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西門子 6ES7195-7HB00-0XA0   西門子 6ES7195-7HB00-0XA0   西門子 6ES7195-7HB00-0XA0 

SIMATIC DP，總線模塊，針對 ET 200M 用于安裝兩個 40mm 寬的周邊組件 針對插拔功能

長沙玥勵自動化設備有限公司（西門子系統(tǒng)集成商）長期銷售西門子S7-200/300/400/1200PLC、數(shù)控系統(tǒng)、變頻器、人機界面、觸摸屏、伺服、電機、西門子電纜等，并可提供西門子維修服務，歡迎來電垂詢 

.液壓伺服系統(tǒng)簡介
液壓伺服系統(tǒng)以其響應速度快（相對于機械系統(tǒng)）、負載剛度大、控制功率大等獨特的優(yōu)點在工業(yè)控制中得到了廣泛的應用。而電液伺服系統(tǒng)是通過使用電液伺服閥，將小功率的電信號轉換為大功率的液壓動力，從而實現(xiàn)了一些重型機械設備的伺服控制。

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）：

• 儲油缸
• 油泵
• 比例換向閥
• 液壓缸
• 測量反饋系統(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，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控制比例換向閥的開度和方向從而控制液壓缸的運動方向和速度；測量反饋系統(tǒng)可以由設備編碼器或者模擬量信號通過IM174接口模板或模擬量輸入模板將信號反饋給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，執(zhí)行機構（通常為伺服電機）能夠根據(jù)速度給定改變運行速度，響應快，動態(tài)特性好，給定與輸出之間呈線性比例關系；而液壓伺服系統(tǒng)由其液壓油的物理特性決定了其響應速度和動態(tài)特性都較低，而且在液壓伺服系統(tǒng)啟動、停止以及換向時都會出現(xiàn)大滯后性，這樣就導致輸出給定與執(zhí)行速度之間的關系并不是線形的（如圖 2），這樣，一旦我們還以控制線性電氣軸的模型來控制非線性液壓軸時，速度會非常不穩(wěn)定，而且位置閉環(huán)會不停的修正由速度不穩(wěn)定所帶來的位置偏差，這時液壓執(zhí)行機構就會來回跳動或者抖動，造成定位誤差大甚至損壞機械設備。所以我們在控制液壓伺服系統(tǒng)時就應該先了解該系統(tǒng)的給定與輸出之間的關系，確定補償曲線來保證執(zhí)行機構平穩(wěn)運行。

圖 2. 給定與實際速度的關系

在 TCPU 中，補償曲線可以由多種方法來確定，例如 S7T Config 中的 Trace 工具，根據(jù)輸出不同的給定值和實際的速度值來確定差補點，將差補點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獲得補償曲線功能塊 FB 520“GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”來確定差補曲線。

2.系統(tǒng)結構及軟硬件要求

2.1 系統(tǒng)結構
本系統(tǒng)的給定和反饋均使用高性能ET200M帶AI/AO模板來實現(xiàn)（如圖 3）：

圖 3. 系統(tǒng)結構圖

2.2 硬件及軟件要求

表 1. 硬件及軟件要求

3.項目配置過程：

3.1 硬件組態(tài)
在 SIMATIC 管理器中創(chuàng)建新的項目并添加一個 SIMATIC 300 站點。根據(jù)實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。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) 選項卡中，選擇“速度控制”(Speed control) 和“定位”(Positioning) 控制然后打開軸向導；
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

選擇輸出設備為模擬量輸出模塊，填入相應參數(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（不含符號位）

點擊繼續(xù)進入到位置反饋參數(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

點擊繼續(xù)，進入到位置反饋參數(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)對話框。

3.3 建立補償曲線凸輪盤
根據(jù)前文所提到的，液壓伺服系統(tǒng)需要確定一條補償曲線來線性化輸出變量與液壓軸速度之間的關系。在 TCPU 中通過使用凸輪盤（Cam Disk）工藝對象來確定補償曲線，液壓伺服軸的補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應關系。由于本文使用功能塊 FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData” 來自動獲得補償曲線，所以需要建立兩個凸輪盤（Cam Disk）來確定補償曲線。其中第一個凸輪盤是用來測量、尋找補償點，而測量后的結果會寫入到另外一個凸輪盤，這個被寫入的凸輪盤也就是當前液壓伺服系統(tǒng)的最終補償曲線。
在 CAMS 下面建立兩個凸輪盤，分別取名為：Cam_Profile 與 Cam_Reference，并填入兩個差補點描繪一條輸出給定與執(zhí)行速度間的參考關系曲線，如圖 10：

圖 10. 建立補償曲線凸輪盤

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象生成相應的工藝對象數(shù)據(jù)塊，并下載到 TCPU。本例中工藝對象數(shù)據(jù)塊對應為：

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

4.編寫用戶程序

4.1 使用 FB 520 和 FB 521 自動獲得補償曲線
FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”兩個功能塊并沒有在 S7-Tech 庫中提供，所以需要到以下鏈接下載例子項目，并將項目中的FB520和FB521復制到自己的項目中來。
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)行測量并得到當前液壓系統(tǒng)的補償曲線，并將相應的Cam Disk激活為當前液壓系統(tǒng)的Profile。其內部調用結構如圖 11：

圖 11. FB 520 結構

4.2.2 FB 521 “WriteCamData”
該功能塊能夠將測量的補償曲線寫入到相應的Cam Disk中。其內部調用結構如圖 12：

圖 12. FB 521 結構

由這兩個功能塊的結構圖可以看出，其內部調用了很多S7-Tech里面的功能塊，所以需要將這些功能塊復制到當前的項目中來。而且，可以看到在FB520功能塊內部已經調用了FB521，所以只要保證FB 521在項目中存在就可以了，不需要在程序中單獨調用。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中調用FB520（圖 14）

圖 14. 在 OB1 中調用 FB 520

使用步驟：

• 將工藝對象的 DB 號填入到相應的管腳上；
• 通過點動（Jog）管腳，將液壓軸移動到要運行的最初始位置；
• 在 maxDistance 管腳上填入要執(zhí)行測量的最大行程，這里建議填入的行程距離要大于正常運行時的工作行程，但注意不要超過液壓缸的最大行程；
• 準備工作就緒后，將使能位（Enable）置 1，這時液壓缸會啟動檢測過程，可以通過狀態(tài)字（State）觀察當前的執(zhí)行情況。
• 當測量結束后，完成位（Done）置 1，表示測量工作已經完成，而且測量出來的補償曲線已經寫入到 Cam_Profile 凸輪盤中。

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

• TCPU 通過模擬量輸出將給定發(fā)送給液壓閥，并激活其動作；
• 液壓閥開啟后，相應流量的液壓油注入到液壓缸并推動液壓軸運動；
• 液壓軸的移動速度由位置反饋系統(tǒng)檢測并存儲在 TCPU 內；

圖 15. FB 520 的測量原理

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

• 當所有位置上的測量值記錄完成后會以凸輪盤的形式存在 TCPU 中；
• 凸輪盤的坐標分別對應的是閥的給定開度和液壓軸的當前速度；
• 最后 TCPU 會執(zhí)行 FB439 MC_SetCharacteristic 將當前凸輪盤激活為液壓軸的補償曲線。

圖 16. 補償曲線的寫入過程

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

• 初始化 FB 520：
  生成的線性參考凸輪盤被激活，并且液壓軸被設置為閉環(huán)模式；
• 檢測液壓軸的死區(qū)：
  根據(jù) TCPU 發(fā)出的目標給定以及液壓軸的響應時間計算出死區(qū)；
• 由正方向開始測量補償曲線：
  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)反饋速度測量補償點，測量結束后回到初始位置；
• 由負方向開始測量補償曲線：
  由負方向開始，TCPU 在不同的位置上給出一系列給定速度，并根據(jù)反饋速度測量償點，測量結束后回到初始位置；
• 寫入并激活測量出的補償曲線：
  TCPU 將測量的補償曲線寫入到另外一個凸輪盤，并將其激活為當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
• 45-47：移動到初始位置
• 50-101：正向檢測
• 110-111：移動到正向最大位置
• 120-171：反向測量
• 180-181：移動到初始位置
• 190-210：寫入并激活補償曲線

圖 17：FB 520 的42種執(zhí)行狀態(tài)（State）

5.執(zhí)行結果
在FB520執(zhí)行自動檢測之后，可以通過在線的方式察看測量出來的補償曲線，如圖 18：

 HART變量的基本概念與基本使用

1.1 簡介
HART (Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議, HART協(xié)議使用FSK技術，在4~20mA信號過程量上疊加一個頻率信號，成功的實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號雙向通訊，而不互相干擾。
HART 模擬量模塊是指除了可以提供模擬量數(shù)值外，還可以提供 HART 通訊功能的模擬量模塊。HART 模擬量模塊可以用于PROFIBUS-DP 的分布式 I/O 從站中。（使用6ES7153-2BA02-0AB0及更高版本或6ES7153-2BB02-0AB0及更高版本的接口模塊作為連接 PROFIBUS-DP 的從站接口）。

1.2 多變量讀取
在實際應用中通常用SFC58，SFC59進行數(shù)據(jù)記錄的讀寫實現(xiàn)多變量的讀取。但6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本可以使用HART變量直接進行多變量的讀取。

1.3 HART變量
基本要求：IM 153-2（6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本）和 STEP 7（V5.4 SP3 或更高版本）
地址分配：HART 模塊占用 16 個輸入/輸出字節(jié)。 如果組態(tài) HART 變量，該模塊將為每個 HART變量分配5 個字節(jié)，其中4個字節(jié)表示過程值，一個字節(jié)表示質量代碼。
HART變量數(shù)量：6ES7153-2BA02-0AB0模塊可以最多分配 8 個 HART 變量，每個通道的HART 變量不超過 4 個。 您可以在模塊的屬性對話框中為通道分配 HART 變量。
IO資源：如果使用全部 8 個 HART 變量，則 每個HART 模擬量輸入模塊總共占用 56 個輸入/輸出字節(jié)（16 個字節(jié) + 8 x 5 個字節(jié) = 56 個字節(jié)）。“無”組態(tài)不占用其它輸入字節(jié)。
組態(tài) HART 變量：可以在 STEP 7 HW Config 中分配 HART 變量。
多變量：PV，SV，TV，QV
● PV（Primary Variable，主變量）
● SV（Secundary Variable，二級變量）
● TV（Teritary Variable，三級變量）
● QV（Quatenary，四級變量）

HART變量結構：

圖1

質量代碼含義：

 表1

1.4 直接讀取HART變量的條件：
(1) IM支持這種通訊方式
(2) 模板信息中有hart variables的可以支持
(3) 儀表本身也要能支持多變量
只有在三者滿足的情況下才可以通訊成功。

接口模板是否支持直接讀取HART變量請參見下圖：
6ES7153-2BA02-0AB0:

圖2

6ES7153-2BA01-0AB0:

圖3

HART 模擬量模塊是否支持直接讀取HART變量請參見下圖：
其中6ES7331-7TF01-0AB0支持。6ES331-7TF00-0AB0不支持。

圖4

2. 工程實例

2.1 軟硬件列表

表2

2.2 HART模板接線方法：
對于6ES7331-7TF01-0AB0模板和HART儀表的接線，請參見下圖：
(1)、紅色線為 +24V，黑色線為 0V。
(2)、黃色信號線為S+，棕色信號線為S-。
在例程中使用的HART儀表為兩線制，此時需要短接10，11。如果為四線制則不需要，具體接線請參考模板手冊。

圖5

2.3 硬件組態(tài)步驟：

a. 使用Step7 v5.4 創(chuàng)建300主站項目，在硬件組態(tài)窗口依訂貨號添加背板、電源、CPU、343-1模塊。參見下圖：

圖6

b. 雙擊DP接口，添加DP網絡并定義網絡參數(shù)。參見下圖：

圖7

c. 添加訂貨號為6ES7153-2BA02-0AB0的DP從站，并定義地址為8。參見下圖：

圖8

d. 在8號從站插槽中中添加訂貨號為6ES7331-7TF01-0AB0的HART模擬量模板，并在通道4.0添加一個現(xiàn)場設備。參見下圖：

圖9

地址分配列表：例程使用了4.0通道，即PIW272

	4.0	4.1	4.2	4.3	4.4	4.5	4.6	4.7
PIW	272	274	276	278	280	282	284	286

表3

e. 雙擊HART模擬量模板，在Inputs標簽頁定義傳感器類型。參見下圖配置：

圖10

f. 在HART variables標簽頁定義HART變量，例程使用了前4個HART變量。

HART變量分配列表：
Variable 1為通道0的PV值，地址為PID288
Variable 2為通道0的SV值，地址為PID293
Variable 3為通道0的TV值，地址為PID298
Variable 4為通道0的QV值，地址為PID303
參見下圖配置：

圖11

g. 至此，組態(tài)完成，編譯保存并退出硬件組態(tài)界面。
h. 在程序塊中添加OB82、OB86、OB122冗錯塊。參見下圖：

圖12

i. 在程序塊中添加變量表，并添加通道地址以及HART變量地址。參見下圖：

圖13

j. 至此，保存項目并下載至CPU。

2.4 測試
打開變量表，在線監(jiān)控通道模擬量值(通道電流值)以及HART變量實際值。請參看下圖：

圖14

  西門子 6ES7195-7HB00-0XA0  西門子 6ES7195-7HB00-0XA0   西門子 6ES7195-7HB00-0XA0