1、w/CN/view/zh/88732803常問問題 2 月/2014 年S7-200 連接SINAMICS V90實現位置控制S7-200, SINAMICS V90,位置控制目錄CopyrightAG Error! Reference source not found. All rights1 V90 簡介3V90 的外部脈沖位置控制（PTI）介紹4控制模式選擇4數字量輸入/輸出功能4脈沖輸入通道5脈沖輸入形式6電子齒輪比設置6位置到達信號（INP）9S7-200 開環運動控制介紹103.1 S7-200 概述10w3.2 S7-200 運動控制功. 113.3 S7-200 位控向導指令1

2、2用 S7-200 和 SINAMICS V90 實現脈沖串位置控制（PTI）項目配置15使用的軟硬件15S7-200 連接 V90 驅動器的接線16PTI 方式下的 V90 配置17配置伺服電機型號17V90 的 PTI 模式參數設置174.4 S7-200 配置194.4.1 使用向導組態 S7-200 PTO 功能194.4.2 將運動指令用戶程序224.4.3 模擬運行235 參考資料2521 V90 簡介SINAMICS V90 是西門子推出的一款小型、高效便捷的伺服系統。它作為 SINAMICS的新成員，與 S7-200 S-1FL6 伺服電機完美結合，組成最佳的伺服驅動系驅動系列

3、統，實現位置控制、速度控制和扭矩控制。通過優化的設計，SINAMICS V90 確保了卓越的伺服控制性能，經濟實用、穩定可靠，能用于貼標機、包裝機、壓邊機等等伺服控制系統。伺服控制器的進線電壓為 380V480V -15%10%，功率范圍從 0.47Kw，1FL6 電機的額定轉矩范圍從 1.2733.4Nm。圖 1-1 V90 伺服驅動器以及伺服電機SINAMICS V90 可以與西門子 S7-200 配合使用，S7-200 通過輸出脈沖+方向信號控制SINAMICS V90 實現速度控制及位置控制。其特點在于可以在 S7-200 中創建多個位置軸，7-200 CPU 自帶 2 路脈沖+方向信

4、號最多連接 2 個 V90 實現定位控制；如果w位置控制軸數超過 2 個，可以通過擴展 EM253 模塊來連接數量的 V90,根據 CPU 的不同，最多可擴展 5 塊 EM253。本文介紹了 S7-200 控制 V90 實現位置控制的具體實現方法。3Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All2 V90 的外部脈沖位置控制（PTI）介紹2.1 控制模式選擇SINAMICS V90 伺服驅動支持 9 種控制模式，包括 4 種基本控制模式和 5 種復合控制模式。基本控制模

5、式只能支持單一的控制功能，復合控制模式包含兩種基本控制功能，可以通過 DI 信號在兩種基本控制功能間切換。表 2-1 V90 控制模式通過參數 P29003 選擇控制模式，參數值見表 2-2 和表 2-3 。表 2-2 基本控制模式選擇w數字量輸入DI10 的功能被固定為控制模式選擇（C-MODE）。表 2-3 復合控制模式選擇2.2 數字量輸入/輸出功能V90 集成了 10 個數字量輸入（DI1DI10）和 6 個數字量輸出（DO1DO6）端口，其中 DI9 的功能固定為急停，DI10 的功能固定為控制模式切換，其它 DI 和 DO 的功能可通過4Copyright AGError! AGE

6、rror! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All參數參數值DI10 控制模式選擇信號（C-MODE）狀態0（第一種控制模式）1（第二種控制模式）P290034外部脈沖位置控制模式（PTI）速度控制模式（S）5設定值位置控制模式（I）速度控制模式（S）6外部脈沖位置控制模式（PTI）轉矩控制模式（T）7設定值位置控制模式（I）轉矩控制模式（T）8速度控制模式（S）轉矩控制模式（T）參數參數值描述P290030(默認值)外部脈沖位置控制模式（PTI）1設定值位置控制模式（I）2速度控制模式（S）3轉矩控制模式（T）控制

7、模式縮寫基本控制模式外部脈沖位置控制模式PTI設定值位置控制模式I速度控制模式S轉矩控制模式T復合控制模式外部脈沖位置控制與速度控制切換PTI/S設定值位置控制與速度控制切換I/S外部脈沖位置控制與轉矩控制切換PTI/T設定值位置控制與轉矩控制切換I/T速度控制與轉矩控制切換S/T參數設置。DI1DI8 的功能通過參數 P29301xP29308x設置，不同的控制模式下的功能在不同下標中區分：外部脈沖位置控制模式：DI1DI8 的功能通過參數 P293010P293080設置； 設定值位置控制模式：DI1DI8 的功能通過參數P293011P293081設置；速度控制模式：DI1DI8 的功能

8、通過參數 P293012P293082設置；轉矩控制模式：DI1DI8 的功能通過參數 P293013P293083設置。DO1DO6 功能通過參數 P29330P29335 設置，不區分控制模式。DI 和 DO 默認功能設置請參考表 2-4 和表 2-5 。表 2-4 數字量輸入默認功能設置w表 2-5認功能設置功能代碼的含義請參考 SINAMICS V90 操作手冊。2.3 脈沖輸入通道SINAMICS V90 支持兩個脈沖信號輸入通道，通過 P29014 參數進行脈沖輸入通道選擇。24V 單端脈沖輸入通道，最高輸入頻率 200k Hz；5V 高速差分脈沖輸入（RS485）通道，最高輸入頻

9、率 1M Hz。注意：兩個通道不能同時使用，同時只能有一個通道被激活。5Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All2.4 脈沖輸入形式SINAMICS V90 支持兩種脈沖輸入形式 ，兩種形式都支持正邏輯和負邏輯，通過P29010 參數選擇脈沖輸入形式。AB 相脈沖，通過 A 相和 B 相脈沖的相位控制旋轉方向；脈沖+方向，通過方向信號高低電平控制旋轉方向。w圖 2-3 脈沖輸入形式2.5 電子齒輪比設置SINAMICS V90子齒輪比設置，電子齒輪比功能用來設置上

10、位發送的設定值脈沖對應的電機轉速，例如上位發送 10000 個脈沖電機轉 1 圈，負載移動 10 毫米。6Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.AllP29014=1(默認)24V 單端脈沖輸入P29014=05V 高速差分脈沖輸入圖 2-1 24V 單端脈沖輸入接線圖圖 2-2 5V 高速差分脈沖輸入接線圖圖 2-4 V90 電子齒輪比設置電子齒輪比實際是用于脈沖設定值的縮放。 通過分子和分母實現，有兩種設置方法。1.P29011=0，電子齒輪比由 P29012 和

11、 P29013 的比值確定；電子齒輪比 P29012P29013分辨率和 P29011 的比值確定：2.P290110，電子齒輪比由 編w電子齒輪比 P29011（期望計算電子齒輪比的方法：已知電機每轉所需要的脈沖數計算電子齒輪比，例如期望上位發送 5000 個脈沖電機轉 1 圈，直接設置 P29011=5000 即可；已知機械系統參數計算電子齒輪比。圖 2-5 V90 電子齒輪比計算利用如下公式計算：7Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All電子齒輪比( a )

12、 rr C PbdPLU i公式中：r ：編分辨率，電機軸旋轉一圈編反饋脈沖數，參考表 2-6d：電機每轉期望的脈沖數LU ：最小長度，上位機發出一個脈沖時，絲杠移動的直線距離或旋轉軸轉動的度數，也是控制系統所能控制的最小距離；C ：節距，負載每轉移動距離或角度；i = n / m ：機械比，電機轉速/負載轉速；計算電子齒輪比的示例：w圖 2-6 V90 電子齒輪比計算示例注意：電子齒輪比的取值范圍是 0.02 至 200；僅可在伺服關閉狀態下設置電子齒輪比。表 2-6 不同編的分辨率8Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRot

13、eferen oRuerfceerennot found.All編類型編分辨率增量型10000絕對型10485762.6 位置到達信號（INP）位置設定值和實際位置的偏差在預設的窗口內輸出位置到達信號（INP）， P2544 參數設置窗口范圍（默認 40LU）。位置到達信號可由任意一個 DO 端口輸出，例如將 DO3 設置為位置到達信號 P29332 = 3 。圖 2-7 位置到達窗口設置w9Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All3 S7-200 開環運動控制介

14、紹3.1 S7-200 概述S7-200系列是一種可編程序邏輯控制器(Micro PLC)。它能夠控制各種設備以滿足自動化控制需求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計數器、定時器、復雜數算以及與其它智能模塊通訊等指令內容，從而使它能夠監視輸入狀態，改變輸出狀態以達到控制目的。緊湊的結構、靈活的配置和強大的指令集使S7-200成為各種控制應用的理想解決方案。S7-200 CPU集成了高速脈沖輸出端口(PTO)，因此S7-200的 CPU本體可以通過脈沖方式控制兩臺V90驅動器。另外S7-200 還可以擴展連接位置控制模塊EM253用于連接V90，可擴展的EM253的數量取決于CPU的帶載能

15、力，根據CPU型號的不同，一組CPU本體外加擴展的EM253模塊可以實現對最多7臺V90的控制。表3-1 為CPU所能擴展的EM253的數量。表 3-1 CPU 擴展 EM253 的最大數量wS7-200CPU集成了高速脈沖輸出，最高可達100KHz。西門子公司提供多種類型的CPU以適應各種應用。表3-2中對CPU的一些特性作了簡單比較。詳細信息參見相關選型文檔。表 3-2 S7-200 CPU 型號10Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.AllCPU 型號EM25

16、3數量CPU 2210CPU 2221CPU 224（XP）3CPU 2265其中CPU224XP100KHz PTO 輸出， 圖 3-1 是CUP224XP 示意圖。集成了w圖 3-1 CPU224XP3.2 S7-200 運動控制功能S7-200提供了高速脈沖輸出(Q0.0和Q0.1)，該高速脈沖輸出可以通過位控向導組態為或PTO的輸出。位控向導還可以用于組態EM253位控模塊。11Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All當組態一個輸出為操作時，輸出周期固定，

17、脈寬或脈沖占空比通過您的程序進行控制。脈沖寬度的變化在您程序中可以控制速度或位置。當組態一個輸出為PTO操作時，生成一個50%占空比脈沖串用于步進電機或伺服電機的速度和位置的開環控制。內置PTO功能僅提供了脈沖串輸出。應用程序必須通過PLC內置I/O或擴展模塊提供方向和限位控制。為了簡化應用程序中位控功能的使用，STEP 7-Micro/WIN提供的位控向導可以在幾分、PTO或位控模塊的組態。該向導可以生成位控指令，可以用這些指令在全部完成應用程序中對速度和位置進行動態控制。對于位控模塊，STEP 7-Micro/WIN還提供了一個控制面板，可以控制、監視和測試運動操作。3.3 S7-200

18、位控向導指令表 3-3 S7-200 位控指令w1. PTO_CTRL 指令PTOx_CTRL指令(控制)使能和初始化用于步進電機或伺服電機的PTO輸出。在程序中僅能使用該指令一次，每個掃描周期該指令都被執行。一直使用SM0.0作為EN輸入的輸入。I_STOP (立即STOP)輸入量為一個量輸入。當輸入為低電平時，PTO功能正常操作。當輸入變為D_STOP (作。當輸入變為時，PTO立即終止脈沖輸出。STOP)輸入量為一個量輸入。當輸入為低電平時，PTO功能正常操時，PTO產生一個脈沖串將電機到停止。Done輸出是一個量輸出。當Done位為時，表明CPU已經執行完指令。12Copyright

19、AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All指令名稱指令功能PTOx_CTRL初始化 PTO 輸出PTOx_RUN執行運行包絡PTOx_MAN手動方式輸出 PTOPTOx_LD裝載新的 PTO 當前值PTOx_ADV停止當前連續運行包絡圖 3-2 PTO_CTRL2. PTOx_RUN 指令PTOx_RUN指令(運行包絡)，命令PLC在一個指定的包絡中執行運動操作，此包絡在組態/包絡表中。接通EN位，使能該指令。確保EN位保持接通，直至Done位指示該指令已完成。接通START參數以初始

20、化包絡的執行。對于每次掃描，當START參數接通且PTO當前未激活時，指令激活PTO。要保證該命令只發一次，使用邊沿檢測指令以脈沖觸發START參數接通。包絡參數包含該移動包絡的號碼或符號名。w接通參數Abort，命令位控模塊停時，參數Done接通。直至電機停下。模塊完成該指令圖 3-3 PTO_RUN3. PTOx_MAN 指令PTOx_MAN指令(手動模式)使PTO輸出置為手動模式。這可以使電機在向導中指定的范圍(從啟動/停止速度到最大速度)內以不同速度啟動、停止和運行。如果啟用了PTOx_MAN指令，則不應執行其它任何PTOx_RUN或PTOx_ADV指令。允許RUN (Run/Stop

21、)參數，命令PTO加速到指定速度(速度參數)。即使在電機運行時，也可以改變速度參數的值。參數RUN則命令PTO，直至電機停止。13Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All參數Speed決定RUN使能時的速度。對于超出該范圍的Speed參數值，速度將限定為啟動/停止速度或最大速度。速度是一個每秒多少個脈沖的雙整型(D改該速度參數。)值。電機運行時可以修圖 3-4 PTO_MAN4. PTOx_LDPTOx_LD指令指令(裝載位置)改變PTO脈沖計數器的當前位置值為一

22、個新值。可以使用該指令為任何一個運動命令建立一個新的零位置。接通EN位使能該指令。確保EN位始終保持接通直到Done位指示指令完成。接通START參數，以裝載一個新的位置值到PTO脈沖計數器。要保證該命令只發一次，使用邊沿檢測指令以脈沖觸發START參數接通。w圖 3-5 PTO_LD5. PTOx_ADV 指令PTOx_ADV指令停止當前的連續運動包絡，并增加向導包絡定義中指定的脈沖數。當在位控向導中指定了至少一個允許PTOx_ADV選項的單速連續轉動，則該指令被創建。圖 3-6 PTO_ADV14Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrco

23、er!nRoteferen oRuerfceerennot found.All4 用 S7-200 和 SINAMICS V90 實現脈沖串位置控制（PTI）項目配置4.1 使用的軟硬件圖4-1是由S7-200 CPU和SINAMICS V90伺服控制器組成的典型位置控制系統。其中 SINAMICS V90接收來自S7-200 CPU的目標位置和方向的脈沖信號后完成對定位單元的閉環位置控制。SINAMICS V90的閉環位置控制參數能夠自整定，兼具步進的易用性和伺服的高精度。圖 4-1 S7-200PLC 控制 V90 驅動器示意圖S7-200 連接 V90位控所需軟硬件：表 4-1 硬件列表

24、w表 4-2列表S7-200與SINAMICS V90結合可實現伺服驅動的軸定位功能，有如下三種：(1)在STEP7 Micro/WIN的“位置控制向導”指引下配置S7-200CPU內置的脈沖串輸出（PTO）功能，通過Q0.0 或 Q0.1 輸出脈沖串來控制SINAMICS V90實現軸定位功能。15Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All產品STEP7 Micro/WIN V4 SP6 以上 HYPERLINK http:/w/ http:/ 3&loginID

25、=&srno=&sendtime=PC-tools（V90 調試）/CN/view/en/81550014產品訂貨號版本數量1CPU224xP6ES7901-3DB30-0XA013SINAMICS V906SL3210-5FE10-4UA00114SIMOTICS 1FL61FL6042-1AF61-0AG115電機功率電纜6FX3002-5CL01-1AD016增量編電纜6FX3002-2CT10-1AD01(2)使用“MAP SERV”指令庫的功能塊，通過Q0.0和Q0.2或Q0.1和Q0.3輸出脈沖串來控制SINAMICS V90實現軸定位功能。(3)使用EM253定位模塊，在STEP

26、7 Micro/WIN的“位置控制向導”指引下配置EM253定位模塊和運動曲線包絡實現定位功能。下面以”位置控制向導”方式講解V90和S7-200的配置操作。4.2 S7-200 連接 V90 驅動器的接線連接電機動力電纜及編電纜到SINAMICS V90的U/V/W和X9端口。X8的接線參見圖4-2：w圖 4-2. Q0.0 輸出脈沖串控制 SINAMICS V90 驅動器的接線16Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All4.3 PTI 方式下的 V90 配置4

27、.3.1 配置伺服電機型號配置伺服驅動器連接的伺服電機的型號，針對不機有兩種配置方式：如果伺服電機帶有增量編，請在參數 P29000 里配置電機 ID；如果伺服電機帶有絕對值編，伺服驅動器可以自動識別電機。電機ID標注在伺服電機銘牌上，如圖4-3所示。w圖 4-3 電機銘牌數據說明在完成SINAMICS V90驅動器和S7-200CPU的接線后即可給系統上電，開始測試。如下的測試是為了讓使用者快速了解此的的實現方式，請接入正反向限位信號和參考點接近開關信號，不要連接負載以免在不熟悉使用的情況下發生或損壞設備。4.3.2 V90 的 PTI 模式參數設置V90的PTI模式參數設置流程如圖4-4

28、。17Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All圖 4-4 PTI 控制模式參數設置流程電子齒輪比計算，本實例中S7-200 CPU脈沖輸出最高頻率為100kHz，也就是每秒鐘最高可以發送100000個脈沖。實例中電機1FL6042-1AF61-0AG1最高轉速4000r/min（轉/分）。因此定義PLC每秒發送100000個脈沖時對應電機轉速4000r/min，根據上述條件計算電子齒輪比，確定電機每轉所需要的脈沖數：4000r/min 400 r/s60s6電機每

29、轉脈沖數 100000脈400 r6w計算得出PLC發出1500個脈沖，P29011=1500。驅動器設置參數如表4-1所示：用2.4章節中的方法2設置電子齒輪比表 4-1 驅動器參數設置18Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All參數設置說明P29003=0P29003 為設置控制模式，等于 0 時為 PTI模式P29010=0選擇脈沖方式為脈沖串+方向P29011=1500設置電子齒輪比為 10000/1500P29014=1脈沖輸入通道：24V 單端脈沖輸入

30、通道P29050=100設置轉矩限值為 100%P293010=1設置DI1 為SON，伺服使能P293020=2設置DI2 為RESET，復位故障P293070=7設置DI7 為CLR，清除脈沖P29300=6強制旁路正反向限位（限位開關請連接后進行設置）P2544=40定位完成范圍P2546=1000定位偏差溢出值4.4 S7-200 配置4.4.1 使用向導組態 S7-200 PTO 功能雙擊“PTO/”彈出脈沖輸出向導，指定一個脈沖發生器分配到Q0.0或Q0.1，選擇Q0.0，點擊“下一步”，如圖4-5所示。圖 4-5.w選擇“線性脈沖串輸出(PTO)”，再勾選下面的選擇框。點擊“下一

31、步”，如圖4-6所示 。圖 4-6如圖4-7，設定最高電機速度及電機的啟動停止速度。設定最高電機速度為電機額定轉速為100000脈沖每秒，啟動停止速度取其10%即10000脈沖每秒。點擊“下一步”。19Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All圖 4-7設置加時間均為1000毫秒,即1秒。點擊“下一步”。在接下來的“運動包絡定義”框中點擊“新包絡” 按鈕，新建新包絡曲線。包絡曲線定義的細節可參閱“S7-200可編程控制器系統手冊”的第9章“S7-200開環運動控制”

32、，如圖4-8所示。w圖 4-8可選擇“單連續旋轉”和“相對位置”兩種操作模式，如圖4-9所示。20Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All圖 4-9選擇“單連續旋轉”模式可生成圖4-10左所示運動曲線，選擇“相對位置”操作模式則可生成圖4-10右所示曲線。w圖 4-10完成運動包絡定義后點擊“確認”按鈕，出現圖4-11畫面，為配置分配區。點擊“下一步”。在彈出框中點擊“完成”，完成向導配置。圖 4-1121Copyright AGError! AGError! R

33、eferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All4.4.2 將運動指令用戶程序（1）OB1中向導自動生成的運動控制程序，運動控制程序包含在“項目樹”-“指令”-“調用子程序”文件夾下，如圖4-12所示。可以用鼠標拖拽到用戶程序中。圖 4-1本實例只演示相對定位功能，使用如下 3 個子程序：PTO0_CTRL （啟用和初始化運動軸） PTO0_MAN （手動模式） PTO0_RUN （命令運動預定包絡）（2）PTO0_CTRL（啟用和初始化運動軸）子程序，在項目中只每條運動軸使用一個PTO0_CTRL子程序，并確保程序會在每次掃描

34、時調用此子程序。使用 SM0.0（始終接w）作為 EN 參數的輸入。I_STOP,D13所示。電平才可以正常輸出，程序調用如圖4-圖 4-13（3）PTO0_MAN（手動模式）子程序，使用該程序使軸按不同的速度運行或以點動方式運行。 EN接通時PTO0_MAN程序有效，RUN接通時軸按照Speed設置的速度和Dir設置的方向運行，RUN斷開軸4-14所示。停止。驅動器的運行方向由Q0.2的狀態決定。程序調用如圖22Copyright AGError! AGError! ReferenceAG oEurrcoer!nRoteferen oRuerfceerennot found.All圖 4-14（4）PTO0_RUN（按照預定包絡運行）子程序，使用該程序控制軸按照預定包絡進行定位控制或速度控制。START 上升沿開始執行GOTO任務。Profile 參數指示要執行的包絡。Abort 狀態位為停止當前的包絡并直至電機停下。程序調用如圖4-15所示。w圖 4-154.4.3 模擬運行調用定位指令前應先將V90的SON信號對應的輸出點置位，以使能伺服驅動器。例如，圖4-2中V90的SON信號接到S7-200PLC的Q0.3，則用SM0.0將Q 0.3置