本文主要介紹了如何使用 S7-1500PLC 連接 SINAMICS V90 伺服系統(tǒng)實現(xiàn)位置閉環(huán)控制。其中對 S7-1500 相關模塊的組態(tài)，工藝對象的組態(tài)，V90 的相關參數設置以及相關的接線作了簡要介紹。

2、簡介

2.1 S7-1500 運動控制功能

S7-1500 運動控制功能支持旋轉軸、定位軸、同步軸和外部編碼器等工藝對象。并擁有軸控制面板以及全面的在線和診斷功能有助于輕松完成驅動裝置的調試和優(yōu)化工作。

S7-1500 支持多種連接方式?？梢允褂?PROFIBUS DP 和 PROFINET IO 連接驅動裝置和編碼器，也可以使用模擬量輸出模塊（AQ）連接帶模擬設定值接口的驅動裝置并通過工藝模塊（TM）,讀出編碼器的信息。本文中所涉及的例子就是使用第二種方式。

圖 2-1 連接方式示意

2.2 SINAMICS V90

SINAMICS V90 是西門子推出的一款小型、高效便捷的伺服系統(tǒng)，可以實現(xiàn)位置控制、速度控制和扭矩控制。

使用 V90 的速度控制功能可以與 S7-1500 運動控制功能配合使用，接收 S7-1500 模擬量模塊發(fā)出的+-10V 模擬量信號做為速度給定，并通過 PTO 功能反饋位置信號給 S7-1500，在 S7-1500PLC 中實現(xiàn)閉環(huán)位置控制。

3、 應用項目配置示例

3.1 S7-1500 組態(tài)

3.1.1 組態(tài)硬件配置

由于需要模擬量輸出信號來控制速度給定，并接收來自 V90 的脈沖反饋信號，所以 S7-1500 系統(tǒng)中至少要配置 1 塊模擬量輸出模塊和 1 塊高速計數模塊，考慮到 V90 給出的位置反饋信號是 5V 差分信號，S7-1500 系統(tǒng)中也要配置能夠接收5V 差分信號的高速計數模塊。還需要 1 塊數字量輸出模塊來為 V90 提供使能信號。

圖 3-1 S7-1500 模塊配置

模塊名稱

訂貨號

固件版本

CPU 1513-1 PN

6ES7 513-1AL00-0AB0

FW V1.5

DQ 16x24VDC/0.5A ST

6ES7 522-1BH00-0AB0

FW V2.0

DI 16x24VDC HF

6ES7 521-1BH00-0AB0

FW V2.0

TM PosInput 2

6ES7 551-1AB00-0AB0

FW V1.1

AQ 8xU/I HS

6ES7 532-5HF00-0AB0

FW V2.0

表 3-1 模塊配置列表

3.1.2 組態(tài)工藝對象

驅動裝置組態(tài)

首先在工藝組態(tài)中添加一個定位軸，工藝對象一般的組態(tài)方法請參考《S7-1500運動控制使用入門》。

由于 V90 接收的是+-10V 模擬量信號，所以模擬量輸出模塊也要設置輸出范圍為+-10V。驅動裝置類型選擇“連接模擬量驅動裝置”并在“輸出”后面選擇模擬量輸出的變量名稱。為了在 PLC 內激活使能時（如激活 MC_Power 功能塊 Enable 管腳）能夠把使能信號傳遞給 V90，勾選激活啟用輸出，并且選擇輸出變量名稱。

圖 3-2 驅動裝置選擇

需要注意的是輸出只能選擇變量名稱而不能選擇絕對地址，所以必須提前定義好變量名稱。

圖3-3 定義變量名稱

只有定義好的變量名稱才能在選擇 PLC 變量時顯示出來

圖 3-4 選擇變量

位置反饋組態(tài)

在本地模塊的 TM PosInput2_1 中選擇參數設定。

設置通道操作模式為運動控制的位置檢測（必須這樣設置，才能在隨后的編碼器連接中選擇高速計數模塊 TM PosInput2_1 及其通道號）。編碼器信號類型選擇增量編碼器（A、B、N），反向選擇暫不勾選，如果在調試時 PLC 給出的速度給定方向與編碼器反饋方向相反，就可以勾選反向來校正編碼器反饋方向。

建議信號評估選擇四重，這樣可以增加位置反饋信號的精度。由于 V90 可以提供信號 N（0 脈沖信號），所以參考標記 0 的信號選擇增量編碼器的信號 N。接口標準選擇 RS422、對稱。

圖 3-5 高速計數模塊組態(tài)

組態(tài)編碼器連接時選擇通過工藝模塊（TM）進行連接，并且在選擇工藝模塊中選擇高速計數器通道 0。

圖 3-6 選擇編碼器連接

編碼器類型選擇增量式旋轉式。單轉步數填寫 V90 每轉輸出脈沖個數的 4 倍（信號評估選擇了四重），這里填寫 4096（4*1024）。增量實際值中的位填寫0。

圖 3-7 填寫編碼器參數

3.2 V90 配置

3.2.1V90 輸入輸出信號

V90 的參數很多，更詳細的參數含義及設置方式請參考 V90 操作說明，這里只描述與本例相關的參數設置。

V90 支持速度控制方式，在此方式下 V90 接收來自 S7-1500 的+-10V 模擬量速度給定信號，并把位置值通過 RS422 標準的脈沖信號反饋給 S7-1500，在 S7-1500 中實現(xiàn)閉環(huán)位置調節(jié)。這種模式下 V90 本身不設置位置閉環(huán)。使能信號也需要 S7-1500 提供，這樣可以保證在 S7-1500 建立位置閉環(huán)的同時，把使能信號發(fā)給 V90。

圖 3-8 速度模式下的 V90 輸入輸出信號

3.2.2 V90 相關參數設置

本中使用 SINAMICS V-ASSISTANT 軟件來設置 V90 的參數。首先要設置 V90 操作模式為速度模式，即設置參數 p29003 為 2。

圖 3-9 設置速度控制模式

本例中使用 V90 的 X8 接口的 DI1 作為使能輸入，即設置參數 p29301 為 1。

圖 3-10 設置使能信號

設置 V90 每轉線數，也就是電機每圈的脈沖個數。為了與 S7-1500 中的參數相相對性（四重評估，每轉步數 4096），這里設置為 1024。

圖 3-11 設置每轉線數

3.3S7-1500 與V90 接線

3.3.1使能信號連接

在本例中針對 DO 模塊的第 0 通道，DO 模塊的 1 端子與 V90 X8 接口的 5 端子相連、DO 模塊的 10 端子與 V90 X8 接口的 3 端子相連。DO 模塊的 9 端子和 10 端子分別要連接 24V+和 0V。其中 DO 模塊的 10 端子與 V90 X8 接口的 3 端子連接還起到兩個系統(tǒng)的等電位連接的作用。

圖 3-12 使能信號的連接

3.3.2 速度給定連接

AO 模塊輸出+-10V 電壓信號，針對于第 0 通道 1、2 端子短接后連接 V90 X8 端口的 19 端子，3、4 端子短接后連接 V90 X8 端口的 20 端子。

圖 3-13 速度給定連接

3.3.3 位置反饋連接

分別連接 V90 X8 端口的 15、16 端子到 TMPosInput 模塊 1、2 端子；40、41到 3、4 端子；42、43 到 5、6 端子。

圖 3-14 位置反饋連接

3.4 使用分布式I/O ET200SP連接V90

除了前面所描述的使用 S7-1500 中央機架模塊以外，還可以使用 ET200SP 上的模塊連接 V90。新一代的分布式 I/O ET200SP 使用簡單，結構緊湊，性能卓越，支持 PROFINET 網絡；可以實現(xiàn)更靈活的配置。

圖3-15 使用分布式 I/O ET200 SP

本例中 ET200SP 站點上的模塊見下表。

模塊名稱

訂貨號

固件版本

IM155-6PN HF

6ES7 155-6AU00-0CN0

FW V2.1

BA 2XRJ45

6ES7 193-6AR00-0AA0

TM PosInput 1

6ES7 138-6BA00-0BA0

FW V1.0

AQ2XU/I HS

6ES7 135-6HB00-0DA1

FW V1.1

基座單元

6ES7 193-6BP00-0DA0

基座單元 6ES7 193-6BP00-0BA0 服務器模塊 6ES7 193-6PA00-0AA0

表 3-2 模塊配置列表

3.4.1設置等時同步

閉環(huán)運動控制必須有很好的實時性，所以必須設置等時同步。

在網絡視圖中用鼠標雙擊連接線“PN/IE_1”在下邊的“屬性”、“常規(guī)”頁面內選擇“同步域”、“Sync-Domain_1”，設置“PLC_1.PROFINET 接口_1”的“同步角色”為“同步主站”，設置“IO_device-1”的“RT 等級”為“IRT”。

圖3-16 設置等時同步

還需要設置實際的網絡拓撲，在拓撲視圖中拖拽連接兩個設備的實際網絡接口。

圖 3-17 設置網絡拓撲

在“IO_device_1”的設備視圖中選擇“屬性”、“常規(guī)”、“等時同步模式”頁面，然后勾選站點以及站點上模塊的“等時同步模式”，如下圖所示：

圖 3-18 設置模塊的等時同步

3.4.2設置OB91的循環(huán)時間

OB91 是 S7-1500 運動控制的核心組織塊，為了更好的實現(xiàn)運動控制功能，需要把OB91 的循環(huán)時間同步到總線。具體操作過程是鼠標在 OB91 上點擊右鍵，在彈出的菜單中選擇屬性，就會彈出以下頁面。在頁面中選擇“同步到總線”。可根據應用情況選擇“因子”，增加“因子”可減輕 CPU 負荷，但會影響控制效果。

圖3-19 設置 OB91 的循環(huán)時間

3.4.3 工藝組態(tài)與接線

工藝組態(tài)中把驅動接口和編碼器反饋接口分別設置到 ET200SP 的模塊上，具體的模塊組態(tài)方法和工藝組態(tài)方法與 3.1.2 章節(jié)描述的一樣。

3.5 設備調試

至此 S7-1500 與 V90 的組態(tài)配置與接線都已經初步完成，可以打開工藝對象的調試界面進行調試，然后就可以編寫控制程序了。具體內容可參考幫助文檔，這里不再詳述。

圖3-20 調試

本文僅針對 S7-1500 連接 V90 實現(xiàn)閉環(huán)運動控制進行了簡單的描述，目的是為了能夠讓初次接觸該系統(tǒng)的用戶能夠快速的建立控制系統(tǒng)，本文無法替代 S7-1500 運動控制的相關硬件手冊和功能手冊。

來源：siemens操作指南,工業(yè)機器人培訓整理