項目三柔性制造系統(tǒng)中的PLC控制技術(shù)應(yīng)用任務(wù)1PLC在過程控制中的應(yīng)用任務(wù)2PLC在步進(jìn)電動機(jī)中的應(yīng)用任務(wù)3使用MAP庫指令控制步進(jìn)電動機(jī)任務(wù)4使用定位模塊控制步進(jìn)電動機(jī)任務(wù)5PLC伺服控制中的應(yīng)用任務(wù)6使用PPI協(xié)議實現(xiàn)兩臺PLC之間的通信任務(wù)7使用USS協(xié)議對MicroMaster變頻器進(jìn)行通信調(diào)速

任務(wù)1PLC在過程控制中的應(yīng)用

一、任務(wù)引入在過程控制中，PID(比例(P)、積分(I)和微分(D))控制是應(yīng)用最廣泛的一種自動控制方法。它具有原理簡單、易于實現(xiàn)、適用面廣、控制參數(shù)相互獨(dú)立、參數(shù)選定比較簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。長期以來，廣大科技人員及現(xiàn)場操作人員在PID控制的使用中積累了大量的實踐經(jīng)驗。了解PID控制的原理和使用方法，已成為電氣和儀表操作人員的必備技能。二、任務(wù)分析通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實現(xiàn)以下知識目標(biāo)：(1)了解PID控制的工作原理。(2)掌握PID控制的參數(shù)整定方法。(3)掌握S7-200PLC的PID指令使用方法。(4)掌握PID指令的編程方法和步驟。三、相關(guān)知識1.PID控制簡介在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象——“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”，PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效辦法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活(如可為PI調(diào)節(jié)、PD調(diào)節(jié)等)。1)比例(P)控制比例控制是一種最簡單、最常用的控制方式，如放大器、減速器和彈簧等。比例控制器能立即成比例地響應(yīng)輸入的變化量。當(dāng)僅有比例控制時，系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。2)積分(I)控制在積分控制中，控制器的輸出是輸入量對時間的積累。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差的運(yùn)算取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。所以即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而增大，它推動控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，采用比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。3)微分(D)控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在較大的慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例?+?微分的控制器就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。2.PID控制器的參數(shù)整定1)閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)一般包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器的輸出沒有影響，在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控制量反饋回來以形成任何閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反饋回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若負(fù)反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱為負(fù)反饋控制系統(tǒng)?？梢?，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)。2)?PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性，確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有如下兩大類：(1)理論計算整定法。它主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。(2)工程整定法。它主要依賴于工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運(yùn)行中進(jìn)行最后的調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：①首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作。②僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期。③在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。3)?PID控制器的主要優(yōu)點(diǎn)PID控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)?PID算法蘊(yùn)涵了動態(tài)控制過程中的過去、現(xiàn)在、將來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。其中，比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。微分(D)在信號變化時有超強(qiáng)控制作用，代表將來的信息。在過程開始時強(qiáng)迫過程進(jìn)行，過程結(jié)束時減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。積分(I)代表了過去的積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。此三種作用配合得當(dāng)，可使動態(tài)過程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。(2)?PID控制適用性好，有較強(qiáng)的魯棒性，對各種工業(yè)應(yīng)用場合，都可在不同的程度上應(yīng)用，特別適于“一階慣性環(huán)節(jié)?+?純滯后”和“二階慣性環(huán)節(jié)?+?純滯后”的過程控制對象。(3)?PID算法簡單明了，各個控制參數(shù)相對較為獨(dú)立，參數(shù)的選定較為簡單，形成了完整的設(shè)計和參數(shù)調(diào)整方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。(4)?PID控制根據(jù)不同的要求，針對自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系列改進(jìn)的PID算法。例如，為了克服微分帶來的高頻干擾的濾波PID控制，為克服大偏差時出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制，為補(bǔ)償控制對象非線性因素的可變增益PID控制等。這些改進(jìn)算法在一些應(yīng)用場合取得了很好的效果。同時當(dāng)今智能控制理論的發(fā)展，又形成了許多智能PID控制方法。3.?PID算法PID控制器調(diào)節(jié)輸出，保證偏差(e)為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，偏差是給定值(SP)和過程變量(PV)的差。PID控制的原理基于以下公式：式中，M(t)是PID回路的輸出；Kc是PID回路的增益；e是PID回路的偏差(給定值與過程變量的差)；Minitial是PID回路輸出的初始值。由于以上的算式是連續(xù)量，必須將以上的連續(xù)量離散化才能在計算機(jī)中運(yùn)算，離散處理后的算式如下：式中，Mn是在采樣時刻n的PID回路輸出的計算值；KL是積分項的比例常數(shù)；KD是微分項的比例常數(shù)；是采樣時刻n的回路的偏差值；是采樣時刻n?-?1的回路的偏差值；是采樣時刻x的回路的偏差值。再對式(3-2)進(jìn)行改進(jìn)和簡化，得出如下計算PID輸出的算式：4.?S7-200PLC的PID指令S7-200PLC有PID指令，可以比較方便地進(jìn)行PID控制。S7-200PLC的PID回路指令，當(dāng)使能有效時，根據(jù)表格(TBL)中的輸入和配置信息對引用LOOP執(zhí)行PID回路計算。PID指令的格式如表3-1所示。使用PID指令時的注意事項如下：(1)程序中最多可以使用8條PID指令，回路號為0～7，不能重復(fù)使用。(2)?PID指令不對參數(shù)表輸入值進(jìn)行范圍檢查。必須保證過程變量、給定值積分項前值和過程變量前值在0.0～1.0之間。(3)使能ENO?=?0的錯誤條件：0006(間接地址)，SM1.1(溢出，參數(shù)表起始地址或指令中指定的PID回路指令號操作數(shù)超出范圍)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，模擬信號PID(由比例、積分和微分構(gòu)成的閉合回路)調(diào)節(jié)是常見的控制方法。運(yùn)行PID控制指令，S7-200PLC將根據(jù)參數(shù)表中輸入測量值、控制設(shè)定值及PID參數(shù)，進(jìn)行PID運(yùn)算，求得輸出控制值。參數(shù)表中有9個參數(shù)，全部是32位的實數(shù)，共占用36個字節(jié)。PID控制回路的參數(shù)表如表3-2所示。四、任務(wù)實施1.使用PID指令編寫控制程序1)控制要求有一臺電爐要求爐溫控制在一定的范圍。電爐的工作原理如下：當(dāng)設(shè)定電爐溫度后，S7-200PLC經(jīng)過PID運(yùn)算后由模擬量輸出模塊EM232輸出一個電壓信號送到控制板，控制板根據(jù)電壓信號(弱電信號)的大小控制電熱絲的加熱電壓(強(qiáng)電)的大小(甚至斷開)，溫度傳感器測量電爐的溫度，溫度信號經(jīng)過控制板的處理后輸入到模擬量輸入模塊EM231，再送到S7-200PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，如此循環(huán)。整個系統(tǒng)的硬件配置如圖3-1所示。2)硬件配置系統(tǒng)硬件配置如下：(1)?1臺CPU226CNPLC。(2)?1臺EM231。(3)?1臺EM232。(4)?1根編程電纜(或CP5611卡)。(5)?1臺電爐(含控制板)。3)?PID參數(shù)表編寫程序前，先要填寫PID指令的參數(shù)表，參數(shù)如表3-3所示。4)程序編寫程序分為三部分：主程序、子程序和中斷子程序。主程序在開機(jī)時即調(diào)用子程序，在子程序中將表3-3中的PID參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時在子程序中設(shè)定中斷子程序的中斷周期為100?ms，中斷事件為10，中斷子程序為INT_0，允許中斷。在中斷子程序中將EM231采集的模擬量信號AIW0的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)算，最后將其值作為過程變量(反饋值)存放到VD100中。經(jīng)過PID運(yùn)算后，再將PID輸出值Mn進(jìn)行將實數(shù)轉(zhuǎn)換為16位整數(shù)的逆運(yùn)算，然后經(jīng)EM232輸出端AQW0輸出，最后由控制板控制電阻絲的通斷，從而控制電爐的溫度。(1)PID控制主程序如圖3-2所示。(2)?PID控制回路的參數(shù)設(shè)置在子程序中完成，如圖3-3所示。(3)程序首先對溫度傳感器檢測來的模擬量信號AIW0進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)算，將運(yùn)算值存入過程變量VD100中，進(jìn)行PID運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果VD108中的值進(jìn)行逆運(yùn)算，傳入AQW0中去對控制板進(jìn)行控制，從而控制電阻絲的通斷。PID運(yùn)算中斷子程序如圖3-4所示。2.使用指令向?qū)Ь帉慞ID控制程序使用PID指令編寫控制程序，必須對控制過程比較了解，但編寫比較麻煩，初學(xué)者不容易理解。STEP7編程軟件可以使用指令向?qū)нM(jìn)行PID控制程序編寫，這樣就相對容易實現(xiàn)了。1)?PID指令向?qū)гO(shè)置(1)打開指令向?qū)?，選定PID。選中菜單欄的“工具”，單擊其子菜單項“指令向?qū)А?，彈出如圖3-5所示的界面，選定“PID”選項，單擊“下一步”按鈕。(2)指定回路號。如圖3-6所示，本例選定回路號碼為“0”，單擊“下一步”按鈕。(3)設(shè)置回路參數(shù)。如圖3-7所示，本例將比例參數(shù)設(shè)定為0.05，采用時間設(shè)為“35.0”秒，積分時間設(shè)為“30.00”分鐘，微分時間設(shè)為“0.00”分鐘，實際上就是不使用微分項“D”，使用PI調(diào)節(jié)器，最后單擊“下一步”按鈕。(4)設(shè)置回路的輸入和輸出選項。如圖3-8所示，標(biāo)定項中選擇“單極性”，過程變量中的參數(shù)不變，輸出類型中選擇“模擬量”(因為本例為EM232輸出)，單擊“下一步”按鈕。(5)設(shè)置回路報警選項。如圖3-9所示，本例沒有設(shè)置報警，單擊“下一步”按鈕。(6)為計算指定存儲區(qū)。如圖3-10所示，PID指令使用V存儲區(qū)中的一個36個字節(jié)的參數(shù)表，存儲用于控制回路操作的參數(shù)。PID計算還要求一個“暫存區(qū)”，用于存儲臨時結(jié)果。先單擊“建議地址”按鈕，再單擊“下一步”按鈕，自動分配地址，當(dāng)然地址也可以根據(jù)需要自己來分配。(7)指定子程序和中斷程序。如圖3-11所示，本例使用默認(rèn)子程序名，只要單擊“下一步”按鈕即可。如果項目包含一個激活PID配置，已經(jīng)建立的中斷程序名被設(shè)為只讀。項目中的所有配置共享一個公用中斷程序，項目中增加的任何新配置不得改變公用中斷程序的名稱。2)程序編寫在主程序編輯區(qū)使用特殊輔助繼電器SM0.0直接調(diào)用PID0_INIT子程序，如圖3-13所示。3)?PID的自整定S7-200CPUV2.3以上版本的硬件支持PID自整定功能，在軟件STEP-Micro/WINV4.0以上提供的版本中增加了PID調(diào)節(jié)控制面板。可以使用用戶程序或PID調(diào)節(jié)控制面板來啟動自整定功能。在同一時刻，最多可以有8個PID回路同時進(jìn)行自整定。PID自整定的目的是為用戶提供一套最優(yōu)化的整定參數(shù)，使用這些整定參數(shù)值可以使控制系統(tǒng)達(dá)到最佳的控制效果，真正優(yōu)化控制程序。PID自整定的使用方法如下：在STEP-Micro/WINV4.0在線的情況下，單擊菜單“工具”下的子菜單“PID調(diào)節(jié)控制面板”，如圖3-14所示。在“PID調(diào)節(jié)控制面板”上先選定“自動調(diào)節(jié)”，再單擊“開始自動調(diào)節(jié)”按鈕，PID自動調(diào)節(jié)開始。PID調(diào)節(jié)控制面板如圖3-15所示。為了保證PID自整定的成功，在啟動PID自整定前，需要調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使PID調(diào)節(jié)器基本穩(wěn)定，輸出、反饋?zhàn)兓骄彛⑶沂狗答伇容^接近給定；設(shè)定合適的給定值，使PID調(diào)節(jié)器的輸出遠(yuǎn)離趨勢圖的上下坐標(biāo)軸，以免PID自整定開始后輸出值的變化范圍受限制。

任務(wù)2PLC在步進(jìn)電動機(jī)中的應(yīng)用

一、任務(wù)引入在定位控制中，使用PLC控制步進(jìn)電動機(jī)的實例非常多。S7-200PLC如何通過編程控制步進(jìn)電動機(jī)，就是本節(jié)將要完成的任務(wù)。二、任務(wù)分析通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實現(xiàn)以下知識目標(biāo)：(1)掌握高速脈沖輸出指令的使用方法。(2)掌握高速脈沖輸出指令控制步進(jìn)電動機(jī)的編程方法。(3)掌握使用位置向?qū)е噶羁刂撇竭M(jìn)電動機(jī)的編程方法。三、相關(guān)知識1.直接使用S7-200PLC的高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動機(jī)1)高速脈沖輸出指令介紹高速脈沖輸出功能即在PLC的指定輸出點(diǎn)上實現(xiàn)脈沖輸出(PTO)和脈沖調(diào)制(PWM)功能。S7-200PLC配有兩個PTO/PWM發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個高速脈沖串或一個脈沖調(diào)制波形。一個發(fā)生器輸出點(diǎn)是Q0.0，另一個發(fā)生器輸出點(diǎn)是Q0.1。Q0.0和Q0.1也可作為普通輸出點(diǎn)使用。一般情況下，PTO/PWM輸出負(fù)載至少為10%的額定負(fù)載。脈沖輸出指令(PLS)配合特殊存儲器用于配置高速輸出功能，PLS指令格式見表3-5。脈沖串操作(PTO)按照給定的脈沖個數(shù)和周期輸出一串方波(占空比為50%，如圖3-16所示)。PTO可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段脈沖串(使用脈沖包絡(luò))，單位為μs或ms，以指定脈沖寬度和周期。PTO脈沖個數(shù)范圍為1～429?496?295，周期為10～65?535μs或者2～65?535ms。2)與PLS指令相關(guān)的特殊寄存器的含義如果要裝入新的脈沖數(shù)(SMD72或SMD82)、脈沖寬度(SMW70或SMW80)和周期(SMW68或SMW78)，應(yīng)在執(zhí)行PLS指令前裝入這些值和控制寄存器，然后PLS指令會從特殊存儲器SM中讀取數(shù)據(jù)。這些特殊寄存器分為3大類：PTO/PWM功能狀態(tài)字、PTO/PWM功能控制字、PTO/PWM功能寄存器。這些寄存器的含義見表3-6～表3-8。使用與PTO/PWM功能相關(guān)的特殊寄存器SM時有以下幾點(diǎn)需要注意：(1)如果要裝入新的脈沖數(shù)(SMD72或SMD82)、脈沖寬度(SMW70或SMW80)或者周期(SMW68或SMW78)，應(yīng)該在執(zhí)行PLS指令前裝入這些數(shù)值到控制寄存器中。(2)如果要手動終止一個正在進(jìn)行的PTO包絡(luò)，則應(yīng)把狀態(tài)字中的用戶終止位SM66.5或者SM76.5)置1。(3)用一個PTO狀態(tài)字中的空閑位SM66.7(或SM76.7)來表示脈沖輸出完成，另外在脈沖串輸出完成時，可以執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序。當(dāng)使用多段操作時可以在整個包絡(luò)表之后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。四、任務(wù)實施某設(shè)備上有兩套步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)：步進(jìn)驅(qū)動器的型號為SH-2H042Ma；步進(jìn)電動機(jī)的型號為17HS111，是兩相四線直流24?V步進(jìn)電動機(jī)。要求：按下按鈕SB1時，步進(jìn)電動機(jī)帶動X方向和Y方向的機(jī)構(gòu)復(fù)位，當(dāng)X方向靠近開關(guān)SQ1時停止，當(dāng)Y方向靠近開關(guān)SQ2時停止，復(fù)位完成。請畫出I/O接線圖并編寫程序。1.使用高速脈沖輸出指令編寫程序1)主要軟硬件配置(1)?1套STEP7-Micro/WINV4.0。(2)?2臺型號為17HS111的步進(jìn)電動機(jī)。(3)?2臺型號為SH-2H042Ma的步進(jìn)驅(qū)動器。(4)?1臺CPU226CN。2)系統(tǒng)接線圖(1)步進(jìn)電動機(jī)與步進(jìn)驅(qū)動器的接線。本系統(tǒng)選用的步進(jìn)電動機(jī)是兩相四線的步進(jìn)電動機(jī)，其型號是17HS111，其接線原理圖如圖3-17所示(圖中只畫出一臺步進(jìn)電動機(jī))。其含義是：步進(jìn)電動機(jī)的四根引出線分別是紅色、綠色、黃色和藍(lán)色；其中紅色引出線應(yīng)該與步進(jìn)驅(qū)動器的A+?接線端子相連，綠色引出線應(yīng)與步進(jìn)驅(qū)動器的A-?接線端子相連，黃色引出線應(yīng)與步進(jìn)驅(qū)動器的B+?接線端子相連，藍(lán)色引出線應(yīng)與步進(jìn)驅(qū)動器的B-?接線端子相連。(2)?PLC與步進(jìn)電動機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動器的接線。步進(jìn)驅(qū)動器有共陰和共陽兩種接法，這與控制信號有關(guān)系，西門子PLC的輸出信號是?+24?V(即PNP接法)，應(yīng)采用共陰接法。所謂共陰接法就是步進(jìn)驅(qū)動器的DIR-、CP-?和電源的負(fù)極短接，如圖3-17所示。三菱PLC輸出的是低電位信號(即NPN接法)，應(yīng)采用共陽接法。步進(jìn)驅(qū)動器的驅(qū)動信號是?+5?V，而西門子輸出信號是?+24?V，顯然是不匹配的，解決辦法就是在PLC與步進(jìn)驅(qū)動器之間串聯(lián)一個2000?Ω電阻，起分壓作用，因此輸入信號近似等于?+5?V。有的資料指出串聯(lián)一個2000?Ω電阻是為了將輸入電流控制在10?mA，也就是起限流作用。這里電阻的限流或分壓作用的含義在本質(zhì)上是相同的。CP+?(CP-)是脈沖接線端子，DIR+?(DIR-)是方向控制信號接線端子。PLC接線圖如圖3-17所示。有的步進(jìn)驅(qū)動器只能采用共陽接法，如果使用西門子S7-200PLC控制這種類型的步進(jìn)驅(qū)動器，就不能直接連接，必須將PLC的輸出信號進(jìn)行反相。另外，還要注意，輸入端的接線采用PNP的接法，因此兩只接近開關(guān)是PNP型，若選用的是NPN型接近開關(guān)，那么接法就會不同。3)程序編寫復(fù)位主程序、子程序如圖3-18所示。4)關(guān)鍵點(diǎn)編寫這段程序的關(guān)鍵點(diǎn)在于初始化和強(qiáng)制使步進(jìn)電動機(jī)停機(jī)而對SMB67的設(shè)定，其核心都體現(xiàn)在對于SMB67寄存器的理解上。其中，SMB67?=?16#85的含義是PTO允許、選擇PTO模式、單段操作、時間基準(zhǔn)為微秒、PTO脈沖更新和PTO周期更新，SMB67=16#CB的含義是PTO禁止、選擇PTO模式、單段操作、時間基準(zhǔn)為微秒、PTO脈沖不更新和PTO周期不更新。2.使用位置控制向?qū)Ь幊炭刂撇竭M(jìn)電動機(jī)使用高速脈沖輸出指令控制PLC的高速輸出點(diǎn)對于步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制比較麻煩，特別是控制字不容易理解。我們可以使用STEP7-MicroWIN軟件中提供的位置控制向?qū)?，就很容易編寫程序了。下面具體介紹這種方法。1)位置向?qū)е噶钤O(shè)置(1)激活“位置控制向?qū)А薄４蜷_STEP7軟件，在主菜單“工具”中選中“位置控制向?qū)А弊硬藛危螕糁瑥棾鲅b置選擇界面，如圖3-19所示。(2)裝置配置。S7-22X系列PLC內(nèi)部有兩個裝置可以配置：一個是機(jī)載PTO/PWM發(fā)生器，一個是EM253位置模塊。位置控制向?qū)г试S配置以上兩個裝置中的任意一個。很顯然，我們選擇“PTO/PWM發(fā)生器”，如圖3-19中的“1”處，再單擊“下一步”按鈕。(3)指定一個脈沖發(fā)射器。S7-22X系列PLC內(nèi)部有兩個脈沖發(fā)生器(Q0.0和Q0.1)可供選用，本例選擇“Q0.0”，再單擊“下一步”按鈕，如圖3-20所示。(4)選擇PTO/PWM，應(yīng)選擇時間基準(zhǔn)?？蛇x擇Q0.0為脈沖串輸出(PTO)或脈沖寬度調(diào)制(PWM)配置脈沖發(fā)生器，控制步進(jìn)電動機(jī)，應(yīng)該選擇“線性脈沖串輸出(PTO)”，再單擊“下一步”按鈕，如圖3-21所示。若想監(jiān)視PTO產(chǎn)生的脈沖數(shù)目，則點(diǎn)擊復(fù)選框選擇使用高速計數(shù)器。(5)指定電動機(jī)速度。MAX_SPEED：在電動機(jī)扭矩能力范圍內(nèi)輸入應(yīng)用最佳的工作速度。驅(qū)動負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩由摩擦力、慣性和加速/減速時間決定。位置控制向?qū)嬎愫惋@示由位控模塊為指定的MAX_SPEED所能夠控制的最低速度。SS_SPEED：在電動機(jī)的能力范圍內(nèi)輸入一個數(shù)值，以低速驅(qū)動負(fù)載。如果SS_SPEED數(shù)值過低，電動機(jī)和負(fù)載可能會在運(yùn)動開始和結(jié)束時顫動或跳動。如果SS_SPEED數(shù)值過高，電動機(jī)可能在啟動時失步，并且在嘗試停止時，負(fù)載可能使電動機(jī)不能立即停止而多行走一段。在電動機(jī)的數(shù)據(jù)單中，對于電動機(jī)和給定負(fù)載，有不同的方式定義啟動/停止(或拉入/拉出)速度，通常SS_SPEED值是MAX_SPEED值的5%～15%。如圖3-22所示，在“1”和“3”處輸入最大速度、啟動和停止速度，再單擊“下一步”按鈕。(6)設(shè)置加速和減速時間。ACCEL_TIME(加速時間)：電動機(jī)從SS_SPEED加速至MAX_SPEED所需要的時間，默認(rèn)值為1000ms(1s)，本例選默認(rèn)值，如圖3-23所示的“1”處。DECEL_TIME(減速時間)：電動機(jī)從最大MAX_SPEED減速至SS_SPEED所需要的時間，默認(rèn)值為1000?ms(1?s)，本例選默認(rèn)值，如圖3-23所示的“2”處。之后單擊“下一步”按鈕。電動機(jī)的加速時間和減速時間應(yīng)經(jīng)過測試來確定，以ms為單位，開始時可輸入一個較大的值，逐漸減少這個時間值直至電動機(jī)開始失速，從而優(yōu)化應(yīng)用中的這些設(shè)置。(7)定義每個已配置的輪廓。先單擊如圖3-24所示“1”處的“新包絡(luò)”，彈出“2”處的“運(yùn)動包絡(luò)定義”對話框，再單擊“確定”按鈕，彈出如圖3-25所示的“運(yùn)動包絡(luò)定義”界面。先選擇操作模式，如圖3-25所示的“1”處，根據(jù)操作模式(相對位置或單速連續(xù)旋轉(zhuǎn))配置此輪廓；再在“2”和“3”處輸入目標(biāo)速度和結(jié)束位置脈沖；接著單擊“4”處的“繪制包絡(luò)”按鈕，包絡(luò)線生成，最后單擊“確定”按鈕。(8)設(shè)定輪廓數(shù)據(jù)的起始V存儲區(qū)地址。PTO向?qū)г赩存儲區(qū)中以受保護(hù)的數(shù)據(jù)塊形式生成PTO輪廓模板，在編寫程序時不能使用PTO向?qū)б呀?jīng)使用的地址，此地址段可以系統(tǒng)推薦，也可以人為地分配。人為分配的好處是PTO向?qū)д加玫牡刂范慰梢员荛_讀者習(xí)慣使用的地址段。設(shè)定輪廓數(shù)據(jù)的起始V存儲區(qū)地址，如圖3-26所示，本例設(shè)置為“VB1000”，再單擊“下一步”按鈕。(9)生成子程序。單擊“確定”按鈕可生成子程序，如圖3-27所示。至此PTO向?qū)У脑O(shè)置工作已經(jīng)完成，后續(xù)工作就是在編程時使用這些生成的子程序。2．子程序簡介(1)?PTOx_CTRL子程序：(控制)啟用和初始化與步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)合用的PTO輸出，在程序中只使用一次，并且確定在每次掃描時得到執(zhí)行。始終用SM0.0作為EN的輸入。PTOx_CTRL子程序的參數(shù)見表3-9。(2)PTOx_RUN子程序(運(yùn)行輪廓)：命令PLC執(zhí)行存儲于配置/輪廓表的特定輪廓中的運(yùn)動操作。開啟EN位會使用此子程序。PTOx_RUN子程序的參數(shù)見表3-10。(3)PTOx_MAN子程序(手動模式)：將PTO輸出置于手動模式。允許電機(jī)啟動、停止和按不同的速度運(yùn)行。當(dāng)PTOx_MAN子程序已啟用時，任何其他PTO子程序都無法執(zhí)行。PTOx_MAN子程序的參數(shù)見表3-11。3)編寫程序使用位置向?qū)Э刂苼砭帉懗绦驎容^簡單，但必須搞清楚三個子程序的使用方法，這是編寫程序的關(guān)鍵，其程序梯形圖如圖3-28所示。4)關(guān)鍵點(diǎn)使用指令向?qū)Ь帉懙某绦蚝啙崱⒎奖?，特別是控制步進(jìn)電動機(jī)加速啟動或減速停止，且能很好地避開步進(jìn)電動機(jī)失步問題。3.不使用步進(jìn)驅(qū)動器，PLC直接控制步進(jìn)電動機(jī)使用PLC直接控制步進(jìn)電動機(jī)時，可使用PLC產(chǎn)生控制步進(jìn)電動機(jī)所需要的各種時序脈沖。例如三相步進(jìn)電動機(jī)可采用三種工作方式：①三相單三拍，正向A—B—C，反向A—C—B；②單相雙三拍，正向AB—BC—CA，反向AC—CB—BA；③三相單六拍，正向A—AB—B—BC—C—CA，反向A—AC—C—CB—B—BA。根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)的工作方式以及所要求的頻率(步進(jìn)電動機(jī)的速度)，可畫出A、B、C各相的時序圖，并使用PLC產(chǎn)生各種時序的脈沖。1)采用西門子S7-200PLC控制三相步進(jìn)電動機(jī)要求通過PLC實現(xiàn)三相步進(jìn)電動機(jī)的啟?？刂?、正反轉(zhuǎn)控制，以及三種工作方式的切換控制(每相通電時間為1s)。2)程序的I/O分配根據(jù)控制要求，設(shè)置程序的I/O分配如表3-12所示。3)各種控制方式的時序圖(1)三相單三拍正向的時序圖如圖3-29所示。(2)三相雙三拍正向的時序圖如圖3-30所示。(3)三相單六拍正向的時序圖如圖3-31所示。4)程序編寫使用定時器產(chǎn)生不同工作方式下的工作脈沖，然后按照控制開關(guān)狀態(tài)輸出到各相對應(yīng)的輸出點(diǎn)以控制步進(jìn)電動機(jī)。(1)三相單三拍正向控制程序。按照圖3-29所示的時序圖編寫三相單三拍正向控制程序，如圖3-32所示。(2)三相雙三拍正向控制程序。按照圖3-30所示的時序圖編寫三相雙三拍正向控制程序，如圖3-33所示。

任務(wù)3使用MAP庫指令控制步進(jìn)電動機(jī)

一、任務(wù)引入在PLC控制步進(jìn)電動機(jī)的過程中，使用西門子公司新開發(fā)的MAP庫指令控制步進(jìn)電動機(jī)，比使用位置向?qū)е噶罹帉懙某绦蚋奖?，實際控制步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行更精確。本節(jié)的任務(wù)是使用MAP庫指令編程控制步進(jìn)電動機(jī)。二、任務(wù)分析通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實現(xiàn)以下知識目標(biāo)：(1)熟悉MAP庫指令的安裝方法。(2)熟悉MAP庫指令的輸入/輸出定義。(3)熟悉MAP庫指令的背景數(shù)據(jù)塊。(4)掌握MAP庫指令的使用方法及控制步進(jìn)電動機(jī)的編程方法。三、相關(guān)知識1.MAP庫指令的安裝方法現(xiàn)在，S7-200系列PLC本體PTO提供了應(yīng)用庫MAPSERVQ0.0和MAPSERVQ0.1，分別用于Q0.0和Q0.1的脈沖串輸出。MAP庫指令的安裝步驟如下：(1)打開STEP7編程軟件，在指令樹中打開“庫”，選中“庫”，單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出“添加/刪除庫”顯示框，如圖3-34所示。(2)在圖3-34中點(diǎn)擊“添加(A)”按鈕，在彈出的界面中將顯示多個添加的路徑，如圖3-35所示。(3)在圖3-35中，雙擊“絕對指令庫”，彈出如圖3-36所示的界面，分別點(diǎn)擊要安裝的庫指令“mapservq0.0.mwl”、“mapservq0.1.mwl”。保存完后，出現(xiàn)“添加/刪除庫”的界面，如圖3-37所示。(4)在圖3-37中，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，則被選中的“mapservq0.0.mwl”、“mapservq0.1.mwl”兩條庫指令被添加到STEP7編程軟件中，如圖3-38所示。2.每條庫指令的含義MAP庫指令分別對應(yīng)S7-200PLC的脈沖輸出點(diǎn)Q0.0、Q0.1，每點(diǎn)的庫指令含義相同，它們的功能如表3-13所示。為了很好地應(yīng)用該庫，需要在運(yùn)動軌跡上添加三個限位開關(guān)Home、Fwd_Limit和Rev_Limit，如圖3-39所示。Home為參考點(diǎn)接近開關(guān)，用于定義絕對位置C_Pos的零點(diǎn)。Fwd_Limit是正向限位開關(guān)，Rev_Limit是反向限位開關(guān)，兩者統(tǒng)稱為邊界限位開關(guān)。絕對位置C_Pos的計數(shù)值格式為DINT，所以其計數(shù)范圍為?-2?147?483?648～+?2?147?483?647。如果一個限位開關(guān)被運(yùn)動物件觸碰，則該運(yùn)動物件會減速停止，因此，限位開關(guān)的安置位置應(yīng)當(dāng)留出足夠的裕量?Smin，以避免物件滑出軌道盡頭。3.輸入/輸出點(diǎn)定義應(yīng)用MAP庫時，一些輸入/輸出點(diǎn)的功能被預(yù)先定義，如表3-14所示。4.?MAP庫的背景數(shù)據(jù)塊為了可以使用MAP庫，必須為該庫分配68B(每個庫)的全局變量，如圖3-40所示。庫存儲區(qū)在使用了MAP庫指令編程后才能分配存儲區(qū)。表3-15是使用該庫時所用到的最重要的一些變量(以相對地址表示)。5.庫指令塊介紹MAP庫中的指令塊全部是基于PLC-200的內(nèi)置PTO輸出來完成運(yùn)動控制的。此外，脈沖數(shù)將通過指定的高速計數(shù)器HSC進(jìn)行計量。HSC可用來中斷計算并觸發(fā)減速的起始點(diǎn)。1)?Q0_x_CTRL指令塊該指令塊用于傳遞全局參數(shù)，在每個掃描周期都需要被調(diào)用。該指令塊如圖3-41所示，功能描述如表3-16所示。Velocity_SS是最小脈沖頻率，是加速過程的起點(diǎn)和減速過程的終點(diǎn)。Velocity_Max是最大脈沖頻率，受限于電機(jī)最大頻率和PLC的最大輸出頻率。在程序中若輸入超出(Velocity_SS，Velocity_Max)范圍的脈沖頻率，將會被Velocity_SS或Velocity_Max所取代。accel_dec_time是由Velocity_SS加速到Velocity_Max所用的時間(或由Velocity_Max減速到Velocity_SS所用的時間，兩者相等)，規(guī)定為0.02～32.0s，但最好不要小于0.5s。注意：超出accel_dec_time范圍的值仍可以被寫入塊中，但是會導(dǎo)致定位過程出錯。2)Scale_EU_Pulse指令塊該指令塊用于將一個位置量轉(zhuǎn)化為一個脈沖量，因此它可將一段位移轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，或?qū)⒁粋€速度轉(zhuǎn)化為脈沖頻率。Scale_EU_Pulse指令塊如圖3-42所示，功能描述如表3-17所示。該功能塊的計算公式：3)?Scale_Pulse_EU指令塊該指令塊用于將一個脈沖量轉(zhuǎn)化為一個位置量，因此它可將一段脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為位移，或?qū)⒁粋€脈沖頻率轉(zhuǎn)化為速度。Scale_Pulse_EU指令塊如圖3-43所示，功能描述如表3-18所示。該功能塊的計算公式：4)?Q0_x_Home指令塊Q0_x_Home指令塊如圖3-44所示，功能描述如表3-19所示。該指令塊用于尋找參考點(diǎn)(零點(diǎn))，在尋找過程的起始，電機(jī)首先以Start_Dir的方向、Homing_Fast_Spd的速度開始尋找，在碰到邊界限位開關(guān)(“Fwd_Limit”或“Rev_Limit”)后，減速至停止，然后開始相反方向的尋找；當(dāng)碰到參考點(diǎn)開關(guān)(inputI0.0；withQ0_1_Home：I0.1)的上升沿時，開始減速到“Homing_Slow_Spd”。如果此時的方向與“Final_Dir”相同，則在碰到參考點(diǎn)開關(guān)下降沿時停止運(yùn)動，并且將計數(shù)器HC0的計數(shù)值設(shè)為“Position”中所定義的值。如果當(dāng)前方向與“Final_Dir”不同，則必然要改變運(yùn)動方向，這樣就可以保證參考點(diǎn)始終在參考點(diǎn)開關(guān)的同一側(cè)(具體是哪一側(cè)取決于“Final_Dir”)。尋找參考點(diǎn)的狀態(tài)可以通過全局變量“Homing_State”來監(jiān)測，如表3-20所示。5)?Q0_x_MoveRelative指令塊該指令塊用于讓軸按照指定的方向，以指定的速度，運(yùn)動指定的相對位移。Q0_x_MoveRelative指令塊如圖3-45所示，功能描述如表3-21所示。6)?Q0_x_MoveAbsolute指令塊該指令塊用于讓軸以指定的速度運(yùn)動到指定的絕對位置。Q0_x_MoveAbsolute指令塊如圖3-46所示，功能描述如表3-22所示。7)?Q0_x_MoveVelocity指令塊該指令塊用于讓軸按照指定的方向和頻率運(yùn)動，在運(yùn)動過程中可對頻率進(jìn)行更改。Q0_x_MoveVelocity指令塊如圖3-47所示，功能描述如表3-23所示。Q0_x_MoveVelocity指令塊只能通過Q0_x_Stop指令塊來停止軸的運(yùn)動，如圖3-48所示。8)?Q0_x_Stop指令塊該指令塊用于使軸減速直至停止。Q0_x_Stop指令塊如圖3-49所示，功能描述如表3-24所示。9)?Q0_x_LoadPos指令塊該指令塊用于將當(dāng)前位置的絕對位置設(shè)置為預(yù)置值。Q0_x_LoadPos指令塊如圖3-50所示，功能描述如表3-25所示。四、任務(wù)實施使用MAP庫指令驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)，使步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的滑塊能在如圖3-39所示的軌道上運(yùn)行。要求按下復(fù)位按鈕后，滑塊能回到零位；按下啟動按鈕，滑塊又能運(yùn)行到指定位置。1．主要軟硬件配置(1)?1套STEP-Micro/WINV4.0，且安裝MAP庫指令。(2)?1臺型號為17HS111的步進(jìn)電動機(jī)。(3)?1臺型號為SH-2H042Ma的步進(jìn)驅(qū)動器。(4)?1臺S7-226CNPLC。(5)?1臺配備有滑塊的導(dǎo)軌。2.系統(tǒng)接線圖使用一臺步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動滑塊，配置PLC輸出點(diǎn)Q0.0作高速脈沖輸出，此時PLC控制器自動定義輸出點(diǎn)Q0.2為步進(jìn)電動機(jī)方向控制，I0.0為參考點(diǎn)輸入，如表3-14所示。I2.0為復(fù)位(回零點(diǎn))按鈕，I1.5為停止按鈕，I1.6為到達(dá)第一段絕對位移的啟動按鈕，I1.7為到達(dá)第二段絕對位移的啟動按鈕。系統(tǒng)接線圖如圖3-51所示。3.系統(tǒng)I/O分配按圖3-51系統(tǒng)接線圖，分配程序所使用的輸入、輸出點(diǎn)如表3-26所示。4.系統(tǒng)控制程序系統(tǒng)控制程序如圖3-52所示。網(wǎng)絡(luò)1為Q0_0_CTRL脈沖控制指令，使用SM0.0使指令一直處于使能狀態(tài)，驅(qū)動PLC輸出點(diǎn)Q0.0輸出高速脈沖，啟動/停止頻率設(shè)置為每秒5000個脈沖，運(yùn)行最大頻率設(shè)置為每秒30000個脈沖，最大加減速時間范圍被規(guī)定為0.02～32.0s，但最好不要小于0.5s。這里設(shè)置為0.3?s，可根據(jù)實際需要更改?；瑝K運(yùn)行前限位開關(guān)為I0.3，滑塊運(yùn)行后限位開關(guān)為I0.2。網(wǎng)絡(luò)2為Q0_0_Home脈沖控制指令，I2.0為尋找參考點(diǎn)(零點(diǎn))的執(zhí)行位，參考點(diǎn)的絕對位移設(shè)置為0，尋找參考點(diǎn)的起始方向由M1.1控制，當(dāng)M1.1?=?0時步進(jìn)電動機(jī)反向運(yùn)行，M1.1=1時步進(jìn)電動機(jī)正向運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)3為Q0_0_Stop停止指令。因停止按鈕接成常閉，故所有程序中I1.5使用常閉觸點(diǎn)驅(qū)動停止執(zhí)行位。網(wǎng)絡(luò)4、5為Q0_0_MoveAbsolute絕對位置指令，該指令塊用于讓軸以指定的速度運(yùn)動到指定的絕對位置。網(wǎng)絡(luò)4的位置為反方向50000個脈沖，網(wǎng)絡(luò)5的位置為反方向30000個脈沖，運(yùn)動的速度為每秒20000個脈沖，驅(qū)動執(zhí)行位EXECUTE時必須使用上升沿。

任務(wù)4使用定位模塊控制步進(jìn)電動機(jī)

一、任務(wù)引入如果使用高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動機(jī)，那么必須具備兩個條件：一是PLC必須要有高速輸出點(diǎn)，二是輸出點(diǎn)必須是晶體管輸出。PLC集成的高速輸出點(diǎn)的頻率不夠高，因此對于要求較高的控制系統(tǒng)必須使用定位模塊。如何使用定位模塊編程控制步進(jìn)電動機(jī)就是本節(jié)要完成的任務(wù)。二、任務(wù)分析通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實現(xiàn)以下知識目標(biāo)：(1)熟悉定位模塊的結(jié)構(gòu)和功能。(2)熟悉定位模塊的使用方法。(3)掌握使用定位模塊控制步進(jìn)電動機(jī)的編程方法。三、相關(guān)知識1.使用定位模塊控制步進(jìn)電動機(jī)和使用高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動機(jī)的區(qū)別既然使用S7-200PLC的高速輸出點(diǎn)可以控制步進(jìn)電動機(jī)，為什么還要使用定位模塊控制步進(jìn)電動機(jī)呢？原因在于：(1)?S7-200PLC要用其高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動機(jī)，那么必須具備兩個條件：一是PLC必須有高速輸出點(diǎn)，二是輸出點(diǎn)必須是晶體管輸出。例如繼電器輸出的PLC即使有高速輸出點(diǎn)也不能控制步進(jìn)電動機(jī)。(2)?PLC集成的高速輸出點(diǎn)的頻率不夠高，以CPU226為例，其最高頻率只有20kHz，其使用范圍有限，而定位模塊EM253的最高頻率已達(dá)到200kHz。(3)從示波器觀測波形就可以看出，定位模塊高速脈沖的波品質(zhì)明顯優(yōu)于PLC內(nèi)部集成的高速輸出點(diǎn)，因此對于要求較高的控制系統(tǒng)必須使用定位模塊。(4)?PLC集成的高速輸出點(diǎn)功能還不夠強(qiáng)大。2．定位模塊EM253簡介相對PLC集成的高速輸出點(diǎn)，定位模塊EM253的功能強(qiáng)大，定位精度高，使用更加方便，具體特點(diǎn)如下：(1)可用于位置開環(huán)回路中，不可用于閉環(huán)位置模式；可用于1.1版本以上的CPU22X的擴(kuò)展模式，但由于CPU221自身不能帶擴(kuò)展模式，所以EM253不可作為CPU221的擴(kuò)展模塊。(2)可以提供12Hz～200kHz的脈沖頻率。(3)支持直線和S曲線。(4)提供螺距補(bǔ)償功能。(5)有絕對式、手動式和相對式等多種工作模式。(6)有四種回原點(diǎn)的方式。EM253定位模塊外形如圖3-53所示，其各接線端子的定義如表3-27所示。四、任務(wù)實施某設(shè)備上有一套步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)，步進(jìn)驅(qū)動器型號為SH-2H042Ma，步進(jìn)電動機(jī)的型號為17HS111，是兩相四線直流24V步進(jìn)電動機(jī)。要求：按下按鈕SB1時，步進(jìn)電動機(jī)帶動X方向運(yùn)動，步進(jìn)電動機(jī)上有兩個限位開關(guān)。請畫出I/O接線圖并編寫程序。1．主要軟硬件配置(1)?1套STEP-Micro/WINV4.0。(2)?1臺型號為17HS111的步進(jìn)電動機(jī)。(3)?1臺型號為SH-2H042Ma的步進(jìn)驅(qū)動器。(4)?1臺S7-226CNPLC。(5)?1臺EM253模塊。2.系統(tǒng)接線圖(1)步進(jìn)電動機(jī)是兩相四線的步進(jìn)電動機(jī)，其接線圖如圖3-54所示。步進(jìn)電動機(jī)的4根引出線分別是紅色、綠色、黃色和藍(lán)色，其中紅色引出線應(yīng)與步進(jìn)驅(qū)動器的A+?接線端子相連，綠色引出線應(yīng)與步進(jìn)驅(qū)動器的A-?接線端子相連，黃色引出線應(yīng)與步進(jìn)驅(qū)動器的B+?接線端子相連，藍(lán)色引出線應(yīng)與步進(jìn)驅(qū)動器的B-?接線端子相連。(2)步進(jìn)驅(qū)動器的脈沖輸入端子與定位模塊EM253的P0脈沖輸出端子相連，步進(jìn)驅(qū)動器的方向控制端子與P1端子相連，而步進(jìn)驅(qū)動器的V-?端子和EM253的M端子相連，達(dá)到共地的目的。由于本驅(qū)動器沒有使能端子，所以EM253的DIS端子不接線。3．系統(tǒng)的硬件組態(tài)(1)打開“位置控制向?qū)А迸渲霉ぞ摺榆浖TEP7-MicroWINV4.0，單擊導(dǎo)航欄的工具按鈕，再單擊“位置控制向?qū)А卑粹o，彈出“位置控制向?qū)А苯缑?，如圖3-55所示，也可以通過單擊主菜單下的“位置控制向?qū)А弊硬藛螌崿F(xiàn)。(2)選擇位置配置模式。圖3-55中，先選定“配置EM253位控模塊操作”，再單擊“下一步”按鈕。(3)讀取定位模塊EM253的邏輯位置。先設(shè)定模塊的位置，由于只有一個擴(kuò)展模塊，所以模塊位置為0。再單擊“讀取模塊”按鈕，彈出“3”處的信息，然后單擊“下一步”按鈕，讀取定位模塊EM253的邏輯位置，如圖3-56所示。(4)輸入系統(tǒng)的測量單位。圖3-56中，先在“1”處輸入電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一周應(yīng)輸出的脈沖數(shù)；再在“2”處輸入基準(zhǔn)測量單位，本例為“mm”；接著在“3”處輸電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生多少“mm”的運(yùn)動，這個數(shù)值與機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)；最后單擊“下一步”按鈕，如圖3-57所示。(5)定義模塊輸入信號LMT+、LMT-?和STP的功能。本任務(wù)選擇的都是“減速停止”，當(dāng)然也可根據(jù)實際需要選擇“立即停止”或“不停止”選項，如圖3-58所示。(6)定義電動機(jī)速度。根據(jù)需要定義電動機(jī)的最大速度、最低速度以及啟動/停止速度，再單擊“下一步”按鈕，如圖3-59所示。(7)定義手動操作的參數(shù)。設(shè)定點(diǎn)動時電動機(jī)的速度，再單擊“下一步”按鈕，如圖3-60所示。(8)加減速參數(shù)設(shè)定。加速時間就是從最低速度加速到最大速度所用的時間，設(shè)置在“1”處，減速時間就是從最高速度減速到最低速度所用的時間，設(shè)置在“2”處，再單擊“下一步”按鈕，如圖3-61所示。(9)設(shè)置運(yùn)動位置拐點(diǎn)參數(shù)。指定補(bǔ)償時間，若不補(bǔ)償則輸入“0”，再單擊“下一步”按鈕，如圖3-62所示。(10)設(shè)置模塊尋找原點(diǎn)位置參數(shù)。先選“1”處的選項，再單擊“下一步”按鈕，如圖3-63～圖3-65所示。(11)設(shè)定定位模塊EM253的運(yùn)動軌跡包絡(luò)。定位模塊EM253的運(yùn)動軌跡包絡(luò)設(shè)置，如圖3-66所示。(12)分配地址。先單擊“建議地址”按鈕，再單擊“下一步”按鈕，如圖3-67所示。(13)完成組態(tài)。單擊“完成”按鈕，結(jié)束組態(tài)，如圖3-68所示。4．程序編寫(1)子程序簡介。完成以上的配置后，STEP7-Micro/WINV4.0自動生成一系列子程序，以下重點(diǎn)介紹兩個子程序，即POSx_CTRL和POSx_GOTO。①POSx_CTRL子程序(控制)。啟用和初始化位控模塊的方法是自動命令位控模塊，每次S7-200更改為RUN模式時，載入配置/輪廓表。在項目中僅限使用一次本子程序，并確保程序在每次掃描時呼叫本子程序。應(yīng)將SM0.0(始終開啟)用作EN參數(shù)的輸入。MOD_EN參數(shù)必須開啟，才能啟用其他位置子程序向位控模塊發(fā)送命令。如果MOD_EN參數(shù)關(guān)閉，位模塊會異常中止所有正在執(zhí)行的命令。POSx_CTRL子程序的輸出參數(shù)提供位控模塊的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)位控模塊完成任何一個子程序時，Done參數(shù)會開啟。Error參數(shù)包含本子程序的結(jié)果。POSx_CTRL子程序各輸入/輸出的含義見表3-29。②POSx_GOTO子程序。該子程序命令位控模塊進(jìn)入所需的位置，開啟EN位也會啟用此子程序。在“完成”位發(fā)出子程序執(zhí)行已完成的信號前，應(yīng)確定EN位保持開啟。開啟START參數(shù)向位控模塊發(fā)出一個GOTO命令。對于在START參數(shù)開啟，且位控模塊當(dāng)前不繁忙時執(zhí)行的每次掃描，該子程序向位控模塊發(fā)送一個GOTO命令。為了確保僅發(fā)送了一個GOTO命令，應(yīng)使用邊緣探測元素以脈沖方式開啟START參數(shù)。Pos參數(shù)包含一個數(shù)值，用于指示移動的位置(絕對移動)或移動的距離(相對移動)。根據(jù)所選的測量單位，該數(shù)值是脈沖(DINT)或工程單位(REAL)數(shù)目。Speed參數(shù)用于確定移動的最高速度。其各輸入/輸出的含義見表3-30。(2)程序編寫。編寫如圖3-69所示的程序，將其下載到PLC，并運(yùn)行程序。當(dāng)合上SB1時，步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行；當(dāng)合上SB2或SB3時，步進(jìn)電動機(jī)停止；當(dāng)碰到硬件限位開關(guān)SQ1或SQ2時，步進(jìn)電動機(jī)也停止運(yùn)行。(3)關(guān)鍵點(diǎn)：首先硬件系統(tǒng)的接線要正確，并應(yīng)注意組態(tài)正確。EM253用于開環(huán)控制，含義是EM253不能接收反饋信號(如光電編碼器的信號)，并非指整個控制系統(tǒng)就是開環(huán)。當(dāng)EM253與伺服系統(tǒng)連接時，伺服驅(qū)動器與伺服電動機(jī)構(gòu)成自閉環(huán)系統(tǒng)，也可以說這個控制系統(tǒng)是閉環(huán)的。

任務(wù)5PLC伺服控制中的應(yīng)用

一、任務(wù)引入伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移(或轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟蹤輸入位移(或轉(zhuǎn)角)。如何使用伺服驅(qū)動器控制伺服電動機(jī)就是本節(jié)要完成的任務(wù)。二、任務(wù)分析通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實現(xiàn)以下知識目標(biāo)：(1)了解伺服電動機(jī)的工作原理。(2)了解松下MinasA4系列AC伺服驅(qū)動器的使用方法。(3)了解三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器的使用方法。(4)熟悉使用PLC伺服驅(qū)動器控制伺服電動機(jī)的編程方法。三、相關(guān)知識1.交流伺服電動機(jī)概述伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，又稱為隨動系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移(或轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟蹤輸入位移(或轉(zhuǎn)角)。交流伺服電動機(jī)通常是指兩相異步電動機(jī)。交流伺服電動機(jī)又稱為執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，將輸入的電壓信號變換成轉(zhuǎn)軸的角速度或角位移輸出。輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓，當(dāng)控制電壓的相位改變180°時，交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子就會反轉(zhuǎn)；當(dāng)改變控制電壓的大小時，交流伺服電動機(jī)隨之改變轉(zhuǎn)速。交流伺服電動機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，控制系統(tǒng)對電機(jī)的要求也在不斷提高：伺服電動機(jī)必須有寬廣的調(diào)速范圍，即伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓的改變能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；伺服電動機(jī)應(yīng)無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即要求交流伺服電動機(jī)的控制電壓降為零時能立即自行停轉(zhuǎn)；伺服電動機(jī)有快速響應(yīng)的特性，即電動機(jī)的機(jī)電時間常數(shù)要?。凰欧妱訖C(jī)應(yīng)有較大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和較小的轉(zhuǎn)動慣量，這樣電動機(jī)的轉(zhuǎn)速才能隨著控制電壓的改變而迅速變化。交流伺服電動機(jī)沒有換向器，具有構(gòu)造簡單、工作可靠、維護(hù)容易、效率較高、價格便宜以及不需整流電源設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛。交流伺服電動機(jī)分為同步電動機(jī)和異步電動機(jī)兩大類，按相數(shù)可分為單相、兩相、三相和多相。傳統(tǒng)交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)通常是采用籠型轉(zhuǎn)子兩相伺服電動機(jī)及空心杯轉(zhuǎn)子兩相伺服電動機(jī)，所以常把交流伺服電動機(jī)稱為兩相異步伺服電動機(jī)。2.松下MinasA4系列AC伺服驅(qū)動器1)伺服驅(qū)動器型號輸入電源：單相100VAC，50/60Hz；三相200VAC，50/60Hz。環(huán)境溫度：55℃。輸出轉(zhuǎn)矩：按額定轉(zhuǎn)矩輸出。電機(jī)轉(zhuǎn)速：按額定轉(zhuǎn)速輸出。松下AC伺服驅(qū)動器外形如圖3-70所示，型號說明如圖3-71所示。2)驅(qū)動器與伺服電動機(jī)的組合松下伺服驅(qū)動器與伺服電動機(jī)的組合如表3-31所示。3)幾種型號驅(qū)動器的技術(shù)規(guī)范幾種型號驅(qū)動器的技術(shù)規(guī)范如表3-32所示。4)?A4系列驅(qū)動器的接口端子(1)?A4系列A、B型驅(qū)動器的接口端子和連接口圖分別如圖3-72、圖3-73所示。(2)?A4系列C、D型驅(qū)動器的接口端子和連接口圖分別如圖3-74、圖3-75所示。圖3-73中的電源插頭X1：A、B型驅(qū)動器用04JFATSAXGF(J.S.T.公司生產(chǎn))；C、D型驅(qū)動器用05JFATSAXGF(J.S.T.公司生產(chǎn))。電源插頭X2：A～D型驅(qū)動器用6JFATSAXGF?(J.S.T.公司生產(chǎn))。插頭各端子說明如表3-33所示。旋轉(zhuǎn)編碼器插頭X6各端口功能如表3-34所示。(3)?7線制絕對式編碼器與驅(qū)動器信號端子接口X6的連接如圖3-76所示。絕對式編碼器用的電池(建議型號：3.6V，ER6V，Toshiba東芝)，接到第1和第2引腳之間。(4)?5線制增量式編碼器與驅(qū)動器信號端子接口X6的連接如圖3-77所示。(5)位置控制模式控制信號接線圖如圖3-78所示。3.三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器三菱MELSERVO-J2-Super系列(簡稱為MR-J2S)伺服驅(qū)動器是在MELSERVO-J2系列的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有更高性能、更多功能的伺服系統(tǒng)。該伺服驅(qū)動器有位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制3種控制模式，此外還有位置/速度控制、速度/轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)矩/位置控制等切換控制方式可供選擇。它不但可用于工作機(jī)械和一般工業(yè)機(jī)械等需要高精度位置控制和平穩(wěn)速度控制的場合，還可用于速度控制和張力控制的領(lǐng)域。三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器使用RS-232C和RS-422串行通信方式，通過安裝有伺服設(shè)置軟件的計算機(jī)，就能進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、試運(yùn)行、狀態(tài)顯示和增益調(diào)整等操作。三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)(p/r)的絕對位置編碼器，只要在伺服放大器上另加電池，就能構(gòu)成絕對位置系統(tǒng)。這樣在原點(diǎn)經(jīng)過設(shè)置后，當(dāng)電源重新投入使用或發(fā)送報警時，不需要再次原點(diǎn)復(fù)歸也能繼續(xù)工作。1)位置控制模式三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器可通過最大500kp/s的高速脈沖串控制電機(jī)速度和方向，其位置控制的分辨率為131072p/s；此外還提供了位置斜坡功能，并可以根據(jù)機(jī)械情況從兩種模式中進(jìn)行選擇。當(dāng)位置指令脈沖急劇變化時，該功能實現(xiàn)了平穩(wěn)的啟動和停止；通過實時自調(diào)整，可以根據(jù)機(jī)械的情況自動地設(shè)置增益。急劇加減速或過載而造成的主電路過流會影響功率器件，因此三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器采用了嵌位電路以限制輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩的限制可用模擬量輸入或參數(shù)設(shè)置的方法調(diào)整。2)速度控制模式三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器通過模擬速度指令(0～±10VDC)和參數(shù)設(shè)置的內(nèi)部設(shè)定(最大7速)，可對伺服電動機(jī)的速度和方向進(jìn)行高精度的平穩(wěn)控制；另外，還具有用于速度指令的加速時間常數(shù)設(shè)定功能、停止時的伺服鎖定功能或用于模擬量速度指令的偏置自動調(diào)整功能。3)轉(zhuǎn)矩控制模式三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器通過模擬量轉(zhuǎn)矩輸入指令(0～±8VDC)和參數(shù)設(shè)置的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩指令，可控制伺服的輸出轉(zhuǎn)矩；為防止無負(fù)載時電機(jī)速度過高，可通過模擬量輸入或參數(shù)設(shè)置來設(shè)定速度控制。4)三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器的型號三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器的型號如圖3-79所示。5)三菱MR-J2S伺服驅(qū)動器各部分的名稱三菱MR-J2S-100A以下伺服驅(qū)動器各部分的名稱如圖3-80所示。6)接線圖三菱MR-J2S-100A以下、三相200～230V或單相230V伺服驅(qū)動器接線圖如圖3-81所示。為了防止觸電，必須將伺服驅(qū)動器的保護(hù)接地(PE)端子與控制柜保護(hù)接地(PE)端子連接。注意：單相230V電源可用于MR-J2S-70A以下的伺服放大器電源，接L1、L2端子，L3端子不用連接。7)接頭和信號的排列圖3-82為接頭的針腳排列是從電纜接頭接線部分看到的圖樣。8)位置控制模式接線圖位置控制模式原理接線圖如圖3-83所示。四、任務(wù)實施1.控制要求本任務(wù)要求直接使用PLC的高速輸出點(diǎn)控制伺服系統(tǒng)。在前面介紹了直接使用PLC的高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動機(jī)，其實直接使用PLC的高速輸出點(diǎn)控制伺服電動機(jī)的方法與之類似，只不過后者略微復(fù)雜一些。某設(shè)備上有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)，伺服驅(qū)動器的型號為MR-J2S，伺服電動機(jī)的型號為HF-KE13W-S100，是三相交流伺服電動機(jī)。要求：按下按鈕SB1時，伺服電動機(jī)帶動系統(tǒng)向X方向移動，碰到SQ1停止；按下按鈕SB3時，伺服電動機(jī)帶動系統(tǒng)向X負(fù)方向移動，碰到SQ2時停止，Y方向靠近接近開關(guān)SQ2時停止；按下按鈕SB2和SB4時，伺服系統(tǒng)停機(jī)。試畫出I/O接線圖并編寫程序。2.主要軟硬件配置(1)1套STEP7-Micro/WINV4.0。(2)1臺型號為HF-KE13W-S100的伺服電動機(jī)。(3)1臺型號為MR-J2S的伺服驅(qū)動器。(4)1臺S7-224XpsiPLC。3.伺服電動機(jī)與伺服驅(qū)動器的接線、伺服系統(tǒng)選用的是三菱MR-J2S系列。伺服電動機(jī)和伺服驅(qū)動器的連線比較簡單，伺服電動機(jī)后面的編碼器與伺服驅(qū)動器的連線是由三菱公司提供的專用電纜，伺服驅(qū)動器端的接口是CN2，這根電纜一般不會接錯。伺服電動機(jī)上的電源線對應(yīng)連接到伺服驅(qū)動器上的接線端子0上。接線圖如圖3-84所示。4.?PLC伺服驅(qū)動器的連接線PLC伺服驅(qū)動器的供電電源可以是三相交流230V，也可以是單向交流230V，本例采用單向交流230?V供電，伺服驅(qū)動器的供電接線端子排是CNP1。PLC的高速輸出點(diǎn)與伺服驅(qū)動器的PP端子連接，PLC的輸出和伺服驅(qū)動器的輸入都是NPN型，因此是匹配的，PLC的1M必須和伺服驅(qū)動器的SG連接，以實現(xiàn)共地的目的。需要指出的是，不使用中間繼電器KA1、KA2、KA3也是可行的，可直接將PLC的Q0.2、Q0.3、Q0.4與伺服驅(qū)動器的3、4、5接線端子相連。連接時，務(wù)必注意PLC與伺服驅(qū)動器必須共地，否則不能形成回路；此外，三菱的伺服驅(qū)動器只能接受NPN信號，因此在選擇PLC時，要注意選用NPN輸出的PLC，西門子S7-200系列的PCL目前只有一款(CPU224XPsi)是NPN輸出。若讀者一定要選用PNP輸出PLC，則需要將信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通常處理信號比較麻煩而且效果要差一些。5.伺服電動機(jī)的參數(shù)設(shè)定用PLC的高速輸出點(diǎn)控制伺服電動機(jī)除了接線比用PLC的高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動機(jī)復(fù)雜外，還必須對伺服系統(tǒng)進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置，而控制步進(jìn)電動機(jī)不需要設(shè)置參數(shù)(細(xì)分的設(shè)置除外)。伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置如下：P0?=?0000，含義是位置控制，不進(jìn)行再生制動。P3?=?100，含義是齒輪比的分子。P4?=?1，含義是齒輪比的分母。P41?=?0，含義是伺服ON、正行程限位和反行程限位都通過外部信號輸入。雖然伺服驅(qū)動器的參數(shù)很多，但對于簡單應(yīng)用，只需要調(diào)整以上幾個參數(shù)就足夠了。設(shè)置完成以上參數(shù)后，不要忘記保存參數(shù)，伺服驅(qū)動器斷電后，以上設(shè)置才起作用。此外，剛開始編寫程序時輸入的脈沖數(shù)較少，而且齒輪比P3/P4又很小，系統(tǒng)運(yùn)行后，伺服電動機(jī)并未轉(zhuǎn)動，其實伺服電動機(jī)已旋轉(zhuǎn)，只不過肉眼沒有發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動，只要把輸入的脈沖數(shù)增加到足夠大，將齒輪比調(diào)大一些，就能發(fā)現(xiàn)伺服電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。6.控制程序的編寫用PLC的高速輸出點(diǎn)控制伺服電動機(jī)的程序與用PLC的高速輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電動機(jī)的程序類似，這里不做過多的解釋，其程序如圖3-85所示。當(dāng)完成系統(tǒng)接線、參數(shù)設(shè)定和程序下載后，壓下按鈕SB1時，伺服電動機(jī)正轉(zhuǎn)；壓下SB2或SB4時，伺服電動機(jī)停轉(zhuǎn)；按下SB3按鈕時，伺服電動機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)系統(tǒng)碰到行程開關(guān)SQ1或者SQ2時，伺服電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。7.信號的變換問題西門子的PLC的晶體管輸出多為PNP型(CPUX224Xpsi為NPN輸出，是最近才推出的產(chǎn)品)，而三菱的伺服驅(qū)動器多為NPN輸入，很顯然，三菱驅(qū)動器不能直接接受西門子的PNP信號。解決問題的方案就是將西門子的PLC的信號反向，如圖3-86所示，PLC的Q0.0輸出的信號經(jīng)過三極管SS8050后變成伺服驅(qū)動器可以接受的信號，從PP端子輸入。

任務(wù)6使用PPI協(xié)議實現(xiàn)兩臺PLC之間的通信

一、任務(wù)引入PPI是一個主從協(xié)議，主站向從站發(fā)出請求，從站作出應(yīng)答；從站不主動發(fā)出信息，而是等候主站向其發(fā)出請求或查詢，要求應(yīng)答。主站通過由PPI協(xié)議管理的共享連接與從站通信。如何使用PPI主從協(xié)議實現(xiàn)兩臺PLC之間的通信就是本節(jié)要完成的任務(wù)。二、任務(wù)分析通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實現(xiàn)以下知識目標(biāo)：(1)掌握PROFIBUS-DP總線的制作和使用方法。(2)掌握網(wǎng)絡(luò)讀/寫指令的使用方法。(3)掌握兩臺S7-200PLC之間進(jìn)行PPI通信的編程方法。三、相關(guān)知識1.PPI協(xié)議概述本任務(wù)使用的西門子S7-200PLC可以支持PPI通信、MPI通信(從站)、Modbus通信(從站)、USS通信、自由口協(xié)議通信、POOFIBUS-DP現(xiàn)場總線通信(從站)、ASI通信和以太網(wǎng)通信。PPI不限制與任何一臺從站通信的主站數(shù)目，但是無法在網(wǎng)絡(luò)中安裝32臺以上主站。PPI高級協(xié)議允許網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在設(shè)備之間建立邏輯邏輯。若使用PPI高級協(xié)議，每臺設(shè)備可提供的連接數(shù)目有限。表3-35顯示了S7-200提供的連接數(shù)目。PPI協(xié)議目前還沒有公開。如果在用戶程序中啟用PPI主站模式，S7-200CPU可在處于RUN(運(yùn)行)模式時用作主站，啟用PPI主站模式后，可以使用“網(wǎng)絡(luò)讀取”(NETR)或“網(wǎng)絡(luò)寫入”(NETW)指令從其他S7-200CPU讀取數(shù)據(jù)或向S7-200CPU寫入數(shù)據(jù)。S7-200用作PPI主站時，作為從站應(yīng)答來自其他主站的請求?？梢允褂肞PI協(xié)議與所有的S7-200CPU通信。如果與EM277通信，則必須啟用“PPI高級協(xié)議”。2．PPI通信系統(tǒng)連接在進(jìn)行PPI通信之前，首先需要認(rèn)知進(jìn)行PPI通信的主要硬件，即網(wǎng)絡(luò)連接器和通信連接電纜。1)網(wǎng)絡(luò)連接器網(wǎng)絡(luò)連接器是一種能與RS-485兼容并與通信電纜相連的9針D型連接器。一般來說，使用比較廣泛的是西門子網(wǎng)絡(luò)連接器，其引腳分配表如表3-36所示。西門子網(wǎng)絡(luò)連接器內(nèi)置有終端電阻和偏置電阻，通過網(wǎng)絡(luò)連接器上的開關(guān)切換終端電阻的接通或斷開，以控制后續(xù)網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸。終端電阻是在線型網(wǎng)絡(luò)兩端(相距最遠(yuǎn)的兩個通信端口上)的一對通信線上的并聯(lián)電阻。根據(jù)傳輸線理論，終端電阻可以吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射波，有效地增強(qiáng)信號強(qiáng)度。兩個終端電阻并聯(lián)后的值基本等于傳輸線在通信頻率上的特性阻抗。偏置電阻確保電氣情況復(fù)雜時A、B信號的相對關(guān)系，保證“0”、“1”信號的可靠性。一般來說，總線網(wǎng)絡(luò)都要使用終端電阻和偏置電阻，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接線非常短、進(jìn)行臨時或?qū)嶒炇覝y試時，可以不使用終端電阻和偏置電阻。西門子網(wǎng)絡(luò)連接器主要分為帶編程口和不帶編程口兩種類型。圖3-87所示為西門子網(wǎng)絡(luò)連接器，它用于一般聯(lián)網(wǎng)。帶編程口的西門子網(wǎng)絡(luò)連接器可以在聯(lián)網(wǎng)的同時仍然提供一個編程連接端口，用于編寫程序或者連接HMI設(shè)備等。2)通信連接電纜通信連接電纜有多種型號，其中使用比較廣泛的是PROFIBUS電纜，如圖3-88所示。該連接電纜是屏蔽雙絞線，可以減少線間的電磁干擾，在屏蔽層內(nèi)部有紅色和綠色兩根信號線，用于與網(wǎng)絡(luò)連接器連接。PROFIBUS電纜的最大長度取決于通信波特率和電纜的類型。當(dāng)進(jìn)行PPI通信系統(tǒng)連接時，需先將標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS電纜與網(wǎng)絡(luò)連接器連接制作成網(wǎng)絡(luò)連接線，具體過程如下：(1)利用電纜剝離器FCS將PROFIBUS電纜剝出一段長度的電纜皮，露出紅色和綠色的線芯，暫不剝離線芯保護(hù)層，如圖3-89所示。(2)用螺絲刀打開網(wǎng)絡(luò)連接器的電纜張力釋放壓塊，然后掀開線芯連接的位置，如圖3-90所示。(3)去除PROFIBUS電纜的紅、綠線芯保護(hù)層，裸露出少許銅線。將線芯根據(jù)對應(yīng)的顏色標(biāo)記插入網(wǎng)絡(luò)連接器的線芯鎖中，并用力壓下模塊，使內(nèi)部導(dǎo)體接觸，如圖3-91所示。需要注意的是，PROFIBUS電纜被剝出的屏蔽層應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)連接器屏蔽連接壓片充分接觸。(4)壓下網(wǎng)絡(luò)連接器的電纜張力釋放壓塊，擰緊螺釘，消除外部拉力對內(nèi)部連接的影響。當(dāng)進(jìn)行多個網(wǎng)絡(luò)連接器連接時，將PROFIBUS電纜一端線芯按顏色連接到首個網(wǎng)絡(luò)連接器的“出”端，注意要接好屏蔽線并擰緊螺釘；將PROFIBUS電纜另一端線芯按顏色連接到第二個網(wǎng)絡(luò)連接器的“進(jìn)”端，依次連接后面的網(wǎng)絡(luò)連接器。將需要連接的N個連接器(N<128)形成一個網(wǎng)絡(luò)，其連接示意圖如圖3-92所示。對多個網(wǎng)絡(luò)連接器組成的通信網(wǎng)絡(luò)，需要將首末兩個網(wǎng)絡(luò)連接器的終端電阻開關(guān)撥到“ON”處，中間網(wǎng)絡(luò)連接器的終端電阻開關(guān)均需撥到“OFF”處。3.網(wǎng)絡(luò)讀/寫指令的格式網(wǎng)絡(luò)的讀取(NETR)指令，通過指令的端口(POTR)根據(jù)表格(TBL)定義從遠(yuǎn)程設(shè)備收集數(shù)據(jù)，可從遠(yuǎn)程站最多讀取16個字節(jié)信息。網(wǎng)絡(luò)寫入(NETW)指令通過指定的端口(PORT)根據(jù)表格(TBL)定義向遠(yuǎn)程設(shè)備寫入數(shù)據(jù)，可向遠(yuǎn)程站最多寫入16個字節(jié)信息。程序中可以有任意數(shù)目的NETR/NETW指令，但在任何時間最多只能有8條NETR和NETW指令被激活。例如，在特定的同一時間內(nèi)可以有4條NETR和4條NETW指令(或者2條NETR和6條NETW指令)處于現(xiàn)用狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)讀/寫指令格式見表3-37。如果功能返回出錯信息，則狀態(tài)字中的E位置位。若要啟動“網(wǎng)路讀取/網(wǎng)絡(luò)寫入指令向?qū)А?，則選擇“工具”→“指令向?qū)А辈藛蚊睿缓髲摹爸噶钕驅(qū)А睂υ捒蛑羞x擇“網(wǎng)絡(luò)讀取/網(wǎng)路寫入”。網(wǎng)路讀/寫指令具有相似的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)以一個狀態(tài)字開始，主站的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)如圖3-93所示。遠(yuǎn)程站的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)如圖3-94所示。(1)通信模式由控制字的最低兩位“mm”決定。①mm?=?00：PPI從站模式(默認(rèn)為這個數(shù)值)。②mm?=?01：自由口模式。③mm?=?10：PPI主站模式。所以，只要將SMB30或SMB130賦值為2#10，即可將通信口設(shè)置為PPI主站模式。(2)控制位的“pp”是奇偶校驗選擇。①pp?=?00：無校驗。 ②pp?=?01：偶校驗。③pp?=?10：無校驗。 ④pp?=?10：奇校驗。(3)控制位的“d”是奇偶校驗選擇。①d?=?0：每個字符為8位。 ②d?=?1：每個字符為7位。(4)控制位的“bbb”是波特率選擇。①bbb?=?000：38400b/s。 ②bbb?=?001：19200b/s。③bbb?=?010：96000b/s。 ④bbb?=?011：4800b/s。⑤bbb?=?100：2400b/s。 ⑥bbb?=?101：1200b/s。⑦bbb?=?110：600b/s。 ⑧bbb?=?111：300b/s。四、任務(wù)實施1.控制要求本任務(wù)要求進(jìn)行兩臺PLC之間的PPI通信控制測試。主站2號PLC：在2號PLC作為主站發(fā)起啟動信號后，主站QB0的奇偶數(shù)燈間隔0.5s交替閃爍。從站3號PLC：當(dāng)主站奇偶數(shù)燈閃爍5次后，從站PLC的QB0偶數(shù)指示燈亮。停止：從站發(fā)出停止信號，主、從站PLC停止輸出。2.系統(tǒng)硬件組態(tài)將制作完成的PPI通信電纜的網(wǎng)絡(luò)連接器分別連接到2號PLC和3號PLC的端口0上，并將其用螺釘旋具鎖緊，以各網(wǎng)絡(luò)連接頭不出現(xiàn)松動為宜，完成兩臺PLC進(jìn)行PPI通信硬件上的連接。PPI網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)有兩種形式：一種是直接調(diào)用NETR/NETW指令配置PPI；另一種是利用指令向?qū)砼渲肞PI網(wǎng)絡(luò)。下面介紹通過指令向?qū)渲肞PI網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對上述兩臺PLC的PPI通信控制。配置主站2號PLC。在STEP-Micro/WIN中新建一個項目，在命令菜單中選擇“工具”→“指令向?qū)А?，在指令窗口中選擇“NETR/NETW”，如圖3-96所示。完成后單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入如圖3-97所示的“NETR/NETW指令向?qū)А睂υ捒?，在“您希望配置多少項網(wǎng)絡(luò)讀/寫操作？”中輸入“2”，配置完成后單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入如圖3-98所示的通信端口配置和子程序命名界面，在此選擇PLC的端口“0”作為通信端口；也可以給子程序命名或使用默認(rèn)的名稱，完成后單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入如圖3-99所示的網(wǎng)絡(luò)讀/寫操作配置界面。在“1”處的“此項操作是NETR還是NETW?”下拉列表中選擇配置“NETW”操作，在“2”處寫入遠(yuǎn)程PLC的數(shù)據(jù)長度為“1”字節(jié)，在“3”處的“遠(yuǎn)程PLC地址”選擇“3”，在“4”處設(shè)置本地PLC數(shù)據(jù)存儲在“VB0”中，寫入遠(yuǎn)程PLC的“VB0”中。單擊“下一項操作”按鈕，進(jìn)入如圖3-100所示的網(wǎng)絡(luò)讀/寫操作配置界面。在“1”處的“此項操作是NETR還是NETW？”下拉列表中選擇配置“NETR”操作，在“2”處寫入從遠(yuǎn)程PLC讀取的數(shù)據(jù)長度為“1”字節(jié)，在“3”處寫入選擇遠(yuǎn)程PLC地址為“3”，在“4”處設(shè)置本地PLC數(shù)據(jù)存儲在“VB1”中，從遠(yuǎn)程PLC的“VB1”中讀取數(shù)據(jù)。設(shè)置完成后單擊“下一步”按鈕。如上配置實現(xiàn)的兩臺PLC之間的數(shù)據(jù)通信區(qū)如圖3-101所示。進(jìn)入如圖3-102所示的配置分配存儲區(qū)界面。根據(jù)之前配置讀/寫的操作項，指定一個V存儲區(qū)地址范圍，或者直接使用向?qū)Ыㄗh一個合適且未使用的V存儲區(qū)地址范圍，完成后單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入如圖3-103所示的生成子程序及符號表界面。在此界面中，可以看到所選配置生成的項目組件——子程序“NET_EXE”和全局符號表“NET_SYMS”，單擊“完成”按鈕。3.子程序參數(shù)說明在程序編輯器指令樹的“調(diào)用子程序”中調(diào)用“NET_EXE(SBR1)”，出現(xiàn)如圖3-104所示的“NET_EXE”子程序。在此對NET_EXE子程序各參數(shù)說明如下：(1)必須在主程序中使用SM0.0，在每個周期內(nèi)調(diào)用NET_EXE子程序，以保證其正常運(yùn)行。(2)Timeout(超時參數(shù))：0為無定時器；1～36767為定時器數(shù)值，若通信超時，則報錯誤信息。(3)?Cycle(周期參數(shù))：在每次所有網(wǎng)絡(luò)操作完成時切換狀態(tài)。(4)?Error(錯誤參數(shù))：0?=?無錯誤；1?=?錯誤。4.程序編寫1)主、從站PLC通信地址設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)通信配置完成后，在程序編輯器中對2號PLC設(shè)置通道端口。選擇“系統(tǒng)塊”→“通信端口”，在“系統(tǒng)塊”對話框的通信端口界面設(shè)置“端口0”的PLC地址為“2”,選擇波特率為“9.6kb/s”，其余的選項選擇默認(rèn)值，如圖3-105所示。3號PLC的通信端口設(shè)置方式與2號PLC的設(shè)置方式相同，只是將“端口0”的PLC地址設(shè)為“3”(即2號PLC里配置的遠(yuǎn)程PLC地址)，如圖3-106所示。注意，必須保證PLC地址正確，同時還要保證兩臺PLC的通信端口的波特率一致。2)程序設(shè)計在兩臺PLC的通信參數(shù)設(shè)置完成后，分別在程序編輯器中按照之前的要求編寫通信測試程序。由于PPI協(xié)議是一種主從通信協(xié)議，所以只需在主站中調(diào)用網(wǎng)絡(luò)子程序，而從站中無需調(diào)用網(wǎng)絡(luò)子程序。圖3-107所示為2號主站PLC通信測