mode=0

输出脉冲数决定步进电机移动的距离，最大脉冲数1048575

输出脉冲频率决定步进电机的速度

增量模式输出频率  Fss、Fa

方向信号作为启动信号

注意：脉冲数对应的实际位移量和脉冲频率对应的实际速率由步进电机驱动器确定，不再1STEP模块中进行设置。

6.2.2 增量模式示例

1. 通过变量表写输出控制变量：

图11 增量模式控制变量

1) M24.0=0  增量模式Mode=0

2) M25.0=1、M25.1=1 由于之前模块参数配置限位开关信号为常闭输入，所以当没有软限位开关激活时，应该有信号输入。参见4.2.2节。

3) MB20=1、M24.7=0 倍增系数G=1、减小系数R=1，输出频率 Fa为
Fa = Fb ×G × R=4Hz×1×1=4Hz。

4) 输出脉冲数，通过MB21-23组成20位地址长度用于存放脉冲数，最大值即为 0xFFFFF=1048575

    MB21 输出脉冲数（位16-位19）

    MB22 输出脉冲数（位8-位15）

    MB23 输出脉冲数（位0-位7）

    MB21 位20-位23没有使用

本示例中赋值为0x100，即256个脉冲。 

5) 置位M24.4，然后复位M24.4（下降沿信号有效），启动增量模式，正方向移动。

2．通过变量表读输入状态变量：

图12 增量模式状态变量

1）增量模式启动后，M14.0=1 位置任务激活，M15.7=1 位置操作执行中。

2）MD10 显示剩余脉冲数，图12显示还有220个脉冲没有发送。

3）MD10=0 脉冲发送完成，M14.0、M15.7清零，M14.2=1 位置到达。增量模式输出完成。

概述

西门子驱动装置（SIMOVERT MasterDrives VC，MicroMaster 4 以及SIMOREG DC Master）除了具有与驱动基本应用有关的功能外，还具有强大的通讯功能。驱动通讯可以分为三种方式：

• PROFIBUS DP协议
• USS协议
• SIMOLINK协议（一般用来代替Peer to Peer协议，实现从站到从站的通讯）

PROFIBUS DP和USS协议属于主/从通讯，需要有PLC作为主站，驱动装置作为从站。

USS协议的主要优点是，其接口集成在基本装置中，不需要额外费用；主要缺点是通讯速度慢，只有基本通讯功能（PKW+PZD），最多31个从站。

PROFIBUS DP协议的主要优点是，通讯速度快，除了基本功能之外还有一些附加功能（例如：非循环通讯，交叉通讯），站点数更多；主要缺点是需要另外购买作为选件的通讯模板（例如：CBP2或PROFIBUS模板）。

SIMOLINK协议（代替Peer to Peer协议）主要用来实现驱动装置与驱动装置之间的通讯。SIMOLINK协议也可以是主/从通讯，主站是S7-400（FM458+EXM448）或SIMADYN D。

这里我们主要介绍S7 PLC与驱动装置采用PROFIBUS DP协议进行通讯。
采用PROFIBUS DP协议通讯时，既可以利用STEP 7本身提供的功能，也可以使用TIA软件Drive ES。

本文档只介绍STEP 7本身提供的功能。有关Drive ES的功能将根据需要在以后的文档中再做介绍。

（关于 DriveES，可以参加西门子自动化与驱动培训中心的培训课程D2403）

2. 必备条件

下面以S7-300 PLC与MasterDrives CUVC变频器的通讯为例：

主站：S7-300 CPU315-2DP可编程序控制器
从站：MasterDrives CUVC变频器 + CBP2 通讯模板
编程装置：PC + STEP 7 V5.4 + MPI接口（MPI Adapter 或CP5611卡）

装有STEP 7 V5.4 的PC机用于S7 CPU315-2DP的硬件组态与编程，通过MPI电缆与CPU315-2DP的MPI接口连接，用于硬件组态数据及程序的下载。CPU315-2DP的DP接口通过PROBIBUS 电缆与CUVC 变频器的CBP2 上的DP 接口连接，用于S7-300 与变频器的通讯。

网络连接如图1 所示。

图1：PC机、CPU315-2DP 与驱动装置的连接

3. 硬件组态

3.1. 新建项目
在SIMATIC Manager 中新建一个项目，名称为Drives_Comm。如图2 所示。

图2：新建项目，名称为Drives_Comm

3.2. 插入一个S7-300 主站
在项目名称Drives_Comm 下插入SIMATIC 300 Station，如图3 所示。

图3：在项目下插入一个S7-300 站

接下来对该站进行硬件组态：从硬件组态目录中依次插入机架、电源、CPU，设置CPU上PROFIBUS DP 接口的网络参数（可采用缺省设置，即：地址2，最高地址126，波特率1.5 Mbps，协议DP）。如图4 所示。

图4：设置CPU 上PROFIBUS DP 接口的参数

按OK 键确认后得到主站的组态结果，如图5所示。

图5：主站的组态

3.3 插入一个MASTERDRIVE 从站
在PROFIBUS(1): DP master system (1) 总线上挂上MasterDrives 从站。

从站路径为：PROFIBUS DP >
                        SIMOVERT >
                        MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx                 或
                        MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1

MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 与MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 的区别是，前者只能按照PPO 类型选择报文结构（即CBP 功能：循环通讯），后者还能选择更多的报文结构，以配合CBP2 的一些扩展功能（DPV1功能）。

（关于CBP2 模板的报文结构参见下面第7 部分）
（关于MM4 PROFIBUS 模板的报文结构参见下面第8 部分）

选择MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作为从站，地址设成3。如图6 所示。

图6：选择MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作为3 号站

3.4. 在从站中插入“模板”
在驱动装置从站中插入类似于ET 200M 从站中的模板，以确定报文结构。
将右边窗口硬件目录中MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 下面的 PPO 3: 0PKW, 2PZD插入左下窗口中的第一行（Slot 1）。该选项共占两行。意思是：PPO类型3，即：0个字参数数据（又叫PKW），2 个字过程数据（又叫PZD）。参数数据用于PLC 读/写变频器的参数，过程数据用于PLC 控制和监视生产过程。0 个字参数数据表示PLC 不能读/写驱动装置的参数，参数数据也不占用S7 的外设地址；2 个字过程数据表示PLC 和驱动装置交换2 个字过程数据，各占用S7-300 PLC 四个字节的外设地址。地址范围是输入字节256 - 259，输出字节256 -259。如图7 所示。

通常S7 传送到驱动装置的第1 个字是控制字，第2 个字是频率设定值；驱动装置传送到S7的第1 个字是状态字，第2 个字是频率实际值。这是最简单的应用。

(关于CBP2 模板的其他选项的含义参见下面第7 部分)
(关于MM4 PROFIBUS 模板选项的含义参见下面第8 部分)

图7：驱动装置的输入/输出地址

3.5 查看从站中“模板”的属性
双击左下窗口中的第二行（Slot 2），打开其属性。如图8 所示。

图8：驱动装置的输入/输出地址的属性

属性中给出驱动装置占用S7-300 PLC 外设地址的情况，包括：输出/输入地址，长度，单位，连续性范围。这里除了地址之外，其他属性都是由PPO3 决定的，只能读，不能改写。

当字长不大于 2 或选择“以字为单位传送”时：用 MOVE 指令（L/T 指令）编程
当字长大于 2 且选择“所有字一起传送”时：用 SFC14/15 编程

4. 编程

根据前面的组态，由于输入/输出各占四个字节，可以使用两次MOVE 指令（L/T 指令）。由于程序简单，程序可以直接编写在OB1 中。数据从MB0 - MB3（即：MW0和MW2）写入驱动装置，从驱动装置读回的数据放入MB4 - MB7（即：MW4和MW6）。如图9所示。

图9：PLC程序

传送到驱动装置的第1 个字（MW0）是控制字（控制指令）：
当 MW0 = 0000 0100 0000 0000 B = 0400 H 时，驱动装置处于运行准备状态；
当 MW0 = 0000 0100 0000 0001 B = 0401 H 时，驱动装置进入运行状态1）

1） 相应于第5部分参数设置，PLC 只控制驱动装置起/停。若要传送所有指令应设置：
MW0 = 1001 1100 0111 1110 B（9C7EH）<-> 运行准备
MW0 = 1001 1100 0111 1111 B（9C7FH）<-> 运行
同时设置：P555~P575 = 3101~3115

传送到驱动装置的第2 个字（MW2）是频率设定值：
当MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D 时，相当于50Hz。

5. 参数设置

在驱动装置侧，驱动装置应处于可以运行的状态。为了实现与PLC 之间的通讯，以及从PLC 接收起/停指令和设定值，向PLC 传送状态字（驱动装置状态）和实际值，应如下更改参数：

参数设置可以通过操作面板PMU，也可以通过DriveMonitor 软件进行。

6. 测试

启动STEP 7的Monitor/Modify Variables 功能，填写变量。如图10 所示。

图10：用监视和修改变量功能控制驱动装置起动和调速

当控制字（Control Word1）为W#16#0400 时，驱动装置应显示O009，表示运行准备状态。将控制字从W#16#0400 改成W#16#0401 时，驱动装置起动。除了状态字（Status Word1）会发生变化外，速度实际值（Actual Value）也会逐渐上升，上升速度取决于参数P462.01 的数值，最后达到W#16#4000（50Hz）。状态字的含义如图11 所示。其中Bit 2 表示运行状态。将控制字改回W#16#0400 时，驱动装置首先减速，减速时间取决于P464.01 的数值，然后停止运行。

驱动装置起动后可以通过更改MW2 的数值更改速度。对应关系如下：
MW2 = 0000 0000 0000 0000 B = 0000 H= 0 D ~ 0Hz
MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D ~ 50Hz

MW2 为整型，数值与频率之间是线性关系。负数用补码表示，对应反转。

图11：MasterDrives 驱动装置的状态字的含义

7. CBP2的其他选项

在“3.3. 插入一个 MASTERDRIVES 从站”和“3.4. 在从站中插入模板”章节中我们看到，除了 PPO 类型选项外硬件组态目录中还有其他选项。如图 12 所示。

图12：硬件组态目录中 MasterDrives 驱动装置的选项

首先，我们也可以选择 MASTERDRIVES CBP 和 MASTERDRIVES CBP2 文件夹中的选项（参见图12）。这两个选项是随着 Drive ES 软件一起安装的，有关 Drive ES 的功能将根据需要在以后的文档中再做介绍。

（关于 DriveES，可以参加西门子自动化与驱动培训中心的培训课程D2403）

其次，MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 中的选项基本包括MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 中的选项。事实上“options”下面的 PPO2 和PPO5 早已取代了上面的 PPO2 和 PPO5。那么什么是 PPO 呢？

PPO = Parameter - Process data - Object，即参数过程数据对象。它规定了 PLC 与驱动装置通讯时报文中有效数据的结构，符合 PROFIBUS 补充协议“variable-speed drives profile”。共有 PPO1 - PPO5 五种类型，如图 13 所示。

图13：5种PPO类型

在 3.5. 节中我们曾查看过 PPO3 型从站中“模板”的属性，所有 PPO 类型从站中“模板”的连续性范围属性都是一样的，均为 Total length。由于 PPO3 总共只有 2 个字过程数据（PZD1 和 PZD2），所以我们仍然可以用 MOVE 指令（L/T 指令）编写程序；与此相同的还有 PPO1 中的过程数据。但如果选择 PPO2、4、5，过程数据（PKW）分别为6 个、6 个和 10 个，则需要编写 SFC14/15。对于 PPO1、2、5 中的参数数据（PKW）其属性连续性范围也为 Total length，也需要编写 SFC14/15。

SFC14/15 为系统功能，其用法参见 SFC14/15 的在线帮助。

在图 12 的硬件组态目录中，各选项含义如下：

1. Std. Telegram 1: 2/2 PZD：
标准报文1：只有过程数据，2 个字输出/2 个字输入，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

2. Std. Telegram 2: 4/4 PZD：
标准报文 2：只有过程数据，4 个字输出/4个字输入，用 SFC14/15 编程；

3. PCS7 Telegram 352: 6/6 PZD：
PCS7 报文 352：只有过程数据，6 个字输出/6 个字输入，用于 PCS7；

4. PKW module：
PKW 模板（4 个字输出/4 个字输入）：用 SFC14/15 编程；

5. PPO 1: 4 PKW, 2 PZD：
PPO 1，4 个字参数数据，用SFC14/15 编程；2 个字过程数据，用 MOVE 指令（L/T 指
令）编程；

6. PPO 2: 4 PKW, 6 PZD：
PPO 2，4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；6 个字过程数据，用 SFC14/15 编程；

7. PPO 3: 0 PKW, 2 PZD：
PPO 3，没有参数数据，2 个字过程数据，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

8. PPO 4: 0 PKW, 6 PZD：
PPO 4，没有参数数据，6 个字过程数据，用 SFC14/15 编程；

9. PPO 5: 4 PKW, 10 PZD：
PPO 5，4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；10 个字过程数据，用 SFC14/15 编程；

8. MM4 PROFIBUS模板的选项

MM420/430/440 变频器通过 PROFIBUS 模板实现 PROFIBUS-DP 通讯。PROFIBUS 模板与 CBP2 模板一样，既有基本功能（循环通讯），也有扩展功能（DPV1功能）。MM4 PROFIBUS 模板的选项如图 14 所示。前半段适合所有 3 种变频器，后半段仅适合 MM430 和 MM440。

图14：硬件组态目录中 MICROMASTER 4 驱动装置的选项

在图 14 的硬件组态目录中，各选项含义如下：

1. Standard Telegram 1：
标准报文 1：2 个字输出/2 个字输入，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

2. 4 PKW，2 PZD （PPO 1）：
PPO 1，4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；2 个字过程数据，用 MOVE 指令
（L/T 指令）编程；

3. 0 PKW，2 PZD （PPO 3）：
PPO 3，没有参数数据，2 个字过程数据，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

4. 4 PKW，4 PZD whole cons.：
4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；4 个字过程数据，整体连续，用 SFC14 /15 编程；

5. 4 PKW，4 PZD word cons.：
4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；4 个字过程数据，字连续，用 MOVE 指令编程；

6. 0 PKW，4 PZD whole cons.：
没有参数数据；4 个字过程数据，整体连续，用 SFC14 /15 编程；

7. 0 PKW，4 PZD word cons.：
没有参数数据；4 个字过程数据，字连续，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

-- MM430/440 only：PZD > 4 -- 仅对 MM430/440：PZD 大于 4 个字

8. 4 PKW，6 PZD （PPO 2）：
PPO 2，4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；6 个字过程数据，用 SFC14/15 编程；

9. 4 PKW，6 PZD word cons.：
4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；6 个字过程数据，字连续，用 MOVE 指令编程；

10. 0 PKW，6 PZD （PPO 4）：
PPO 4，没有参数数据；6 个字过程数据，用 SFC14/15 编程；

11. 0 PKW，6 PZD word cons.：
没有参数数据；6 个字过程数据，字连续，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

12. 4 PKW，8 PZD whole cons.：
4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；8 个字过程数据，整体连续，用 SFC14 /15 编程；

13. 4 PKW，8 PZD word cons.：
4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；8 个字过程数据，字连续，用 MOVE 指令（L/T 指
令）编程；

14. 0 PKW，8 PZD whole cons.：
没有参数数据；8 个字过程数据，整体连续，用 SFC14/15 编程；

15. 0 PKW，8 PZD word cons.：
没有参数数据；8 个字过程数据，字连续，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

参数设置可以通过操作面板BOP/AOP，也可以通过 Starter 软件进行。

附加说明：

今后的发展趋势是取消 PPO 类型，代之以标准报文或自由组态。因为在 PPO 类型中不论是过程数据还是参数数据都采用循环方式传送。而参数数据是不需要采用循环方式访问的。

参数数据可以采用非循环方式访问（DPV1功能）。CBP2 模板和 MM4 PROFIBUS 模板既支持循环方式访问又支持非循环方式访问。非循环访问不需要组态，用 SFC58/59以读/写数据包的形式读/写参数。也可以调用 Drive ES SIMATIC 中的标准功能块，而且可以实现更复杂的功能，比如：同时读取或改写多个参数，甚至在 CPU 的 DB 块中对驱动装置的所有参数进行备份。新一代驱动装置 SINAMICS 只支持参数数据的非循环访问。

提示：CBP2 模板和 MM4 PROFIBUS 模板的一些扩展功能需要借助 Drive ES 软件实现。

附：

Drive ES软件的订货号：

Drive ES Basic V5.4 订货号：6SW1700-5JA00-4AA0
Drive ES SIMATIC V5.4 订货号：6SW1700-5JC00-4AA0