s7-200与V80组成的控制系统

用S7-200和SINAMICSV80实现点到点位置控制PointtoPointPositioningwithS7-200andSINAMICSV80UserGuideEdition(2009－2)摘要本文档讲述了由S7-200和SINAMICSV80组成的位置控制系统的结构和选型，以及实现定位功能的三种方式。关键词S7-200,SINAMICSV80,EM253,定位KeyWordsS7-200,SINAMICSV80,EM253,PositioningIA&DTService&SupportPage2-35目录1.SINAMICSV80的应用领域………………………………………………………………………42.用S7-200和SINAMICSV80实现点到点的位置控制..............................52.1位置控制系统的结构和选型..............................................52.2位置控制的软件实现....................................................72.2.1在位置控制向导下实现Q0.0或Q0.1输出脉冲串定位.................82.2.2用MAPSERV指令库实现Q0.0或Q0.1输出脉冲串定位…………………152.2.3在位置控制向导下实现EM253位置控制模块的定位………………………222.3小结………………………………………………………………………………………33附件………………………………………………………………………………………………34IA&DTService&SupportPage3-351.SINAMICSV80的应用领域ƒ包装•色标定位•定长送料ƒ印刷•旋转切刀的轮切•喷墨机的滚动轴和喷墨头定位•丝网印刷机的定位ƒ数控雕刻•坐标轴定位ƒ电子•自动涂胶机抓取机械手•抓取机械手的阀控制ƒ轮胎•轮胎激光标线器IA&DTService&SupportPage4-352.用S7-200和SINAMICSV80实现点到点的位置控制2.1.位置控制系统的结构和选型图01是由S7-200CPU和SINAMICSV80伺服控制器组成的典型位置控制系统。其中SINAMICSV80接收来自S7-200CPU的目标位置和方向的脉冲信号后完成对定位单元的闭环位置控制。SINAMICSV80的闭环位置控制参数能够自整定，兼具步进的易用性和伺服的高精度。图01在S7-200CPU和SINAMICSV80伺服控制器组成的典型位置控制系统选型时，可先根据工艺要求（如转矩和转速）选定伺服电机及驱动器，见表01。然后可根据表02选定SINAMICSV80动力进线回路各配电元件（如断路器、电源滤波器等）。表01驱动器及配套伺服电机订货号配套伺服电机（额定转速3000RPM）订货号额定功率（W）额定转矩（N.m）SINAMICSV80驱动器订货号不带抱闸带抱闸1000.3186SL3210-5CB08-4AA01FL4021-0AF21-0AA01FL4021-0AF21-0AB02000.6376SL3210-5CB11-1AA01FL4032-0AF21-0AA01FL4032-0AF21-0AB04001.276SL3210-5CB12-0AA01FL4033-0AF21-0AA01FL4033-0AF21-0AB07502.396SL3210-5CB13-7AA01FL4044-0AF21-0AA01FL4044-0AF21-0AB0IA&DTService&SupportPage5-35表02SINAMICSV80动力进线回路配电元件型号额定功率断路器电源滤波器接触器电抗器熔断器100W3VU1340-0MJ00(4A)FN2070-6/073TF4020-0XM0(9A)45mH,1A,200V15A200W3VU1340-0MJ00(4A)FN2070-6/073TF4020-0XM0(9A)20mH,2A,200V15A400W3VU1340-0NK00(4A)FN2070-10/03TF4020-0XM0(9A)5mH,3A,200V15A750W3VU1340-0MM00(4A)FN2070-16/073TF4220-0XM0(16A)2mH,5A,200V30A推荐厂商SIEMENSSchaffnerEMC,Inc.SIEMENSSINAMICSV80的接口如图02所示。ƒX10：V80动力线进线（AC200-230V，单相）ƒX20：V80动力出线到伺服电机（三相交流）；ƒX1：V80输入/输出信号线；ƒX2：V80位置反馈来自伺服电机编码器。IA&DTService&SupportPage6-35图02.SINAMICSV80接口及接线示意图SINAMICSV80与控制器S7-200端的典型配置及信号交互如图03：图03.SINAMICSV80与s7-200信号交互IA&DTService&SupportPage7-352.2.位置控制的软件实现编程所需软硬件：硬件：ƒ一台笔记本电脑ƒ一根带USB接口的PC/PPI电缆(订货号：6ES7901-3DB30-0XA0)软件：ƒ编程软件STEP7Micro/WINV4SP6S7-200与SINAMICSV80结合可实现伺服驱动的轴定位功能，具体实现有如下三种：1．在STEP7Micro/WIN的“位置控制向导”指引下配置S7-200CPU内置的脉冲串输出（PTO）功能，通过Q0.0或Q0.1输出脉冲串来控制SINAMICSV80实现轴定位功能。2．使用“MAPSERV”指令库的功能块，通过Q0.0和Q0.2或Q0.1和Q0.3输出脉冲串来控制SINAMICSV80实现轴定位功能。3．使用EM253定位模块，在STEP7Micro/WIN的“位置控制向导”指引下配置EM253定位模块和运动曲线包络实现定位功能。IA&DTService&SupportPage8-352.2.1在位置控制向导下实现Q0.0或Q0.1输出脉冲串定位2.2.1.1接线连接电机动力电缆及编码器电缆到SINAMICSV80的X20和X2端口。X10端口接线见图02，X1的接线参见图04：图04.Q0.0或Q0.1输出脉冲串控制SINAMICSV80驱动器的接线IA&DTService&SupportPage9-352.2.1.2软件实现将图05中矩形框标示的SINAMICSV80驱动器的“PULSE”拔码开关旋转到箭头指向“8”的位置，完成控制器与伺服驱动器间的指令脉冲设置（即控制器向V80发送1000个脉冲会使伺服电机转动一圈）。注意：此操作要在伺服驱动器断电时完成。图05指令脉冲拔码开关在完成SINAMICSV80驱动器和S7-200CPU的接线后即可给系统上电，开始软件测试。如下的软件测试是为了让使用者快速了解此定位系统的软件的实现方式，请接入正反向限位信号和参考点接近开关信号，不要连接负载以免在不熟悉软件使用的情况下发生危险或损坏设备。如图06，双击“PTO/PWM”弹出脉冲输出向导，指定一个脉冲发生器分配到Q0.0或Q0.1，选择其中一个，点击“下一步”。IA&DTService&SupportPage10-35图06如图07，选择“线性脉冲串输出(PTO)”，再勾选下面的选择框。点击“下一步”。图07如图08，设定最高电机速度及电机的启动停止速度。因为电机的额定转速为3000转每分，即50转每秒，电机每转一圈需1000脉冲，所以设定最高电机速度为电机额定转速即50*1000=50000脉冲每秒，启动停止速度取其10%即5000脉冲每秒。点击“下一步”。IA&DTService&SupportPage11-35图08如图09，设置加减速时间均为1000毫秒,即1秒。点击“下一步”。在接下来的“运动包络定义”对话框中点击“新包络”按钮，新建新包络曲线。包络曲线定义的细节可参阅“S7-200可编程控制器系统手册”的第9章“S7-200开环运动控制”。图09如图10，可选择“单连续旋转”和“相对位置”两种操作模式。IA&DTService&SupportPage12-35图10选择“单连续旋转”模式可生成图11左所示运动曲线，选择“相对位置”操作模式则可生成图11右所示曲线。图11完成运动包络定义后点击“确认”按钮，出现图12画面，为配置分配存储区。点击“下一步”。在弹出对话框中点击“完成”，完成向导配置。IA&DTService&SupportPage13-35图12在完成向导配置后，增加如图13所示子程序。可用这些子程序来编写程序完成定位应用。图13调用定位子程序前应先将ON/OFF信号对应的输出点置位，以使能伺服驱动器。例如，图04中ON/OFF信号接到Q0.4，则用SM0.0将Q0.4置位，即CPU上电就使能伺服驱动器。如图14调用子程序PTOx_CTRL、PTOx_MAN、PTOx_RUN。PTOx_ADV用来停止单速连续旋转操作模式的包络曲线运动，PTOx_LDPO则用来改变PTO脉冲计数器的当前位置值。要改变电机运转方向只需将SIGN信号对应的输出点置位即可。例如，图04中SIGN信号连接到Q0.2，将Q0.2置位可使电机反转。IA&DTService&SupportPage14-35图14利用PTO完成定位功能的详细情况请参阅“S7-200可编程控制器系统手册”的第9章“S7-200开环运动控制”。在熟练掌握各定位子程序的用法后，结合实际工艺情况和逻辑联锁关系即可完成整套程序的编制。IA&DTService&SupportPage15-352.2.2用MAPSERV指令库实现Q0.0或Q0.1输出脉冲串定位2.2.2.1接线连接电机动力电缆及编码器电缆到SINAMICSV80的X20和X2端口。X10端口接线见图02，X1的接线参见图15：图15.Q0.0或Q0.1输出脉冲串控制SINAMICSV80驱动器的接线IA&DTService&SupportPage16-352.2.2.2软件实现将图16中矩形框标示的SINAMICSV80驱动器的“PULSE”拔码开关旋转到箭头指向“8”的位置，完成控制器与伺服驱动器间的指令脉冲设置（即控制器向V80发送1000个脉冲会使伺服电机转动一圈）。注意：此操作要在伺服驱动器断电时完成。图16.指令脉冲拔码开关在完成SINAMICSV80驱动器和S7-200CPU的接线后即可给系统上电，开始软件测试。如下的软件测试是为了让使用者快速了解此定位系统的软件的实现方式，请接入正反向限位信号和参考点接近开关信号，不要连接负载以免在不熟悉软件使用的情况下发生危险或损坏设备。首先，通过链接下载MAPSERV指令库，下载页面如图17。IA&DTService&SupportPage17-35图17将下载的“SERVMAP.zip”文件解压后双击“mapservQ0.0.mwl”和“mapservQ0.1.mwl”将指令库文件安装到编程软件STEP7Micro/WIN中。打开STEP7Micro/WIN，新建项目，在项目树下可看到如图18所示的库函数列表。图18IA&DTService&SupportPage18-35“SERVMAP”库文件与S7-200CPUI/O点作绑定如表03：名称MAPSERVQ0.0MAPSERVQ0.1脉冲输出Q0.0Q0.1方向输出Q0.2Q0.3参考点输入I0.0I0.1表03注意：使用表格中的库函数时不要将其绑定的输入输出点作其它用途，在使用库函数编程前要给库分配地址区域。如图19选中“库”，点击右键，在弹出菜单中选择“库存储区”，然后在弹出窗口中给库分配存储区。图19IA&DTService&SupportPage19-35给库分配存储区后即可使用各库函数编