西門子S7-200-SMART-PLC原理及應(yīng)用教程課件第八章

第8章S7-200SMARTPLC運(yùn)動控制功能第一節(jié)PLC的開環(huán)運(yùn)動控制第二節(jié)PLC的步進(jìn)系統(tǒng)第三節(jié)變頻器的控制第一節(jié)PLC的開環(huán)運(yùn)動控制

為了配合步進(jìn)和伺服電動機(jī)的控制，西門子PLC內(nèi)置了脈沖輸出功能，并設(shè)置了相應(yīng)的控制指令，可以很好地對步進(jìn)和伺服電動機(jī)進(jìn)行控制。本節(jié)將重點(diǎn)講解西門子S7-200SMARTPLC脈沖輸出功能和步進(jìn)電動機(jī)的控制，伺服電動機(jī)的控制與步進(jìn)電動機(jī)的基本相同。S7-200SMARTCPU提供兩種方式的開環(huán)運(yùn)動控制：1．脈寬調(diào)制(PWM)：內(nèi)置于CPU中，常用于電動機(jī)調(diào)速、調(diào)節(jié)輸出電壓或控制比例閥的開度。2.運(yùn)動軸：內(nèi)置于CPU中，常用于驅(qū)動步進(jìn)和伺服系統(tǒng)進(jìn)行定位控制。CPU提供了最多三個數(shù)字量輸出（QO.O、QO.1和Q0.3），這三個數(shù)字量輸出可以通過PWM向?qū)ЫM態(tài)為PWM輸出，或者通過運(yùn)動向?qū)ЫM態(tài)為運(yùn)動控制輸出。當(dāng)作為PWM操作組態(tài)輸出時，輸出的周期是固定的，脈寬或脈沖占空比可通過程序進(jìn)行控制。脈寬的變化可在應(yīng)用中控制速度或位置。運(yùn)動軸提供了帶有集成方向控制和禁用輸出的單脈沖串輸出。運(yùn)動軸還包括可編程輸入，允許將CPU組態(tài)為包括自動參考點(diǎn)搜索在內(nèi)的多種操作模式。運(yùn)動軸為步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的速度和位置開環(huán)控制提供了統(tǒng)一的解決方案。8.1.1高速脈沖輸出指令

S7-200SMARTPLC配有2～3個PWM發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個脈沖調(diào)制波形。一個發(fā)生器輸出點(diǎn)是QO.O，另外兩個發(fā)生器輸出點(diǎn)是QO.1和Q0.3。當(dāng)QO.O、QO.1和Q0.3作為高速輸出點(diǎn)時，其普通輸出點(diǎn)被禁用，而當(dāng)不作為PWM發(fā)生器時，QO.O.QO．1和Q0.3可作為普通輸出點(diǎn)使用。經(jīng)濟(jì)型的S7-200SMARTPLC并沒有高速輸出點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)型的S7-200SMARTPLC才有高速輸出點(diǎn)，目前典型的兩個型號是CPUST40和CPUST600CPUST20只有兩個高速輸出通道，即QO.O和QO.1。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8-1。PWM提供三條通道，這些通道允許占空比可變的固定周期時間輸出，如圖8-1所示，PLS指令可以指定周期時間和脈沖寬度。以μs或ms為單位指定脈沖寬度和周期。8.1.1高速脈沖輸出指令

表8-1塊傳送指令

指令名稱梯形圖功能說明PLS指令

Q0.X:脈沖輸出范圍，為0時Q0.0輸出，為1時Q0.1輸出，為3時Q0.2輸出PWM的周期范圍為10～65535μs或者2～65535ms,PWM的脈沖寬度時間范圍為10～65535μs或者2～65535ms。圖8-1脈沖串輸出8.1.2與PWM相關(guān)的特殊寄存器的含義如果要裝入新的脈沖寬度（SMW70或SMW80）和周期（SMW68或SMW78），應(yīng)該在執(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)，并按照存儲數(shù)值控制PWM發(fā)生器。這些特殊寄存器分為三大類：PWM功能狀態(tài)字、PWM功能控制字和PWM功能寄存器。這些寄存器的含義見表8-2。表8-2

PWM的特殊存儲器Q0.1Q0.2Q0.3

SM67.0SM77.0SM567.0PWM刷新周期值 0：不刷新；

1：刷新SM67.1SM77.1SM567.1PWM刷新脈沖寬度值 0：不刷新；

1：刷新SM67.2SM77.2SM567.2保留SM67.3SM77.3SM567.3PWM時基選擇 0：1ms；

1：1msSM67.4SM77.4SM567.4保留SM67.5SM77.5SM567.5保留SM67.6SM77.6SM567.6保留SM67.7SM77.7SM567.7PWM允許 0：禁止；

1：允許SMW68SMW78SMW568PWM周期時間值（范圍：2～65535）SMW70SMW80SMW570PWM脈沖寬度值（范圍：0～65535）表8-3PWM的常用控制字節(jié)參考控制寄存器（十六進(jìn)制值）啟用時基脈沖寬度周期時間16#80是1μs/周期

16#81是1μs/周期

16#82是1μs/周期更新

16#83是1μs/周期更新更新16#88是1ms/周期

16#89是1ms/周期

更新16#8A是1ms/周期更新

16#8B是1ms/周期更新更新8.1.3PLS高速輸出指令舉例CPUST40的QO.O輸出一串脈沖，周期為100ms，脈沖寬度時間為20ms，要求有起停控制，梯形圖如圖8-2所示。圖8-2PWM脈沖輸出梯形圖8.1.4PWM向?qū)褂门e例初學(xué)者往往對于控制字的理解比較困難，但西門子公司設(shè)計了指令向?qū)Чδ?，讀者只要設(shè)置參數(shù)即可生成子程序，使得程序的編寫變得簡單。以下將介紹此方法。1.打開指令向?qū)?/p>

單擊菜單欄的“工具”→“PWM”，如圖8-4所示，彈出如圖8-4所示的界面。圖8-3打開PWM指令向?qū)?.選擇輸出點(diǎn)CPUST40有三個高速輸出點(diǎn)，本例選擇QO.O輸出，也就是勾選“PWMO”選項(xiàng)，同理如果要選擇QO.1輸出，則應(yīng)勾選“PWMl”選項(xiàng)，單擊“下一步”按鈕，如圖8-4所示。

圖8-4選擇輸出點(diǎn)3.子程序命名如圖8-5所示，可對子程序命名，也可以使用默認(rèn)的名稱，單擊“下一步”按鈕。圖8-5子程序命名4.選擇時間基準(zhǔn)WM的時間基準(zhǔn)有“毫秒”和“微妙”，本例選擇“毫秒”，如圖8-6所示，單擊“下一步”按鈕圖8-6選擇時間基準(zhǔn)

5完成指令向?qū)?/p>

如圖8-7所示，單擊“下一步”按鈕，彈出所示界面，單擊“生成”按鈕，完成向?qū)гO(shè)置，生成子程序“WMO_RUN”，讀者可以在“項(xiàng)目樹”中的“調(diào)用子例程”中找到。圖8-7完成向?qū)В?）

圖8-8完成向?qū)В?）6.編寫梯形圖

在梯形圖如圖8-9所示。其功能與圖8-2的梯形圖完全一樣，但相比而言此梯形圖更加簡潔，也更加容易編寫。圖8-9梯形圖第二節(jié)S7-200SMARTPLC的步進(jìn)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)簡介步進(jìn)電動機(jī)（脈沖電動機(jī)）是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移的電動機(jī)，即給一個脈沖電信號，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度或前進(jìn)一步，角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。

步進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)：在負(fù)載能力范圍內(nèi)不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動而變化；適用于開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化；步進(jìn)電動機(jī)可在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率調(diào)速；能夠快速啟動、反轉(zhuǎn)和制動；很適合微型機(jī)控制，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。

主要應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、

軋鋼機(jī)、記錄儀等方面。

對步進(jìn)系統(tǒng)基本的控制要求是：1.臺邑迅速啟動、正／反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)，在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速。2.要求一個脈沖對應(yīng)的位移量小，步距小，精度高，不得丟步或越步。(3)輸出轉(zhuǎn)矩大，直接帶負(fù)載。

步進(jìn)電機(jī)按勵磁方式，分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)適習(xí)范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單。步進(jìn)電機(jī)工作原理

反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)是利用磁阻轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動的。以三相反應(yīng)式步進(jìn)g機(jī)為例：定子6極不帶小齒，每兩個相對的極上繞有了控制繞組；轉(zhuǎn)子有4個齒，齒寬等于定子的極靴寬。1.三相單三拍運(yùn)行。

三相是指步進(jìn)電動機(jī)具有三相定子繞組；單是指每次只有一相繞組通電；三拍是指三次換接為一個循環(huán)，即按A-B-C-A……方式運(yùn)行的稱為三相單三拍運(yùn)行。如圖8-10。圖8-10單三拍工作過程

當(dāng)A相通電，B、C相不通電時，由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子A極軸線對齊。同理斷開A接通B時、斷開B接通C時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30o。按A-B-C-A……接通和斷開控制繞組轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)速取決于控制繞組通、斷電的頻率，轉(zhuǎn)向取決于通電的順序。2.三相六拍運(yùn)行。

供電方式是A-AB-B-BC-C-CA-A……共有6種通電狀態(tài)，每一個循環(huán)換接(次，這6種通電狀態(tài)中有時只有一相繞組通電(如A相)，即單拍，有時有兩相繞組同時通電（如A相和B相），即雙拍，故稱三相單雙六拍。圖8-11所示為按這種方式對控制繞組供電時轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形。圖8-11單雙六拍工作過程3.三相雙三拍運(yùn)行。通電方式為AB-BC-CA-AB……轉(zhuǎn)過30o。4.基本特點(diǎn)(1)步進(jìn)電動機(jī)工作時，每相繞組由專門驅(qū)動電源通過“環(huán)形分配器”按一定規(guī)律輪流通電，如三相雙三拍運(yùn)行的環(huán)形分配器輸入是一路，輸出有A、B、C三路。若開始是A、B兩路有電壓，輸入一個控制脈沖后就變成B、C兩路有電壓，再輸入一個脈沖后變成C、A兩路有電壓，再輸入一個電脈沖后變成A、B兩路有電壓。環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號，經(jīng)過各自的放大器放大后送入步進(jìn)電動機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電動機(jī)一步步轉(zhuǎn)動。如圖8-12所示。圖8-12步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖(2)步距角為每輸入一個脈沖電信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，用θb表示。當(dāng)電動機(jī)按三相單三拍運(yùn)行A-B-C-A……順序通電時，換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為1/3齒距角；轉(zhuǎn)子需要走3步，才轉(zhuǎn)過一個齒距角。當(dāng)按三相六拍運(yùn)行A-AB-B-BC-C-CA-A……順序通電時，換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為1/6齒距角；轉(zhuǎn)子需要68步才轉(zhuǎn)過一個齒距角。齒距角為轉(zhuǎn)子相鄰兩齒間的夾角，用θt表示。式中，ZR為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；N為運(yùn)行拍數(shù)。要提高工作精度就要求步距角很小。要想減小步距角可以增加拍數(shù)N，從而增加相數(shù)電源及電機(jī)的結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)一般做到六相，個別也有八相的或更多；一臺步進(jìn)電動機(jī)有兩個步距角，如1.5o/0.75o、1.2o/0.6o、3o/1.5o等。增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR，步距角也可減小，所以反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)一般很多。通常反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的步距角為零點(diǎn)幾度到幾度。(3)步進(jìn)電動機(jī)可按指令進(jìn)行角度控制和速度控制。1）角度控制。每輸入一個脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸轉(zhuǎn)過一個角度，輸出軸轉(zhuǎn)動的角位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。2）速度控制。送入步進(jìn)電動機(jī)的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。每輸入一個脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度是整個圓周角的1／(ZRN)，因此每分鐘轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的圓周數(shù)即為轉(zhuǎn)速，用n表示。式中f為控制脈沖的頻率；轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，與電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān)。(4)步進(jìn)電動機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)控制電脈沖停止輸入，讓最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時，電動機(jī)保持在最后一個脈沖控制的角位移的終點(diǎn)位置。步進(jìn)電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)停車時轉(zhuǎn)子定位。S7-200SMARTPLC與步進(jìn)電機(jī)的連接隨著步進(jìn)電動機(jī)在各方面的廣泛應(yīng)用，步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動裝置也從分立元件電路發(fā)展到集成元件電路，目前已發(fā)展到系列化、模塊化的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器。這些對于步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，不僅提供了模塊化的選擇，而且簡化了設(shè)計過程，提高了效率與系統(tǒng)運(yùn)行能可靠性。

不同生產(chǎn)廠家的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器雖然標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，但其接口定義基本相同，只要了解接口中接線端子、標(biāo)準(zhǔn)接口及撥動開關(guān)的定義和使用，即可利用驅(qū)動器構(gòu)成步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)。圖8-13西門子S7-200SMARTPLC與步進(jìn)驅(qū)動器的連接原理圖。圖8-13PLC與步進(jìn)驅(qū)動器的連接驅(qū)動器個接口的含義如表8-4所示，平時用到的小型比步進(jìn)電機(jī)多為兩相，上圖為四線接法。

表8-4驅(qū)動器引腳信號名說明信號名說明PUL+脈沖信號(+)輸入ENABLE+使能信號(+)輸入PUL-脈沖信號（-）輸入ENABLE-使能信號（-）輸入DIR+方向電平信號(+)輸入VAC驅(qū)動器的電源接口DIR-方向電平信號（-）輸入A+、A-、B+、B-步進(jìn)電機(jī)A相、B相接口

注意：一般步進(jìn)驅(qū)動器默認(rèn)的信號電壓為5V，我們的PLC的使用電壓一般為24V，如果直接接入步進(jìn)驅(qū)動器會燒壞驅(qū)動器，所以需要外接一個電阻來分壓，一般為2kQ，具體參照說明書。S7-200SMARTPLC控制步進(jìn)電動機(jī)實(shí)例1.控制任務(wù)描述剪切機(jī)上有1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24V步進(jìn)電動機(jī)，用于送料，送料長度是200mm，當(dāng)送料完成后，停1s開始剪切，剪切完成2s后，再自動進(jìn)行第二個循環(huán)。要求：按下按鈕SB1開始工作，按下按鈕SB2停止工作。SB1接入I0.0輸入點(diǎn)，SB2接入I0.1輸入點(diǎn)。PLC的輸出和驅(qū)動器的接線如圖8-13所示。2.硬件組態(tài)

高速輸出有PWM模式和運(yùn)動軸模式，對于較復(fù)雜的運(yùn)動控制顯然用運(yùn)動軸模式控制更加便利。以下將具體介紹這種方法。(1)激活“運(yùn)動控制向?qū)А贝蜷_STEP7軟件，在主菜單“工具”欄中單擊“運(yùn)動”選項(xiàng)，彈出裝置選擇界面，如圖8-14所示。圖8-14激活“運(yùn)動控制向?qū)А?2)選擇需要配置的軸CPUST40系列PLC內(nèi)部有三個軸可以配置，本例選擇“軸O”即可，如8-15所示，再單擊“下一步”。

圖8-15選擇需要配置的軸(3)為所選擇的軸命名為所選擇的軸命名，本例為默認(rèn)的“軸O”，再單擊“下一步”按鈕，如圖8-16所示。

(4)輸入系統(tǒng)的測量系統(tǒng)在“選擇測量系統(tǒng)”選項(xiàng)中選擇“工程單位”。由于步進(jìn)電動機(jī)的步距角為1.8。，所以電動機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要200個脈沖，所以“電機(jī)一次旋轉(zhuǎn)所需的脈沖”為“200"；“測量單位”設(shè)為“mm”；“電機(jī)一次旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生多少mm運(yùn)動”為“10”；這些參數(shù)與實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)，再單擊“下一步”按鈕，如圖8-17所示。

圖8-17輸入系統(tǒng)的測量系統(tǒng)(5)設(shè)置脈沖方向輸出設(shè)置有幾路脈沖輸出，其中有單相（1個輸出）、雙向（2個輸出）和正交（2個輸出）三個選項(xiàng)，本例選擇“單相（1個輸出）”；再單擊“下一步”，按鈕，如圖8-18所示。(6)分配輸入點(diǎn)本例中不用LMT+（正限位輸入點(diǎn)）、LMT一（負(fù)限位輸入點(diǎn)）、RPS（參考點(diǎn)輸入點(diǎn)）和ZP（零脈沖輸入點(diǎn)），所以可以不設(shè)置。直接選中“STP”（停止輸入點(diǎn)），選擇“啟用”，停止輸入點(diǎn)為“IO.1”，指定相應(yīng)輸入點(diǎn)有效時的響應(yīng)方式為“減速停止”，指定輸入信號有效電平為“高”電平有效，再單擊，“下一步”按鈕，如圖8-19所示。

圖8-18設(shè)置脈沖方向輸出

圖8-19分配輸入點(diǎn)(7)指定電動機(jī)速度

MAX_SPEED：定義電動機(jī)運(yùn)動的最大速度。SS_SPEED：根據(jù)定義的最大速度，在運(yùn)動曲線中可以指定的最小速度。如果SS_SPEED數(shù)值過高，電動機(jī)可能在起動時失步，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。停止速度也為SS_SPEED

在圖8-20中，分別設(shè)置最大速度、最小速度、起動和停止速度，再單擊“下一步”按鈕。

圖8-20指定電動機(jī)速度

(8)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=1000ms(ls)，本例選默認(rèn)值，如圖8-21所示。DECEL_TIME（減速時間）：電動機(jī)從MAX_SPEED減速至SS_SPEED所需要的時間，默認(rèn)值=1000ms(1s)，本例選默認(rèn)值，如圖8-21所示。再單擊“下一步”按鈕。

圖8-21設(shè)置加速和減速時間(9)為配置分配存儲區(qū)

指令向?qū)г赩內(nèi)存中以受保護(hù)的數(shù)據(jù)塊頁形式生成子程序，在編寫程序時不能使用PTO向?qū)б呀?jīng)使用的地址，此地址段可以由系統(tǒng)推薦，也可以人為分配，人為分配的好處是可以避開讀者習(xí)慣使用的地址段。為配置分配存儲區(qū)的Ⅶ內(nèi)存地址如圖8-22所示，本例設(shè)置為“VBO～B92”，再單擊“下一步”按鈕。

圖8-22為配置分配存儲區(qū)(10)完成組態(tài)單擊“下一步”按鈕，如圖8-23所示。彈出如圖7-21所示的界面，單擊“生成”按鈕，完成組態(tài)。\圖8-23完成組態(tài)3.常用運(yùn)動子程序簡介

完成向?qū)ЫM態(tài)后我們只需從左側(cè)項(xiàng)目樹中的“調(diào)用子例程”中找到對應(yīng)的子程序調(diào)用進(jìn)行編程即可，如圖8-24所示。

圖8-25中AXISO_CTRL：初始化子程序。項(xiàng)目中只對每條運(yùn)動軸使用此子例程一次，并且確保程序會在每次掃描時調(diào)用此子例程。EN：使能。此處用SMO.O一直接通，確保每次掃描時調(diào)用。MOD_EN：必須開啟才能啟用其他運(yùn)動控制子例程向運(yùn)動軸發(fā)送命令。如果MOD_EN參數(shù)關(guān)閉，則運(yùn)動軸會中止所有正在進(jìn)行的命令，此處SMO.O開啟。

Done：完成標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)動軸完成任何一個子例程時，Done參數(shù)會開啟，即發(fā)脈沖時為OFF，停止時為ON，通常使用上升沿檢測。C_Pos：表示運(yùn)動軸的當(dāng)前位置。根據(jù)測量單位，該值是脈沖數(shù)(DINT)或工程單位數(shù)(REAL)oC_Speed：表示運(yùn)動軸的當(dāng)前速度。如果組態(tài)運(yùn)動軸為相對脈沖，則C_Speed是一個DINT數(shù)值，單位為脈沖數(shù)／秒。如果組態(tài)運(yùn)動軸為工程單位，則CSpeed是一個REAL數(shù)值，基本單位為工程數(shù)／秒(REAL)oC_Dir：表示電動機(jī)的當(dāng)前方向位。信號狀態(tài)O=正向；信號狀態(tài)1=反向。

圖8-24子程序調(diào)用

圖8-25初始化子程序圖8-26中AXISO_GOTO表示自動單段定量子程序?？梢栽O(shè)置為相對，也可以設(shè)置為絕對。EN：啟用此子例程，確保EN位保持開啟，直至Done位指示子例程執(zhí)行已經(jīng)完成。START：開啟會向運(yùn)動軸發(fā)出GOTO命令。在START參數(shù)開啟且運(yùn)動軸不繁忙時，每次掃描向運(yùn)動軸發(fā)送一個GOTO命令。為了確保僅發(fā)送了一個GOTO命令，請使用邊沿檢測元素用脈沖方式開啟START參數(shù)。Pos：指示要移動的位置（絕對移動）或要移動的距離（相對移動）。如果所選的測量系統(tǒng)為相對脈沖，則該值為脈沖數(shù)(DINT)；如果所選的測量系統(tǒng)為工程單位，則該值為基本單位數(shù)(REAL)。相對時設(shè)定為正數(shù)正轉(zhuǎn)、負(fù)數(shù)反轉(zhuǎn)，絕對時會自動識別當(dāng)前位置在目標(biāo)位置是正方向還是負(fù)方向，從而控制電動機(jī)的正／反轉(zhuǎn)。Speed：指定移動的最高速度。根據(jù)所選的測量單位，該值是脈沖數(shù)/秒(DINT)或工程數(shù)／秒(REAL)。Mode：移動的類型。O表示絕對位置，1表示相對位置，2表示單速連續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，3表示單速連續(xù)反向旋轉(zhuǎn)。Abort：停止位，觸發(fā)運(yùn)動軸停止執(zhí)行此命令并減速，直至電動機(jī)停止為止。第四節(jié)順序控制實(shí)例本例梯形圖程序采用邏輯指令實(shí)現(xiàn)，如圖6-23所示，其它方法讀者自行分析。程序的執(zhí)行過程如下:首次掃描時，SMO.1接通一個掃描周期，使繼電器MO.O變?yōu)镺N，初始步變?yōu)榛顒硬?，等待起動命令。按下起動按鈕SB1，輸入信號IO.O為ON，自動運(yùn)行之前兩個鉆頭在最上面，上限位開關(guān)I0.3和I0.5為ON，此時繼電器MO.1的工作條件滿足，繼電器IO.1變?yōu)镺N，步M0.1變?yōu)榛顒硬蕉跏疾組O.0為靜止步，輸出信號QO.0為ON，接觸器KMl線圈得電，控制夾緊電磁閥通電夾緊工件，夾緊到位后開關(guān)SQ1動作，輸入信號IO．1為ON，其常開接點(diǎn)接通即滿足轉(zhuǎn)換條件，這時步M0.1變?yōu)椴换顒硬?，而步M0.2和步MIO.5同時變?yōu)榛顒硬剑刂戚敵鲂盘朡O.1和QO.3同時為ON，控制接觸器KM2和KM4線圈得電，大小鉆頭同時向下運(yùn)動進(jìn)行鉆孔。當(dāng)兩個孔鉆完，大、小鉆頭分別碰到各自的下限位開關(guān)SQ2和SQ3，輸入信號I0.2和I0.4有效，使步MO.3和步MO.6變?yōu)榛顒硬剑刂戚敵鲂盘朡O.2和QO.4同時為ON，控制接觸器KM3和KM5線圈得電，兩個鉆頭分別向上運(yùn)動，碰到各自的上限位開關(guān)SQ4和SQ5，輸入信號I0.3和I0.5有效，控制輸出信號QO.2和QO.4同時為OFF，大小鉆頭停止上行，兩個等待步M0.4和MO.7變?yōu)榛顒硬健Ｖ灰組O.4和M0.7同時為ON，使Ml.O為ON，步Ml.O也變?yōu)榛顒硬?，同時步M10.4和MO.7變?yōu)椴换顒硬?，控制輸出信號QO.5為ON，控制接觸器KM6線圈得電，工件被松開，限位開關(guān)I0.7變?yōu)镺N，使繼電器MO.O變?yōu)镺N，步MO.7變?yōu)椴换顒硬?，初始步變?yōu)榛顒硬剑到y(tǒng)返回初始狀態(tài)，等待起動命令。圖8-26單段定量子程序4.編寫梯形圖程序數(shù)據(jù)塊賦值如圖8-27所示，梯形圖如圖8-28所示。

圖8-27數(shù)據(jù)塊賦值圖8-28梯形圖第三節(jié)變頻器的控制

西門子變頻器參數(shù)設(shè)定變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，工業(yè)上經(jīng)常采用變頻器對電動機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。西門子標(biāo)準(zhǔn)傳動變頻器的型號為MicroMaster410/420/430/440，簡稱為MM410/420/430/440，如表8-5所示。MicroMaster4系列分為恒定轉(zhuǎn)矩（CT）和可變轉(zhuǎn)矩（VT）兩類變頻器，根據(jù)外形尺寸、電源形式和功率不同又分為多種不同型號，用戶應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用場合，選擇合適的變頻器。表8-5西門子變頻器的型號與特點(diǎn)型號功率/kW主要特點(diǎn)MM4100.12～0.75廉價型MM4200.12～11通用型MM4307.5～250風(fēng)機(jī)和水泵專用型MM4400.12～250適用于一切傳動裝置的矢量型變頻器的參數(shù)很多，如果沒有特殊要求，絕大多數(shù)的參數(shù)可以默認(rèn)為出廠時的設(shè)置值。需要設(shè)定的參數(shù)主要有控制方式參數(shù)和電動機(jī)參數(shù)等。變頻器的控制方式主要有操作面板控制和外部信號控制兩種。操作面板控制就是用變頻器本身的操作面板進(jìn)行啟、停、正反轉(zhuǎn)和改變轉(zhuǎn)速等操作；外部信號控制指變頻器按外部的輸入信號來改變電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。變頻器的外部信號主要有數(shù)字信號、模擬信號（4～20mA或0～10V）和網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)。用戶應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要選擇控制方式，然后按照說明書設(shè)定參數(shù)。西門子變頻器MM410/420/430/440的使用和設(shè)置方法相似，本書主要以MM440為例進(jìn)行介紹，具體使用時需要參考相關(guān)的產(chǎn)品手冊。MM變頻器隨機(jī)供應(yīng)的面板為狀態(tài)顯示板SDP，SDP只能進(jìn)行簡單的顯示和調(diào)節(jié)。要改變MM變頻器的參數(shù)需要用基本操作板BOP或高級操作板AOP。變頻器MM的操作與參數(shù)設(shè)置經(jīng)常在BOP上完成。BOP是變頻器的配件，需要單獨(dú)訂購，其使用方法如表8-6所示。顯示/按鈕功能功能說明

狀態(tài)顯示LCD顯示變頻器當(dāng)前的設(shè)定值

起動變頻器按此鍵起動變頻器。默認(rèn)值運(yùn)行時此鍵是被封鎖的。為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)定P0700=1，參數(shù)P1000也應(yīng)設(shè)置為1

停止變頻器OFF1：按此鍵，變頻器將按選定的斜坡下降速率減速停車。默認(rèn)值運(yùn)行時此鍵被封鎖。為了允許此鍵操作，應(yīng)設(shè)定P0700=1OFF2：按此鍵兩次（或一次，但時間較長）電動機(jī)將在慣性作用下自由停車。此功能總是“使能”的

改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向按此鍵可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。電動機(jī)的反向用負(fù)號（－）表示或用閃爍的小數(shù)點(diǎn)表示。默認(rèn)值運(yùn)行時此鍵是被封鎖的。為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)定P0700=1

電動機(jī)點(diǎn)動在變頻器無輸出的情況下按此鍵，將使電動機(jī)起動，并按預(yù)設(shè)定的點(diǎn)動頻率運(yùn)行。釋放此鍵時，變頻器停車。如果變頻器/電動機(jī)正在運(yùn)行，按此鍵將不起作用

功能此鍵用于瀏覽輔助信息。變頻器運(yùn)行過程中，在顯示任何一個參數(shù)時按下此鍵并保持不動2s，將顯示以下參數(shù)值（在變頻器運(yùn)行中，從任何一個參數(shù)開始）：1.直流回路電壓（用d表示，單位V）；2.輸出電流（A）；3.輸出頻率（Hz）；4.輸出電壓（用o表示，單位V）；5.由P0005選定的數(shù)值（如果P0005選擇顯示上述參數(shù)中的任何一個<3，4或5>，這里將不再顯示）。連續(xù)多次按下此鍵，將輪流顯示以上參數(shù)。此鍵還有跳轉(zhuǎn)功能。在顯示任何一個參數(shù)（rXXXX或PXXXX）時短時間按下此鍵，將立即跳轉(zhuǎn)到r0000，如果需要，可以接著修改其他的參數(shù)。跳轉(zhuǎn)到r0000后，按此鍵將返回原來的顯示點(diǎn)

設(shè)置與訪問參數(shù)按此鍵可設(shè)置和訪問參數(shù)

增加數(shù)值按此鍵可增加面板上顯示的參數(shù)數(shù)值

減少數(shù)值按此鍵可減少面板上顯示的參數(shù)數(shù)值在設(shè)置中，經(jīng)常要恢復(fù)為出廠默認(rèn)值。通過表8-7的設(shè)置，恢復(fù)出廠默認(rèn)值。表8-7參數(shù)恢復(fù)為出廠默認(rèn)值參數(shù)號設(shè)置值說明P001030工廠的設(shè)定值P09701參數(shù)復(fù)位

下面將對一個三相交流電動機(jī)進(jìn)行控制。變頻器中需要設(shè)置電動機(jī)參數(shù)，如表8-8所示。參數(shù)號出廠值設(shè)置值說明P000311用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級P001001快速調(diào)試P010000功率用kW表示，頻率為50HzP0304230220電動機(jī)額定電壓（V）P03053.253.3電動機(jī)額定電流（A）P03070.750.75電動機(jī)額定功率（kW）P03105050電動機(jī)額定頻率（Hz）P031101395電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）P001000變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)在MM440上，除了主電路之外，控制端子的連接對于變頻器控制很重要。MM440的控制端子如圖8-29所示，端子的定義如表8-9所示。圖8-29MM440的控制端子表8-9MM440的控制端子及其功能端子名稱位置或端口編號說明DIP開關(guān)左上角DIP開關(guān)2撥到OFF的位置，表示工頻為50Hz。DIP開關(guān)1不供用戶使用電源輸出端子1和210V直流電源輸出模擬量輸入（兩組）端子3和4，端子10和11通過模擬量輸入調(diào)節(jié)輸出頻率（需要設(shè)置為模擬量輸入控制模式）數(shù)字量輸入端子5、6、7、8、16、17，公共端9和286位可編程數(shù)字量輸入，對電動機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、固定頻率設(shè)定等控制模擬量輸出（兩組）端子12和13，端子26和27模擬量輸出USS-協(xié)議端29和30RS485（USS-協(xié)議）端輸出繼電器觸頭18、19、20、21、22、23、24和25輸出繼電器觸頭（8個）過熱保護(hù)輸入14和15電動機(jī)過熱保護(hù)輸入端變頻器的多段調(diào)速

用一臺繼電器輸出CPUSR40(DC/AC／繼電器)，控制一臺MM440變頻器，當(dāng)按下按鈕SB1時，三相異步電動機(jī)以5Hz正轉(zhuǎn)，當(dāng)按下按鈕SB2時，三相異步電動機(jī)以15Hz正轉(zhuǎn)，當(dāng)按下按鈕SB3時，三相異步電動機(jī)以15Hz反轉(zhuǎn)，已知電動機(jī)的功率為0.06kW，額定轉(zhuǎn)速為1430r/min，額定電壓為380V，額定電流為0.35A，額定頻率為50Hz，設(shè)計方案，并編寫程序。1．硬件配置接線如圖8-30所示。圖8-30硬件接線原理圖控制按鈕SB1、SB2和SB3為三段速選擇按鈕，按下SB4電機(jī)停止；DIN1、DIN2為MM440的速度選擇輸入，DIN3為方向控制信號。2．參數(shù)的設(shè)置多段調(diào)速時，當(dāng)DIN1端子與變頻器的24V連接時對應(yīng)一個頻率，當(dāng)DIN1和DIN2端子同時與變頻器的24V連接時再對應(yīng)一個頻率，DIN3端子與變頻器的24V接通時為反轉(zhuǎn)，DIN3端子與變頻器的24V不接通時為正轉(zhuǎn)。變頻器參數(shù)見表8-10。表8-10變頻器參數(shù)序號變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說明1P0304230380電動機(jī)的額定電壓(380V)2P03051.80.35電動機(jī)的額定電流(0.35A)3P03070.750.06電動機(jī)的額定功率(60W)4P031050．OO50．OO電動機(jī)的額定頻率(50Hz)5P031101430電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(1430r/min)6Pl00023固定頻率設(shè)定7P1080OO電動機(jī)的最小頻率(OHz)8P10825050．OO電動機(jī)的最大頻率(50Hz)9P11201010斜坡上升時間(10s)10P11211010斜坡下降時間(10s)11P070022選擇命令源（由端子排輸入）12P0701l16固定頻率設(shè)定值(直接選擇選擇+ON)13P07021216固定頻率設(shè)定值(直接選擇選擇+ON)14P0703912反轉(zhuǎn)15Pl0010．OO5固定頻率l16P10025．OO10固定頻率2當(dāng)QO.O為1時，變頻器的9號端子與DIN1端子連通，電動機(jī)以SHZ（固定頻率1）的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，固定頻率1設(shè)定在參數(shù)Pl001中；當(dāng)QO.O和QO.1同時為1時，DIN1和DIN2端子同時與變頻器的24V（端子9）連接，電動機(jī)以15Hz(固定頻率1+固定頻率2)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，固定頻率2設(shè)定在參數(shù)P1002中。修改參數(shù)P0701，對應(yīng)設(shè)定數(shù)字輸入1(DINl)的功能；修改參數(shù)P0702，對應(yīng)設(shè)定數(shù)字輸入2(DIN2)的功能，依此類推。3．編寫程序，如圖8-31所示。圖8-31梯形圖西門子變頻器模擬量控制

數(shù)字量多段調(diào)速可以設(shè)定速度段數(shù)量是有限的，不能做到無級調(diào)速，而外部模擬量輸入可以做到無級調(diào)速，也容易實(shí)現(xiàn)自動控制，而且模擬量可以是電壓信號或者電流信號，使用比較靈活，因此應(yīng)用較廣。用一臺PLC對變頻器進(jìn)行調(diào)速，已知電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)，功率為0.06kW，額定轉(zhuǎn)速為1430r/min，額定電壓為380V，額定電流為0.35A，額定頻率為50HZ。1．硬件配置接線將PLC、變頻器、模擬量輸出模塊EMAQ02和電動機(jī)按照如圖8-32所示接線。圖8-32模擬量控制硬件接線原理圖接線時一定要把變頻器的OV和AIN-短接，PLC的2M與變頻器的OV也要短接，否則不能進(jìn)行調(diào)速。2．設(shè)置變頻器的參數(shù)序號變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說明1P0304230380電動機(jī)的額定電壓(380V)2P03053.250.35電動機(jī)的額定電流(0.35A)3P03070.750.06電動機(jī)的額定功率(60W)4P031050．OO50．OO電動機(jī)的額定頻率(50Hz)5P0311O1430電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(1430r/min)6P070022選擇命令源（由端子排輸入）7P0756O1選擇ADC的類型（電流信號）8Pl00022頻率源（模擬量）9P701l1數(shù)字量輸入13．編寫程序模擬量輸出梯形圖如下，當(dāng)啟動按鈕按下時，程序向AQW16寫速度控制量，如圖8-33所示。圖8-33梯形圖西門子變頻器網(wǎng)絡(luò)控制1.USS協(xié)議簡介USS協(xié)議（UniversalSerialInerfaceProtocol，通用串行接口協(xié)議）是西門子公司所有傳動產(chǎn)品的通用通信協(xié)議，它是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的協(xié)議。USS協(xié)議是主-從結(jié)構(gòu)的協(xié)議，規(guī)定了在USS總線上可以有一個主站和最多31個從站；總線上的每個從站都有一個站地址（在從站參數(shù)中設(shè)定），主站依靠它識別每個從站；每個從站也只對主站發(fā)來的報文做出響應(yīng)并回送報文，從站之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。另外，還有一種廣播通信方式，主站可以同時給所有從站發(fā)送報文，從站在接收到報文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后，可不回送報文。

（1）．使用USS協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)1)對硬件設(shè)備要求低，減少了設(shè)備之間的布線。2)無需重新連線就可以改變控制功能。3)可通過串行接口設(shè)置來改變傳動裝置的參數(shù)。4)可實(shí)時監(jiān)控傳動系統(tǒng)。

（2）USS通信硬件連接注意要點(diǎn)1)條件許可的情況下，USS主站盡量選用直流型的CPU（針對S7-200SMART系列）。2)一般情況下，USS通信電纜采用雙絞線即可（如常用的以太網(wǎng)電纜），如果干擾比較大，可采用屏蔽雙絞線。3)在采用屏蔽雙絞線作為通信電纜時，如果把具有不同電位參考點(diǎn)的設(shè)備互連，會造成在互連電纜中產(chǎn)生不應(yīng)有的電流，從而造成通信口的損壞。所以要確保通信電纜連接的所有設(shè)備，共用一個公共電路參考點(diǎn)，或是相互隔離的，以防止不應(yīng)有的電流產(chǎn)生。屏蔽線必須連接到機(jī)箱接地點(diǎn)或9針連接插頭的插針1。建議將傳動裝置上的OV端子連接到機(jī)箱接地點(diǎn)。

4)盡量采用較高的波特率，通信速率只與通信距離有關(guān)，與干擾沒有直接關(guān)系。5)終端電阻的作用是用來防止信號反射的，并不用來抗干擾。如果在通信距離很近、波特率較低或點(diǎn)對點(diǎn)的通信的情況下，可不用終端電阻。多點(diǎn)通信的情況下，一般也只需在USS主站上加終端電阻就可以取得較好的通信效果。6)不要帶電插拔USS通信電纜，尤其是正在通信過程中，這樣極易損壞傳動裝置和PLC的通信端口。如果使用大功率傳動裝置，即使傳動裝置掉電后，也要等幾分鐘，讓電容放電后，再去插拔通信電纜。2.USS通信的應(yīng)用

用一臺CPUST40對變頻器進(jìn)行USS無級調(diào)速，已知電動機(jī)的功率為0.06kW，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，額定電壓為380V，額定電流為0.35A，額定頻率為50HZ。請制定解決方案。1)硬件配置接線圖8-34硬件連接原理圖圖8-34中，串口的第3腳與變頻器的29腳相連，串口的第8腳與變頻器的30腳相連，并不需要占用PLC的輸出點(diǎn)。圖8-33的USS通信連接是要求不嚴(yán)格時的做法，一般的工業(yè)現(xiàn)場不宜采用，工業(yè)現(xiàn)場的PLC端應(yīng)使用專用的網(wǎng)絡(luò)連接器，且終端電阻要接通，如圖8-35所示，變頻器端的連接圖如圖8-36所示，在購買變頻器是附帶有所需的電阻，并不需要另外購置。還有一點(diǎn)必須指出：如果有多臺變頻器，則只有最末端的變頻器需要接入如圖8-26的電阻。圖8-35網(wǎng)絡(luò)連接器圖8-36變頻器端連接圖器2)相關(guān)指令介紹

(1)初始化指令USS_INIT指令被用于啟用和初始化或禁止驅(qū)動器通信。在使用任何其他USS協(xié)議指令之前，必須執(zhí)行USS_INIT指令，且無錯。一旦該指令完成，立即設(shè)置“完成”位，才能繼續(xù)執(zhí)行下一條指令。EN輸入打開時，在每次掃描時執(zhí)行該指令。僅限為通信狀態(tài)的每次改動執(zhí)行一次USS_INIT指令。使用邊緣檢測指令，以脈沖方式打開EN輸入。欲改動初始化參數(shù)，執(zhí)行一條新USS_INIT指令。USS輸入數(shù)值選擇通信協(xié)議：輸入值1將端口O分配給USS協(xié)議，并啟用該協(xié)議；輸入值O將端口O分配給PPI，并禁止USS協(xié)議oBAUD（波特率）將波特率設(shè)為1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、19200bit/s、38400bit/s、57600bit/s或115200bit/SoACTIVE（激活）表示激活驅(qū)動器。當(dāng)USS_INIT指令完成時，DONE（完成）輸出打開。“錯誤”輸出字節(jié)包含執(zhí)行指令的結(jié)果。USS_INIT指令格式見表8-12。表8-12USS_INIT指令格式梯形圖輸入/輸出含義數(shù)據(jù)類型

EN使能BOOLMode模式BYTEBaud通信的波特率DWORDPort設(shè)置物理通信端口(O：CPU中集成的RS485,1：信號板上的RS485或RS232)BYTEActive激活驅(qū)動器DWORDDone完成初始化BOOLError錯誤代碼BYTE站點(diǎn)號具體計算如8-13表：表8-13站點(diǎn)號激活D31D30D29D28…D19D18D17D16…D3D2DlDOOOOO

O1OO

OOOODO～D31代表32臺變頻器，要激活某一臺變頻器，就將該位置1，上面的表格將18號變頻器激活，其十六進(jìn)制表示為16#000400000若要將所有32臺變頻器都激活，則ACTIVE為16#FFFFFFFF。(2)控制指令USS_CTRL指令被用于控制ACTIVE（激活）驅(qū)動器。USS_CTRL指令將選擇的命令放在通信緩沖區(qū)中，然后送至編址的驅(qū)動器（DRIVE（驅(qū)動器）參數(shù)），條件是已在USS_INIT指令的ACTIVE（激活）參數(shù)中選擇該驅(qū)動器。每臺驅(qū)動器僅限指定一條USS_CTRL指令。USS_CTRL指令格式見表8-14。表8-14USS_CTRL指令格式梯形圖輸入/輸出含義數(shù)據(jù)類型

EN使能BOOLRUN模式BOOLOFF2允許驅(qū)動器滑行至停止BOOLOFF3命令驅(qū)動器迅速停止BOOLF_ACK故障確認(rèn)BOOLDIR驅(qū)動器應(yīng)當(dāng)移動的方向BOOLDrive驅(qū)動器的地址BYTEType選擇驅(qū)動器的類型BYTESpeed_SP驅(qū)動器速度DWORDResp_R收到應(yīng)答B(yǎng)OOLError通信請求結(jié)果的錯誤字節(jié)BYTEStatus驅(qū)動器返回的狀態(tài)字原始數(shù)值WORDSpeed全速百分比DWORDD_Dir表示驅(qū)動器的旋轉(zhuǎn)方向BOOLinhibit驅(qū)動器上的禁止位狀態(tài)BOOLRun_EN驅(qū)動器運(yùn)動時為1，停止時為OBOOLFault故障位狀態(tài)BOOLUSS_CTRL指令具體描述如下。EN位必須打開，才能啟用USS_CTRL指令。該指令應(yīng)當(dāng)始終啟用。RUN