Benefits

Design

使用SIMOTION D的自动化解决方案的典型设计

SIMOTION D元件和接口

• 显示各种状态/误差显示
• 内置数字量 I/O
• 选件插槽（接口，仅限于 D4x5-2），例如，用于通过 TB30 端子板的附加 I/O 进行扩展
• 用于连接的综合通信接口：
  • SINAMICS S120 变频调速柜
  • 分布式 I/O
  • HMI 系统
  • 编程器/PC
  • 运动控制器和自动化系统之间
  • 其它带数字整定值接口的 SINAMICS S110/S120 变频调速柜
• 用于数据备份的 CF 卡插槽

带 SIMOTION D410-2 的单轴结构

以下组件构成 SIMOTION D410-2 单轴系统：

• 一个 SIMOTION D410-2 控制单元，用于单驱动器的开环及闭环
• 一个SINAMICS S120 PM340电源模块，块形式（结合馈电模块和电源模块）
• 其他驱动元件，如
  • 电源电压
  • 滤波器
  • 扼流圈等。

SIMOTION D410-2 和 SINAMICS S120 PM340 功率模块之间可通过集成 PM-IF 接口或通过 DRIVE-CLiQ 接口（若使用的是 CUA31/CUA32 控制单元适配器）进行连接。

采用 SIMOTION D410-2 的单轴系统结构

为了创建带 SIMOTION D410-2 的多轴系统，通过 PROFIBUS 或 PROFINET 将附加的 SINAMICS S110/S120 控制单元连接至 SIMOTION D410-2。

SIMOTION D410-2 通过使用 SIMOTION 技术功能来集中进行运动控制。

采用 SIMOTION D4x5-2 的单轴系统结构

以下组件可用于构建 SIMOTION D4x5-2 多轴系统：

• 一个 SIMOTION D4x5-2 控制单元，用于控制多轴系统的开环及闭环
• 一个SINAMICS S120线路模块（馈电模块）
• 一个或以上SINAMICS S120电机模块（电源模块）
• 其他驱动元件，如
  • 电源电压
  • 滤波器
  • 扼流圈等。

SIMOTION D 控制单元与 SINAMICS S120 变频调速柜模块之间通过 DRIVE-CLiQ 进行连接。

注意：
通过使用 CUA31/CUA32 控制单元适配器，SINAMICS S120 PM340 块型功率模块可运行在 SIMOTION D4x5-2上。

使用 I/O 进行扩展

SIMOTION D可扩展出下列I/O：

• 分布式 I/O 站，(例如，SIMATIC ET 200)
• 基于驱动的的控制柜I/O（如：TM15、TM31端子模块等）
• 书本型变频调速柜中的 I/O 模块（例如，TMC1080 PN 等）

• 通过点对点连接(高信息率)进行高性能的信息传输
• 物理接口：RS 422/RS 485 (X.27)
• 多 32 节点
• 执行的协议：ASCII, 3964 (R)
• 利用集成在 STEP7 中的参数设置工具可以方便地进行参数设置

CP 440 通讯模块通过 RS 422/RS 485（X27）进行高性能的短消息帧传送。该特点可促使实现上述所有点对点连接。

例如，点对点连接可用于：

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 可编程逻辑控制器和非西门子控制器
• 编程器和PC机
• 机器人控制
• 扫描器，条码阅读器
• 测量系统
• 秤

RS 485 接口允许多连接 32 个通讯连接。

通讯处理器有以下机械特性：

• 坚固的塑料外壳
• LED指示灯:
  用于指示 "发送", "接收" 或 "故障"

CP 440 也可在扩展机架中使用。但是，必须C总线信号的传输。在“技术规范”中列出了使用范围。

采用了多种标准协议，因此可与广泛的节点进行数据交换：

• ASCII: 
  用于通过简单通讯协议连接到第三方系统，如带有开始和结束字符的协议或带有块检查字符的协议。 接口的握手信号可被扫描，并由用户程序来控制。
• 3964（R）： 
  用于通过已标准化和公布的西门子 3964 (R) 协议连接到西门子设备或第三方设备。 另外还采用了一个带有默认值的 3964(R) 驱动程序和一个可编程 3964(R) 驱动程序。

参数化

CP 440 通讯处理器的参数化极为简单而方便：

• 用户可通过集成在 STEP 7 中的一个参数分配工具来指定模块特性，例如：
  • 要使用哪个已实施协的议驱动程序，或
  • 要使用哪些驱动程序相关功能
• 通过 CPU 进行参数化： 
  只需将编程设备与 CPU 相连。 组态数据归档在一个系统数据块中，而数据块存储在 CPU 中。 在更换一个模块时，新的模块可立即投入使用。
• 组态软件包（光盘）： 
  含电子手册以及用于与 CP 通讯的参数化屏幕和标准功能块

SB 1232 模拟量输出信号板允许使用模拟量输出。

这为用户提供了下列优势：

• 佳适应性：
  在空间有限的情况下，或只需要少数附加输入/输出的情况下，可以使用信号板。通过信号板可以对 S7-1200 CPU 进行模块化扩展。这不会增加控制器所需的安装空间。
• 传感器和执行器的直接连接
  高达 14 位的分辨率和不同的输出范围允许在没有附加放大器的情况下连接执行器。
• 灵活性：
  如果任务后续有所扩展，可以升级控制器。更新用户程序非常简单。

SM 1234 模拟量输入/输出允许使用模拟量输入/输出。

这为用户提供了下列优势：

• 佳适应性：
  使用模拟和数字扩展模块，用户可以使其控制器佳地满足更加复杂的任务要求
• 传感器和执行器的直接连接
  高达 14 位的分辨率加符号位和不同的输入/输出范围允许在没有附加放大器的情况下连接传感器和执行器
• 灵活性：
  如果任务后续有所扩展，可以升级控制器。更新用户程序非常简单。

热电偶模块 SM 1231 的结构特点和其他 S7-1200 系列模块的相同：

• 安装在 DIN 导轨上：
  将模块卡装到 CPU 右侧的导轨上，互相连接以后再通过集成背板总线连接到 CPU 12xx。
• 直接安装：
  通过钻孔，可将模块直接螺栓安装到墙壁上。在易受剧烈振动的场合建议采用这种安装方式。
• 热电偶：
  可以使用 4 种类型的 J、K、T、E、R、S 和 N 型热电偶。无需放大器即可直接连接到模块上。
• 安装位置：
  为了实现大的测量和重复精度，应将热电偶模块安装在温度变化较小的位置。

S7-200数据长度和数值范围

S7-200 寻址时，可以使用不同的数据长度。不同的数据长度表示的数值范围不同。S7-200 指令也分别需要不同的数据长度。

    S7-200系列在存储单元所存放的数据类型有布尔型( BOOL)、整数型( INT )、实数型和字符串型四种。数据长度和数值范围如表6所列。

表1   数据长度和数值范围

● 实数的格式

    实数（浮点数）由32位单精度数表示，其格式按照ANSI/IEEE 754-1985标准中所描述的形式。实数按照双字长度来存取。对于S7-200来说，浮点数精确到小数点后第六位。因而当使用一个浮点数常数时，多可以指定到小数点后第六位。
● 实数运算的精度
    在计算中涉及到非常大和非常小的数，则有可能导致计算结果不精确。 
● 字符串的格式
    字符串指的是一系列字符，每个字符以字节的形式存储。字符串的第一个字节定义了字符串的长度，也就是字符的个数。一个字符串的长度可以是0到254个字符，再加上长度字节，一个字符串的大长度为255个字节。而一个字符串常量的大长度为126字节。
● 布尔型数据（0或1）。 
● S7-200CPU不支持数据类型检测
    例如：可以在加法指令中使用VW100中的值作为有符号整数，同时也可以在异或指令中将VW100中的数据当作无符号的二进制数。
● S7-200提供各种变换指令，使用户能方便地进行数据制式及表达方式的变换。

6FX2007-1AE14电缆

ET 200S 的中央处理单元和 I/O 模块

适用于 ET 200S 的标准型 CPU：

• IM 151-7 CPU
• IM 151-8 PN/DP CPU

适用于 ET 200S 的故障安全型 CPU：

• IM 151-7 F-CPU
• IM 151-8 F PN/DP CPU

SIMATIC ET 200S 标准型 CPU：

• SIMATIC IM 151-7 CPU
• SIMATIC IM 151-8 PN/DP CPU
• IM 151 CPU 接口模块的主接口模块
• SIPLUS 型号

• 这是带有集成 S7-CPU 314 的接口模块，用于 SIMATIC ET 200S 分布式系统
• 用于 ET 200S 中的高性能控制解决方案
• 提高设备和机械的系统使用率。
• 通过 PROFIBUS DP编程
• 特点是采用了新型的SIMATIC微型存储器卡(MMC)
• 集成的12Mbit/sPROFIBUS DP从站/MPI接口
• 根据CPU S7-314集成的CPU
• 提供有IM 151-7 FO
• 可以使用带有故障保护功能的接口模块IM 151-7 F-CPU PROFIsafe
• 也可以使用，因为 IM 151-8(F) PN/DP CPU 带有 PROFINET 接口

IM 151-7 CPU接口模块可以用于具有中等程序空间的分布式自动化系统。 这一接口模块支持过程数据的就地分散处理，并作为PROFIBUS DP 系统的从站，与主站进行通讯。这样做有以下几个优点：

• 减少中央控制器的负载
• 缩短对现场重要信号的响应时间
• 由于数据量较小,减轻了总线系统的负担
• 由于各个单元预先进行了测试和并行调试, 调试过程非常快
• 由于自带机械装置,增加了可用性和灵活性
• 配置情况一目了然

在 DP 主站出现故障的情况下, 接口模块 IM 151-7 CPU 仍然自动地继续运行。

ET 200S分布式 I/O 系统和 IM151-7 CPU 模块进行精细的模块化设计, 因此, 具有智能化从站优点的各个站的结构可以按功能来定向。

• 通过点对点的链接，通讯模板用于数据交换
• 用于连接至 PROFIBUS 的通信模块
• 用于连接至工业以太网的通信模块

可通过通信模块与外部通信伙伴连接以交换数据。由于有大量参数设置选项，可以针对通信伙伴灵活调整控制。
Modbus RTU 主站可为多 30 个 Modbus 从站创建一个 Modbus RTU 网络。

可为您提供下列通讯模板：

• CM PtP RS232 BA；
  带有 RS232 接口的通信模块，适用于协议 Freeport、3964(R) 和 USS；9 针 Sub D 连接器，高 19.2 Kbit/s，1 KB 帧长度，2 KB 接收缓冲区
• CM PtP RS232 HF；
  带有 RS232 接口的通信模块，适用于协议 Freeport、3964(R) 和 Modbus RTU；9 针 Sub D 连接器，高 115.2 Kbit/s，4 KB 帧长度，8 KB 接收缓冲区
• CM PtP RS422/485 BA；
  带有 RS422 和 RS485 接口的通信模块，适用于协议 Freeport、3964(R) 和 USS；15 针 Sub D 插座，高 19.2 Kbit/s，1 KB 帧长度，2 KB 接收缓冲区
• CM PtP RS422/485 HF；
  带有 RS422 和 RS485 接口的通信模块，适用于协议 Freeport、3964(R)、USS 和 Modbus RTU；15 针 Sub D 插座，高 115.2 Kbit/s，4 KB 帧长度，8 KB 接收缓冲区

• 统一的显示和诊断方式：
  • 故障（红色 LED）和运行（绿色 LED）模块状态显示
  • 发送和接收通信显示
• 支持的协议：
  • Freeport：适用于通用通信的用户可设置报文格式
  • 3964(R) 可提高传输可靠性
  • Modbus RTU 主站
  • Modbus RTU 从站
  • USS，通过指令实现
• 接口性质：
  • RS 232 带辅助信号
  • RS 422 用于全双工连接
  • RS 485 用于半双工和多点连接
  • 传输速率为 300 - 115200 bit/s
  • 通过 Sub D 连接器进行连接
• SIMATIC ET 200MP 的统一系统功能：
  • 识别和维护数据 IM0
  • 固件更新
  • 模块正面的清晰标签

S7-200系列PLC编程器的使用示例

Siemens编程器S7-200系列用在中小型设备上的自动系统的控制单元，适用于各行各业，各种场合中的检测，监测及控制。
   在这里，和大家一起来讨论S7-200几个使用方面的情况。
 1.步进，伺服脉冲定位控制。
  在设备的控制系统中，有关运动控制是很重要的，下面我们来看一看西门子S7-200系列PLC怎样来实现这   个功能。
  首先，确定使用哪个端口来发脉冲，如采用Q0.0发脉冲，则它的控制字为SMB67，脉冲同期为SMW68，脉   冲个数存放在SMD72中，
  
  下面是控制字节的说明： 
Q0.0 Q0.1 控制字节说明 
 SM67.0  SM77.0  PTO/PWM更新周期值 0=不更新，1=更新周期值 
 SM67.1  SM77.1  PWM更新脉冲宽度值 0=不更新，1=脉冲宽度值 
 SM67.2  SM77.2  PTO更新脉冲数 0=不更新，1=更新脉冲数 
 SM67.3  SM77.3  PTO/PWM时间基准选择 0=1微秒值，1=1毫秒值 
 SM67.4  SM77.4  PWM更新方法 0=异步更新，1=同步更新 
 SM67.5  SM77.5  PTO操作 0=单段操作，1=多段操作 
 SM67.6  SM77.6  PTO/PWM模式选择 0=选择PTO，1=选择PWM 
 SM67.7  SM77.7  PTO/PWM允许 0=禁止PTO/PWM，1=允许 
  这样根据以上表格，我们得出Q0.0控制字：SMB67为：10000101
采用PTO输出，微妙级周期，发脉冲的周期（也就是频率）与脉冲个数都要重新输入。10000101转化为  16进制 为85，有了控制字以后，我们来写这一段程序：

根据上面这段程序，我们知道了控制字的使用，同时也知道步进电机的脉冲周期与冲个数的存放位置（对  Q0.0来说是SMW68与SMD72）。当然，VW100与VD102内的数据不同的话，步进电机的转速和转动圈数就不一样。
   还有一点需要说明得是：M0.0导通---PLC捕捉到上升沿发动脉冲输出后，想停止的话，只须改变端口脉冲的 控制字，再启动PLS即可，程序如下：

2.高速计数功能。
   西门子S7-200系列PLC具有高速计数的功能；举一例子来谈谈高速计数的用途，我们采用普通电机来带动丝杆转动，我们想控制转动距离，怎么来解决这个问题？那么我们可在电机另一头与一编码器联接，电机转一圈，编码器也随之转一圈，同时根据规格发出不同的脉冲数。当然，这些脉冲数的频率比较高，PLC不能用普通的上升沿计数来取得这些脉冲，只能通过高速计数功能了。
   启动高速计数功能，也要具有控制字 
HSCO HSC1 描述 
 SM37.0  SM47.0  复位有效电平控制位 0=高电平有效， 1=低电平有效 
 SM37.1  SM47.1  启动有效电平控制位于 0=高电平有效， 1=低电平有效 
 SM37.2  SM47.2  正交计数器速率选择 0=4X计数率， 1=1X计数率 
 SM37.3  SM47.3  计数方向控制位 0=减计数， 1=正计数 
 SM37.4  SM47.4  向HSC中写入计数方向 0=不更新， 1=更新计数方向 
 SM37.5  SM47.5  向HSC中写入预置值 0=不更新， 1=更新预置值 
 SM37.6  SM47.6  向HSC中写入当前值 0=不更新， 1=更新当前值 
 SM37.7  SM47.7  HSC允许 0=禁止HSC， 1=允许HSC 

  参照上面的表格，我们选择HSC1高速计数器，控制字为SMB47，现在我们启动高速计数器HSC1，选择为增计数，更新计数方向，重新设置值，更新当前值：这样的话，HSC1的启动控制高为：11111000转化为16进制为 F8，将启动计数器时当前值存放在SMD48中，将预存置放在SMD52中，具体的程序 如下：

同样的，如果计数器在工作状态下想停止计数器，也必须改变它的控制字后，启动HSC具体程序 如下：

３． PID回路控制功能。
  西门子S7-200系列PLC的PID控制相当的简单，可以通过micro/win软件的一个向导程序，按照提示,一步一步执行您所要求PID控制的属性即可，在这里谈一谈PID这三个参数的具体意义：P为增益项，Ｐ越大，响应起就快，在调节流量阀时：设定流量为50%，当目前流量接近50%，刚超过，如果P值很大的话，那么流量阀会马上会关闭，而不会控制在某一区域。这就是增益项太大引起。在调节的过程中应该先将P值调节比较适当了，再去调节I值，它为积分项，是在控制器回路中控制对当前值与设定值相等的偏差范围。D为微分项，主要作用是避免给定值的微分作用而引起的跳变。
  在现场的PID参数的调整过程中，针对西门子S7-200型PLC我的建议是在不同的控制阶段，采用不同的PID参数组，具体而言就是当目前距离设定值差距较大时，采用P值较大的一套PID参数，如果当前值快接近设定值范围时，采用P值较小的一套PID参数。