高 挺，朱曉民，張 希，程 金

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

基于S120伺服驅動模塊111報文的西門子S7-300程序模塊設計

高 挺，朱曉民，張 希，程 金

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

針對自動化系統(tǒng)中集成S120伺服驅動模塊時遇到的控制及通訊難題，設計了基于111報文的S7-300通訊控制程序模塊Servo120。使得從事自動化工作的工程師可以通過該模塊簡單、快捷的實現S7控制系統(tǒng)與S120伺服驅動模塊的通訊，并通過報文方式實現S7-300PLC對S120伺服驅動模塊的速度與位置控制。模塊對報文中的控制及狀態(tài)字進行詳細解析，大大提高了調試診斷效率。并設置了多點聯(lián)動，速度轉換等模式，極大的方便了現場應用，提高了系統(tǒng)集成過程的效率并降低了操作難度。

S120伺服驅動模塊；111報文；程序模塊

0　引言

當今，企業(yè)對生產設備的要求是設備生產成本越來越低，但同時能夠提供越來越高的生產效率。SINAMICSS120伺服驅動模塊因恰恰能滿足這些方面的要求而被廣泛應用于自動化系統(tǒng)中。對于自動化系統(tǒng)集成商而言，伺服系統(tǒng)的好處雖然很多，但其與中央控制器的融合過程往往因工程師經驗不足等原因而變得比較困難。本文以S7-300與S120通訊的111報文為基礎，對其進行深入解讀，設計出一款專用通訊控制程序模塊。為S120伺服驅動模塊在以S7-300為核心的自動化系統(tǒng)中的應用帶來了極大的便利。

1　模塊設計的硬件配置及軟件環(huán)境

通訊控制程序模塊的設計是基于S7-300的PLC與S120通訊111報文的，因此模塊環(huán)境平臺的搭建如下：在S7硬件中配置S120硬件（如圖1硬件配置），在整個項目中集成S7-300CPU作為整個系統(tǒng)的核心控制器、S120伺服驅動模塊、MP277人機交互觸摸屏系統(tǒng)（如圖2項目配置），以圖3網絡連接所示的方式通過PROFIBUS網絡組成統(tǒng)一的系統(tǒng)。

軟件環(huán)境需要使用SIMATIC Manager V5.5、Starter、SIMATIC WinCC flexible 2008等編程軟件。

圖1　硬件配置

圖2　項目配置

圖3　網絡連接

2　軟件程序模塊Servo120設計

1）輸入輸出接口設置

圖4　輸入接口

輸入接口包括設備的上電狀態(tài)、安全狀態(tài)、極限開關狀態(tài)、維修插銷狀態(tài)、以及設備的運行狀態(tài)等狀態(tài)信息；報警復位按鈕、抱閘模式選擇、HMI點動行選擇、移動指令、移動模式設定等指令模式信息；系統(tǒng)絲杠導程、每轉的脈沖數等系統(tǒng)參數信息。方便調試工程師各種輸入信息的調整，如圖4所示。

圖5　輸出接口

輸出接口包括反饋的伺服系統(tǒng)運行狀態(tài)、錯誤報警信息、控制狀態(tài)字信息、消息報錯代碼以及伺服當期位置等基本信息。從而幫助調試工程師通過輸出反饋進行診斷，便于設備調試，如圖5所示。

2）模塊內部時鐘設置

模塊內置單獨脈沖驅動時鐘，不占用系統(tǒng)定時器資源，減少了模塊程序使用時由于定時器的使用導致的系統(tǒng)內部沖突，如圖6所示。

3）模塊控制字狀態(tài)字解析

圖6　模塊內部時鐘

圖7　狀態(tài)字解析

程序模塊內部將控制字和狀態(tài)字以二進制變量形式進行逐點解析，便于以更詳細的狀態(tài)展示當前系統(tǒng)的問題?？梢愿玫谋阌谡{試工程師進行狀態(tài)分析，如圖7所示。

4）模塊操作模式設定

程序模塊根據輸入設定及最廣泛的應用方式設定伺服驅動模塊的工作狀態(tài)，修改相應參數將可以修改伺服的運行模式狀態(tài)，如圖8所示。

5）伺服移動位置給定及位置到達判定，如圖8所示。

3　程序模塊的使用

將多種功能融為一體的程序模塊Servo120，最多可實現16個可變位置的伺服定位控制；可以手動切換抱閘工作模式；能實現多點聯(lián)動，并按照預設位置自動切換移動速度；同時實現HMI行的自動配置，點動前后移動控制；以及絲杠導程、單轉脈沖的單獨配置；同時對報警狀態(tài)、控制字狀態(tài)字及實際位置進行實時顯示。

圖8　操作模式設定

圖9　位置設定及判定

伺服驅動模塊使用之前，應先設置當前系統(tǒng)需要的所有位置及速度信息（即需首先完成圖10Target參數數組的賦值）。設置完成后，即可啟動移動指令，如圖11所示）。

圖10　目標位置速度

圖11　移動指令當前位置

Target數組可存儲16個位置和速度數據，能滿足大多數自動化設備專機使用。Action_position移動指令數組可接收對應的移動指令，并在Present_position數組中反饋當前移動位置。

圖12　速度位置設定

簡單給程序模塊Servo120賦值即可完成位置和速度的設定，把設定值作為變量關聯(lián)到HMI人機界面上將實現位置和移動速度的可視化修改，為設備的調整提供了便利務件。給Servo120程序模塊發(fā)出伺服移動指令Action position［n］，Servo120程序模塊將控制伺服驅動模塊以設定速度移動到相應設定位置n，并反饋到位信號。

圖13　移動指令

4　結論

本文設計了一種基于西門子111報文的S7-300的PLC與S120伺服驅動模塊通訊控制模塊Servo120。該模塊在大眾211項目中得到驗證并廣泛應用。程序模塊Servo120運行穩(wěn)定可靠、兼容性好、并且擴展性強。項目中廣泛的應用使得項目調試進度大大提高，并減少了出錯率，提高了控制系統(tǒng)伺服驅動部分的穩(wěn)定性，充分體現了模塊化程序的優(yōu)越性。該模塊會為帶有S120伺服驅動模塊的項目，在實施中提供了一務快捷、可靠的解決方案。

［1］ 阮毅.陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)--運動控制系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

Siemens S7-300 program modules design based on 111 packets of S120 servo system

GAO Ting， ZHU Xiao-min， ZHANG Xi， CHENG Jin

TP23

B

1009-0134（2016）10-0067-03

2016-08-15

高挺（1980 -），男，哈爾濱人，工程師，本科，主要從事流體傳動系統(tǒng)與汽車制造裝備的設計研究工作。