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西門子 6ES7195-7HA00-0XA0    西門子 6ES7195-7HA00-0XA0   西門子 6ES7195-7HA00-0XA0  

SIMATIC DP，總線模塊，用于 ET200M 用于安裝一個(gè) SV 和一個(gè) IM153，用于牽拉和 插接功能，在 Run 運(yùn)行過程中 包括總線模塊蓋板

長(zhǎng)沙玥勵(lì)自動(dòng)化設(shè)備有限公司（西門子系統(tǒng)集成商）長(zhǎng)期銷售西門子S7-200/300/400/1200PLC、數(shù)控系統(tǒng)、變頻器、人機(jī)界面、觸摸屏、伺服、電機(jī)、西門子電纜等，并可提供西門子維修服務(wù)，歡迎來(lái)電垂詢 

. 概述

西門子驅(qū)動(dòng)裝置（SIMOVERT MasterDrives VC，MicroMaster 4 以及SIMOREG DC Master）除了具有與驅(qū)動(dòng)基本應(yīng)用有關(guān)的功能外，還具有強(qiáng)大的通訊功能。驅(qū)動(dòng)通訊可以分為三種方式：

? PROFIBUS DP協(xié)議
? USS協(xié)議
? SIMOLINK協(xié)議（一般用來(lái)代替Peer to Peer協(xié)議，實(shí)現(xiàn)從站到從站的通訊）

PROFIBUS DP和USS協(xié)議屬于主/從通訊，需要有PLC作為主站，驅(qū)動(dòng)裝置作為從站。

USS協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)是，其接口集成在基本裝置中，不需要額外費(fèi)用；主要缺點(diǎn)是通訊速度慢，只有基本通訊功能（PKW+PZD），最多31個(gè)從站。

PROFIBUS DP協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)是，通訊速度快，除了基本功能之外還有一些附加功能（例如：非循環(huán)通訊，交叉通訊），站點(diǎn)數(shù)更多；主要缺點(diǎn)是需要另外購(gòu)買作為選件的通訊模板（例如：CBP2或PROFIBUS模板）。

SIMOLINK協(xié)議（代替Peer to Peer協(xié)議）主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)裝置之間的通訊。SIMOLINK協(xié)議也可以是主/從通訊，主站是S7-400（FM458+EXM448）或SIMADYN D。

這里我們主要介紹S7 PLC與驅(qū)動(dòng)裝置采用PROFIBUS DP協(xié)議進(jìn)行通訊。
采用PROFIBUS DP協(xié)議通訊時(shí)，既可以利用STEP 7本身提供的功能，也可以使用TIA軟件Drive ES。

本文檔只介紹STEP 7本身提供的功能。有關(guān)Drive ES的功能將根據(jù)需要在以后的文檔中再做介紹。

（關(guān)于 DriveES，可以參加西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)培訓(xùn)中心的培訓(xùn)課程D2403）

2. 必備條件

下面以S7-300 PLC與MasterDrives CUVC變頻器的通訊為例：

主站：S7-300 CPU315-2DP可編程序控制器
從站：MasterDrives CUVC變頻器 + CBP2 通訊模板
編程裝置：PC + STEP 7 V5.4 + MPI接口（MPI Adapter 或CP5611卡）

裝有STEP 7 V5.4 的PC機(jī)用于S7 CPU315-2DP的硬件組態(tài)與編程，通過MPI電纜與CPU315-2DP的MPI接口連接，用于硬件組態(tài)數(shù)據(jù)及程序的下載。CPU315-2DP的DP接口通過PROBIBUS 電纜與CUVC 變頻器的CBP2 上的DP 接口連接，用于S7-300 與變頻器的通訊。

網(wǎng)絡(luò)連接如圖1 所示。

圖1：PC機(jī)、CPU315-2DP 與驅(qū)動(dòng)裝置的連接

3. 硬件組態(tài)

3.1. 新建項(xiàng)目
在SIMATIC Manager 中新建一個(gè)項(xiàng)目，名稱為Drives_Comm。如圖2 所示。

圖2：新建項(xiàng)目，名稱為Drives_Comm

3.2. 插入一個(gè)S7-300 主站
在項(xiàng)目名稱Drives_Comm 下插入SIMATIC 300 Station，如圖3 所示。

圖3：在項(xiàng)目下插入一個(gè)S7-300 站

接下來(lái)對(duì)該站進(jìn)行硬件組態(tài)：從硬件組態(tài)目錄中依次插入機(jī)架、電源、CPU，設(shè)置CPU上PROFIBUS DP 接口的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（可采用缺省設(shè)置，即：地址2，最高地址126，波特率1.5 Mbps，協(xié)議DP）。如圖4 所示。

圖4：設(shè)置CPU 上PROFIBUS DP 接口的參數(shù)

按OK 鍵確認(rèn)后得到主站的組態(tài)結(jié)果，如圖5所示。

圖5：主站的組態(tài)

3.3 插入一個(gè)MASTERDRIVE 從站
在PROFIBUS(1): DP master system (1) 總線上掛上MasterDrives 從站。

從站路徑為：PROFIBUS DP >
                        SIMOVERT >
                        MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx                 或
                        MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1

MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 與MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 的區(qū)別是，前者只能按照PPO 類型選擇報(bào)文結(jié)構(gòu)（即CBP 功能：循環(huán)通訊），后者還能選擇更多的報(bào)文結(jié)構(gòu)，以配合CBP2 的一些擴(kuò)展功能（DPV1功能）。

（關(guān)于CBP2 模板的報(bào)文結(jié)構(gòu)參見下面第7 部分）
（關(guān)于MM4 PROFIBUS 模板的報(bào)文結(jié)構(gòu)參見下面第8 部分）

選擇MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作為從站，地址設(shè)成3。如圖6 所示。

圖6：選擇MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作為3 號(hào)站

3.4. 在從站中插入“模板”
在驅(qū)動(dòng)裝置從站中插入類似于ET 200M 從站中的模板，以確定報(bào)文結(jié)構(gòu)。
將右邊窗口硬件目錄中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）。該選項(xiàng)共占兩行。意思是：PPO類型3，即：0個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)（又叫PKW），2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)（又叫PZD）。參數(shù)數(shù)據(jù)用于PLC 讀/寫變頻器的參數(shù)，過程數(shù)據(jù)用于PLC 控制和監(jiān)視生產(chǎn)過程。0 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)表示PLC 不能讀/寫驅(qū)動(dòng)裝置的參數(shù)，參數(shù)數(shù)據(jù)也不占用S7 的外設(shè)地址；2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)表示PLC 和驅(qū)動(dòng)裝置交換2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，各占用S7-300 PLC 四個(gè)字節(jié)的外設(shè)地址。地址范圍是輸入字節(jié)256 - 259，輸出字節(jié)256 -259。如圖7 所示。

通常S7 傳送到驅(qū)動(dòng)裝置的第1 個(gè)字是控制字，第2 個(gè)字是頻率設(shè)定值；驅(qū)動(dòng)裝置傳送到S7的第1 個(gè)字是狀態(tài)字，第2 個(gè)字是頻率實(shí)際值。這是最簡(jiǎn)單的應(yīng)用。

(關(guān)于CBP2 模板的其他選項(xiàng)的含義參見下面第7 部分)
(關(guān)于MM4 PROFIBUS 模板選項(xiàng)的含義參見下面第8 部分)

圖7：驅(qū)動(dòng)裝置的輸入/輸出地址

3.5 查看從站中“模板”的屬性
雙擊左下窗口中的第二行（Slot 2），打開其屬性。如圖8 所示。

圖8：驅(qū)動(dòng)裝置的輸入/輸出地址的屬性

屬性中給出驅(qū)動(dòng)裝置占用S7-300 PLC 外設(shè)地址的情況，包括：輸出/輸入地址，長(zhǎng)度，單位，連續(xù)性范圍。這里除了地址之外，其他屬性都是由PPO3 決定的，只能讀，不能改寫。

當(dāng)字長(zhǎng)不大于 2 或選擇“以字為單位傳送”時(shí)：用 MOVE 指令（L/T 指令）編程
當(dāng)字長(zhǎng)大于 2 且選擇“所有字一起傳送”時(shí)：用 SFC14/15 編程

4. 編程

根據(jù)前面的組態(tài)，由于輸入/輸出各占四個(gè)字節(jié)，可以使用兩次MOVE 指令（L/T 指令）。由于程序簡(jiǎn)單，程序可以直接編寫在OB1 中。數(shù)據(jù)從MB0 - MB3（即：MW0和MW2）寫入驅(qū)動(dòng)裝置，從驅(qū)動(dòng)裝置讀回的數(shù)據(jù)放入MB4 - MB7（即：MW4和MW6）。如圖9所示。

圖9：PLC程序

傳送到驅(qū)動(dòng)裝置的第1 個(gè)字（MW0）是控制字（控制指令）：
當(dāng) MW0 = 0000 0100 0000 0000 B = 0400 H 時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置處于運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)；
當(dāng) MW0 = 0000 0100 0000 0001 B = 0401 H 時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)1）

1） 相應(yīng)于第5部分參數(shù)設(shè)置，PLC 只控制驅(qū)動(dòng)裝置起/停。若要傳送所有指令應(yīng)設(shè)置：
MW0 = 1001 1100 0111 1110 B（9C7EH）<-> 運(yùn)行準(zhǔn)備
MW0 = 1001 1100 0111 1111 B（9C7FH）<-> 運(yùn)行
同時(shí)設(shè)置：P555~P575 = 3101~3115

傳送到驅(qū)動(dòng)裝置的第2 個(gè)字（MW2）是頻率設(shè)定值：
當(dāng)MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D 時(shí)，相當(dāng)于50Hz。

5. 參數(shù)設(shè)置

在驅(qū)動(dòng)裝置側(cè)，驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)處于可以運(yùn)行的狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)與PLC 之間的通訊，以及從PLC 接收起/停指令和設(shè)定值，向PLC 傳送狀態(tài)字（驅(qū)動(dòng)裝置狀態(tài)）和實(shí)際值，應(yīng)如下更改參數(shù)：

參數(shù)設(shè)置可以通過操作面板PMU，也可以通過DriveMonitor 軟件進(jìn)行。

6. 測(cè)試

啟動(dòng)STEP 7的Monitor/Modify Variables 功能，填寫變量。如圖10 所示。

圖10：用監(jiān)視和修改變量功能控制驅(qū)動(dòng)裝置起動(dòng)和調(diào)速

當(dāng)控制字（Control Word1）為W#16#0400 時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)顯示O009，表示運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)。將控制字從W#16#0400 改成W#16#0401 時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置起動(dòng)。除了狀態(tài)字（Status Word1）會(huì)發(fā)生變化外，速度實(shí)際值（Actual Value）也會(huì)逐漸上升，上升速度取決于參數(shù)P462.01 的數(shù)值，最后達(dá)到W#16#4000（50Hz）。狀態(tài)字的含義如圖11 所示。其中Bit 2 表示運(yùn)行狀態(tài)。將控制字改回W#16#0400 時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置首先減速，減速時(shí)間取決于P464.01 的數(shù)值，然后停止運(yùn)行。

驅(qū)動(dòng)裝置起動(dòng)后可以通過更改MW2 的數(shù)值更改速度。對(duì)應(yīng)關(guān)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 為整型，數(shù)值與頻率之間是線性關(guān)系。負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼表示，對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn)。

圖11：MasterDrives 驅(qū)動(dòng)裝置的狀態(tài)字的含義

7. CBP2的其他選項(xiàng)

在“3.3. 插入一個(gè) MASTERDRIVES 從站”和“3.4. 在從站中插入模板”章節(jié)中我們看到，除了 PPO 類型選項(xiàng)外硬件組態(tài)目錄中還有其他選項(xiàng)。如圖 12 所示。

圖12：硬件組態(tài)目錄中 MasterDrives 驅(qū)動(dòng)裝置的選項(xiàng)

首先，我們也可以選擇 MASTERDRIVES CBP 和 MASTERDRIVES CBP2 文件夾中的選項(xiàng)（參見圖12）。這兩個(gè)選項(xiàng)是隨著 Drive ES 軟件一起安裝的，有關(guān) Drive ES 的功能將根據(jù)需要在以后的文檔中再做介紹。

（關(guān)于 DriveES，可以參加西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)培訓(xùn)中心的培訓(xùn)課程D2403）

其次，MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 中的選項(xiàng)基本包括MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 中的選項(xiàng)。事實(shí)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，即參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象。它規(guī)定了 PLC 與驅(qū)動(dòng)裝置通訊時(shí)報(bào)文中有效數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，符合 PROFIBUS 補(bǔ)充協(xié)議“variable-speed drives profile”。共有 PPO1 - PPO5 五種類型，如圖 13 所示。

圖13：5種PPO類型

在 3.5. 節(jié)中我們?cè)榭催^ PPO3 型從站中“模板”的屬性，所有 PPO 類型從站中“模板”的連續(xù)性范圍屬性都是一樣的，均為 Total length。由于 PPO3 總共只有 2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)（PZD1 和 PZD2），所以我們?nèi)匀豢梢杂?MOVE 指令（L/T 指令）編寫程序；與此相同的還有 PPO1 中的過程數(shù)據(jù)。但如果選擇 PPO2、4、5，過程數(shù)據(jù)（PKW）分別為6 個(gè)、6 個(gè)和 10 個(gè)，則需要編寫 SFC14/15。對(duì)于 PPO1、2、5 中的參數(shù)數(shù)據(jù)（PKW）其屬性連續(xù)性范圍也為 Total length，也需要編寫 SFC14/15。

SFC14/15 為系統(tǒng)功能，其用法參見 SFC14/15 的在線幫助。

在圖 12 的硬件組態(tài)目錄中，各選項(xiàng)含義如下：

1. Std. Telegram 1: 2/2 PZD：
標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1：只有過程數(shù)據(jù)，2 個(gè)字輸出/2 個(gè)字輸入，用 MOVE 指令（L/T 指令）編程；

2. Std. Telegram 2: 4/4 PZD：
標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文 2：只有過程數(shù)據(jù)，4 個(gè)字輸出/4個(gè)字輸入，用 SFC14/15 編程；

3. PCS7 Telegram 352: 6/6 PZD：
PCS7 報(bào)文 352：只有過程數(shù)據(jù)，6 個(gè)字輸出/6 個(gè)字輸入，用于 PCS7；

4. PKW module：
PKW 模板（4 個(gè)字輸出/4 個(gè)字輸入）：用 SFC14/15 編程；

5. PPO 1: 4 PKW, 2 PZD：
PPO 1，4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用SFC14/15 編程；2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 MOVE 指令（L/T 指
令）編程；

6. PPO 2: 4 PKW, 6 PZD：
PPO 2，4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；6 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；

7. PPO 3: 0 PKW, 2 PZD：
PPO 3，沒有參數(shù)數(shù)據(jù)，2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 MOVE 指令（L/T 指令）編程；

8. PPO 4: 0 PKW, 6 PZD：
PPO 4，沒有參數(shù)數(shù)據(jù)，6 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；

9. PPO 5: 4 PKW, 10 PZD：
PPO 5，4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；10 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；

8. MM4 PROFIBUS模板的選項(xiàng)

MM420/430/440 變頻器通過 PROFIBUS 模板實(shí)現(xiàn) PROFIBUS-DP 通訊。PROFIBUS 模板與 CBP2 模板一樣，既有基本功能（循環(huán)通訊），也有擴(kuò)展功能（DPV1功能）。MM4 PROFIBUS 模板的選項(xiàng)如圖 14 所示。前半段適合所有 3 種變頻器，后半段僅適合 MM430 和 MM440。

圖14：硬件組態(tài)目錄中 MICROMASTER 4 驅(qū)動(dòng)裝置的選項(xiàng)

在圖 14 的硬件組態(tài)目錄中，各選項(xiàng)含義如下：

1. Standard Telegram 1：
標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文 1：2 個(gè)字輸出/2 個(gè)字輸入，用 MOVE 指令（L/T 指令）編程；

2. 4 PKW，2 PZD （PPO 1）：
PPO 1，4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 MOVE 指令
（L/T 指令）編程；

3. 0 PKW，2 PZD （PPO 3）：
PPO 3，沒有參數(shù)數(shù)據(jù)，2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 MOVE 指令（L/T 指令）編程；

4. 4 PKW，4 PZD whole cons.：
4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；4 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，整體連續(xù)，用 SFC14 /15 編程；

5. 4 PKW，4 PZD word cons.：
4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；4 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，字連續(xù)，用 MOVE 指令編程；

6. 0 PKW，4 PZD whole cons.：
沒有參數(shù)數(shù)據(jù)；4 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，整體連續(xù)，用 SFC14 /15 編程；

7. 0 PKW，4 PZD word cons.：
沒有參數(shù)數(shù)據(jù)；4 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，字連續(xù)，用 MOVE 指令（L/T 指令）編程；

-- MM430/440 only：PZD > 4 -- 僅對(duì) MM430/440：PZD 大于 4 個(gè)字

8. 4 PKW，6 PZD （PPO 2）：
PPO 2，4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；6 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；

9. 4 PKW，6 PZD word cons.：
4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；6 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，字連續(xù)，用 MOVE 指令編程；

10. 0 PKW，6 PZD （PPO 4）：
PPO 4，沒有參數(shù)數(shù)據(jù)；6 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；

11. 0 PKW，6 PZD word cons.：
沒有參數(shù)數(shù)據(jù)；6 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，字連續(xù)，用 MOVE 指令（L/T 指令）編程；

12. 4 PKW，8 PZD whole cons.：
4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；8 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，整體連續(xù)，用 SFC14 /15 編程；

13. 4 PKW，8 PZD word cons.：
4 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)，用 SFC14/15 編程；8 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，字連續(xù)，用 MOVE 指令（L/T 指
令）編程；

14. 0 PKW，8 PZD whole cons.：
沒有參數(shù)數(shù)據(jù)；8 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，整體連續(xù)，用 SFC14/15 編程；

15. 0 PKW，8 PZD word cons.：
沒有參數(shù)數(shù)據(jù)；8 個(gè)字過程數(shù)據(jù)，字連續(xù)，用 MOVE 指令（L/T 指令）編程；

參數(shù)設(shè)置可以通過操作面板BOP/AOP，也可以通過 Starter 軟件進(jìn)行。

附加說(shuō)明：

今后的發(fā)展趨勢(shì)是取消 PPO 類型，代之以標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文或自由組態(tài)。因?yàn)樵?PPO 類型中不論是過程數(shù)據(jù)還是參數(shù)數(shù)據(jù)都采用循環(huán)方式傳送。而參數(shù)數(shù)據(jù)是不需要采用循環(huán)方式訪問的。

參數(shù)數(shù)據(jù)可以采用非循環(huán)方式訪問（DPV1功能）。CBP2 模板和 MM4 PROFIBUS 模板既支持循環(huán)方式訪問又支持非循環(huán)方式訪問。非循環(huán)訪問不需要組態(tài)，用 SFC58/59以讀/寫數(shù)據(jù)包的形式讀/寫參數(shù)。也可以調(diào)用 Drive ES SIMATIC 中的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，而且可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，比如：同時(shí)讀取或改寫多個(gè)參數(shù)，甚至在 CPU 的 DB 塊中對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的所有參數(shù)進(jìn)行備份。新一代驅(qū)動(dòng)裝置 SINAMICS 只支持參數(shù)數(shù)據(jù)的非循環(huán)訪問。

提示：CBP2 模板和 MM4 PROFIBUS 模板的一些擴(kuò)展功能需要借助 Drive ES 軟件實(shí)現(xiàn)。

附：

Drive ES軟件的訂貨號(hào)：

Drive ES Basic V5.4 訂貨號(hào)：6SW1700-5JA00-4AA0
Drive ES SIMATIC V5.4 訂貨號(hào)：6SW1700-5JC00-4AA0

.液壓伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介
液壓伺服系統(tǒng)以其響應(yīng)速度快（相對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)）、負(fù)載剛度大、控制功率大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。而電液伺服系統(tǒng)是通過使用電液伺服閥，將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)了一些重型機(jī)械設(shè)備的伺服控制。

1.1 液壓伺服系統(tǒng)的組成
液壓伺服系統(tǒng)主要由以下幾部分組成（如圖 1）：

• 儲(chǔ)油缸
• 油泵
• 比例換向閥
• 液壓缸
• 測(cè)量反饋系統(tǒng)
• 控制系統(tǒng)

圖1. 液壓伺服系統(tǒng)

使用TCPU控制液壓伺服系統(tǒng)時(shí)，TCPU就是該系統(tǒng)中的控制器；TCPU可以通過脈沖或者模擬量輸出來(lái)控制比例換向閥的開度和方向從而控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向和速度；測(cè)量反饋系統(tǒng)可以由設(shè)備編碼器或者模擬量信號(hào)通過IM174接口模板或模擬量輸入模板將信號(hào)反饋給TCPU。

1.2 液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)區(qū)別
控制電氣伺服系統(tǒng)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)（通常為伺服電機(jī)）能夠根據(jù)速度給定改變運(yùn)行速度，響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)特性好，給定與輸出之間呈線性比例關(guān)系；而液壓伺服系統(tǒng)由其液壓油的物理特性決定了其響應(yīng)速度和動(dòng)態(tài)特性都較低，而且在液壓伺服系統(tǒng)啟動(dòng)、停止以及換向時(shí)都會(huì)出現(xiàn)大滯后性，這樣就導(dǎo)致輸出給定與執(zhí)行速度之間的關(guān)系并不是線形的（如圖 2），這樣，一旦我們還以控制線性電氣軸的模型來(lái)控制非線性液壓軸時(shí)，速度會(huì)非常不穩(wěn)定，而且位置閉環(huán)會(huì)不停的修正由速度不穩(wěn)定所帶來(lái)的位置偏差，這時(shí)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會(huì)來(lái)回跳動(dòng)或者抖動(dòng)，造成定位誤差大甚至損壞機(jī)械設(shè)備。所以我們?cè)诳刂埔簤核欧到y(tǒng)時(shí)就應(yīng)該先了解該系統(tǒng)的給定與輸出之間的關(guān)系，確定補(bǔ)償曲線來(lái)保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行。

圖 2. 給定與實(shí)際速度的關(guān)系

在 TCPU 中，補(bǔ)償曲線可以由多種方法來(lái)確定，例如 S7T Config 中的 Trace 工具，根據(jù)輸出不同的給定值和實(shí)際的速度值來(lái)確定差補(bǔ)點(diǎn)，將差補(bǔ)點(diǎn)的值以表格的方式添入到 Cam Disk （凸輪盤）中。
本文主要介紹使用自動(dòng)獲得補(bǔ)償曲線功能塊 FB 520“GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”來(lái)確定差補(bǔ)曲線。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟硬件要求

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的給定和反饋均使用高性能ET200M帶AI/AO模板來(lái)實(shí)現(xiàn)（如圖 3）：

圖 3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 硬件及軟件要求

表 1. 硬件及軟件要求

3.項(xiàng)目配置過程：

3.1 硬件組態(tài)
在 SIMATIC 管理器中創(chuàng)建新的項(xiàng)目并添加一個(gè) SIMATIC 300 站點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際硬件配置硬件組態(tài)，本例中使用模擬量輸入輸出作為給定和反饋信號(hào)。組態(tài)模擬量輸入輸出并分配 I/O 地址(圖 4)；

圖 4. 硬件組態(tài)

3.2 在 S7T Config 中配置液壓軸
在 S7T Config 的瀏覽器中，雙擊“插入軸”(Insert axis)（圖 5）

圖 5. 插入液壓軸

在“常規(guī)”(General) 選項(xiàng)卡中，選擇“速度控制”(Speed control) 和“定位”(Positioning) 控制然后打開軸向?qū)В?br /> 在軸類型話框中，選擇“液壓”(Hydraulic) 軸類型。 將閥類型定義為“Q 閥”(Q valve)（圖 6）。

圖 6. 選擇軸的類型

配置完液壓軸的物理單位及模度后，進(jìn)入到輸入輸出的配置界面，并選擇其輸出方式模擬量輸出模板（圖7 ）；

圖 7. 選擇輸出方式

選擇輸出設(shè)備為模擬量輸出模塊，填入相應(yīng)參數(shù):

• Output:模擬量輸出地址
• Format:ET200M/ET200S選擇Left-justified
• Resolution:模擬量模板的輸出精度（不含符號(hào)位）

點(diǎn)擊繼續(xù)進(jìn)入到位置反饋參數(shù)界面，填入使用的模擬量輸入的地址（圖 8）：

圖 8. 選擇反饋方式

點(diǎn)擊繼續(xù)，進(jìn)入到位置反饋參數(shù)分配界面（圖 9）：

圖 9. 反饋參數(shù)分配

相關(guān)輸入?yún)?shù)：

• Factor/Offset:輸入系數(shù)及偏置
• Usable bits: 模擬量模板的輸入精度（不含符號(hào)位）
• Minimum value:輸入的最小值
• Maximum value:輸入的最大值

分配完所有參數(shù)，單擊“完成”(Finish) 退出軸組態(tài)對(duì)話框。

3.3 建立補(bǔ)償曲線凸輪盤
根據(jù)前文所提到的，液壓伺服系統(tǒng)需要確定一條補(bǔ)償曲線來(lái)線性化輸出變量與液壓軸速度之間的關(guān)系。在 TCPU 中通過使用凸輪盤（Cam Disk）工藝對(duì)象來(lái)確定補(bǔ)償曲線，液壓伺服軸的補(bǔ)償曲線反映了液壓比例閥輸出給定與液壓軸速度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于本文使用功能塊 FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData” 來(lái)自動(dòng)獲得補(bǔ)償曲線，所以需要建立兩個(gè)凸輪盤（Cam Disk）來(lái)確定補(bǔ)償曲線。其中第一個(gè)凸輪盤是用來(lái)測(cè)量、尋找補(bǔ)償點(diǎn)，而測(cè)量后的結(jié)果會(huì)寫入到另外一個(gè)凸輪盤，這個(gè)被寫入的凸輪盤也就是當(dāng)前液壓伺服系統(tǒng)的最終補(bǔ)償曲線。
在 CAMS 下面建立兩個(gè)凸輪盤，分別取名為：Cam_Profile 與 Cam_Reference，并填入兩個(gè)差補(bǔ)點(diǎn)描繪一條輸出給定與執(zhí)行速度間的參考關(guān)系曲線，如圖 10：

圖 10. 建立補(bǔ)償曲線凸輪盤

做好以上工作后，將 S7T-Config 存盤編譯，并將組態(tài)好的軸和凸輪盤等工藝對(duì)象生成相應(yīng)的工藝對(duì)象數(shù)據(jù)塊，并下載到 TCPU。本例中工藝對(duì)象數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)為：

• Axis：DB3;
• Cam_Reference: DB4;
• Cam_Profile: DB5;

4.編寫用戶程序

4.1 使用 FB 520 和 FB 521 自動(dòng)獲得補(bǔ)償曲線
FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”兩個(gè)功能塊并沒有在 S7-Tech 庫(kù)中提供，所以需要到以下鏈接下載例子項(xiàng)目，并將項(xiàng)目中的FB520和FB521復(fù)制到自己的項(xiàng)目中來(lái)。
下載鏈接：27731588

4.2 FB 520 和 FB 521 的功能介紹

4.2.1 FB 520 “GetCharacteristics”
通過該功能塊，系統(tǒng)能夠執(zhí)行測(cè)量并得到當(dāng)前液壓系統(tǒng)的補(bǔ)償曲線，并將相應(yīng)的Cam Disk激活為當(dāng)前液壓系統(tǒng)的Profile。其內(nèi)部調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖 11：

圖 11. FB 520 結(jié)構(gòu)

4.2.2 FB 521 “WriteCamData”
該功能塊能夠?qū)y(cè)量的補(bǔ)償曲線寫入到相應(yīng)的Cam Disk中。其內(nèi)部調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖 12：

圖 12. FB 521 結(jié)構(gòu)

由這兩個(gè)功能塊的結(jié)構(gòu)圖可以看出，其內(nèi)部調(diào)用了很多S7-Tech里面的功能塊，所以需要將這些功能塊復(fù)制到當(dāng)前的項(xiàng)目中來(lái)。而且，可以看到在FB520功能塊內(nèi)部已經(jīng)調(diào)用了FB521，所以只要保證FB 521在項(xiàng)目中存在就可以了，不需要在程序中單獨(dú)調(diào)用。表 2 為FB520,FB521所使用到的S7-Tech功能塊：

表 2. 使用的 S7-Tech 功能塊

4.2.3 FB520的管腳及其定義（圖 13 及表 3）：

圖 13. FB 520 管腳定義

表 3. FB 520 管腳定義

4.3 在OB1中調(diào)用FB520（圖 14）

圖 14. 在 OB1 中調(diào)用 FB 520

使用步驟：

• 將工藝對(duì)象的 DB 號(hào)填入到相應(yīng)的管腳上；
• 通過點(diǎn)動(dòng)（Jog）管腳，將液壓軸移動(dòng)到要運(yùn)行的最初始位置；
• 在 maxDistance 管腳上填入要執(zhí)行測(cè)量的最大行程，這里建議填入的行程距離要大于正常運(yùn)行時(shí)的工作行程，但注意不要超過液壓缸的最大行程；
• 準(zhǔn)備工作就緒后，將使能位（Enable）置 1，這時(shí)液壓缸會(huì)啟動(dòng)檢測(cè)過程，可以通過狀態(tài)字（State）觀察當(dāng)前的執(zhí)行情況。
• 當(dāng)測(cè)量結(jié)束后，完成位（Done）置 1，表示測(cè)量工作已經(jīng)完成，而且測(cè)量出來(lái)的補(bǔ)償曲線已經(jīng)寫入到 Cam_Profile 凸輪盤中。

4.4 FB 520 “GetCharacteristics” 的測(cè)量原理（圖 15）

• TCPU 通過模擬量輸出將給定發(fā)送給液壓閥，并激活其動(dòng)作；
• 液壓閥開啟后，相應(yīng)流量的液壓油注入到液壓缸并推動(dòng)液壓軸運(yùn)動(dòng)；
• 液壓軸的移動(dòng)速度由位置反饋系統(tǒng)檢測(cè)并存儲(chǔ)在 TCPU 內(nèi)；

圖 15. FB 520 的測(cè)量原理

4.5 FB 520 “GetCharacteristics” 補(bǔ)償曲線的寫入過程（圖 16）：

• 當(dāng)所有位置上的測(cè)量值記錄完成后會(huì)以凸輪盤的形式存在 TCPU 中；
• 凸輪盤的坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的是閥的給定開度和液壓軸的當(dāng)前速度；
• 最后 TCPU 會(huì)執(zhí)行 FB439 MC_SetCharacteristic 將當(dāng)前凸輪盤激活為液壓軸的補(bǔ)償曲線。

圖 16. 補(bǔ)償曲線的寫入過程

4.6 FB 520 “GetCharacteristics” 執(zhí)行時(shí)的基本步驟

• 初始化 FB 520：
  生成的線性參考凸輪盤被激活，并且液壓軸被設(shè)置為閉環(huán)模式；
• 檢測(cè)液壓軸的死區(qū)：
  根據(jù) TCPU 發(fā)出的目標(biāo)給定以及液壓軸的響應(yīng)時(shí)間計(jì)算出死區(qū)；
• 由正方向開始測(cè)量補(bǔ)償曲線：
  由正方向開始，TCPU 在不同的位置上給出一系列給定速度，并根據(jù)反饋速度測(cè)量補(bǔ)償點(diǎn)，測(cè)量結(jié)束后回到初始位置；
• 由負(fù)方向開始測(cè)量補(bǔ)償曲線：
  由負(fù)方向開始，TCPU 在不同的位置上給出一系列給定速度，并根據(jù)反饋速度測(cè)量?jī)旤c(diǎn)，測(cè)量結(jié)束后回到初始位置；
• 寫入并激活測(cè)量出的補(bǔ)償曲線：
  TCPU 將測(cè)量的補(bǔ)償曲線寫入到另外一個(gè)凸輪盤，并將其激活為當(dāng)前液壓軸的最終償曲線。

4.7 FB 520 “GetCharacteristics” 的 42 種執(zhí)行狀態(tài)（圖 17）：

• 0-41：初始化
• 42-44：死區(qū)檢測(cè)
• 45-47：移動(dòng)到初始位置
• 50-101：正向檢測(cè)
• 110-111：移動(dòng)到正向最大位置
• 120-171：反向測(cè)量
• 180-181：移動(dòng)到初始位置
• 190-210：寫入并激活補(bǔ)償曲線

圖 17：FB 520 的42種執(zhí)行狀態(tài)（State）

5.執(zhí)行結(jié)果
在FB520執(zhí)行自動(dòng)檢測(cè)之后，可以通過在線的方式察看測(cè)量出來(lái)的補(bǔ)償曲線，如圖 18：