高 挺，朱曉民，張 希，程 金

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

基于S120伺服驅(qū)動模塊111報文的西門子S7-300程序模塊設(shè)計

高 挺，朱曉民，張 希，程 金

（北京機(jī)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(qū)動模塊時遇到的控制及通訊難題，設(shè)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(xiàn)S7控制系統(tǒng)與S120伺服驅(qū)動模塊的通訊，并通過報文方式實現(xiàn)S7-300PLC對S120伺服驅(qū)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(jìn)行詳細(xì)解析，大大提高了調(diào)試診斷效率。并設(shè)置了多點聯(lián)動，速度轉(zhuǎn)換等模式，極大的方便了現(xiàn)場應(yīng)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(qū)動模塊；111報文；程序模塊

0　引言

當(dāng)今，企業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備的要求是設(shè)備生產(chǎn)成本越來越低，但同時能夠提供越來越高的生產(chǎn)效率。SINAMICSS120伺服驅(qū)動模塊因恰恰能滿足這些方面的要求而被廣泛應(yīng)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(jīng)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(chǔ)，對其進(jìn)行深入解讀，設(shè)計出一款專用通訊控制程序模塊。為S120伺服驅(qū)動模塊在以S7-300為核心的自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用帶來了極大的便利。

1　模塊設(shè)計的硬件配置及軟件環(huán)境

通訊控制程序模塊的設(shè)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(qū)動模塊、MP277人機(jī)交互觸摸屏系統(tǒng)（如圖2項目配置），以圖3網(wǎng)絡(luò)連接所示的方式通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)連接

2　軟件程序模塊Servo120設(shè)計

1）輸入輸出接口設(shè)置

圖4　輸入接口

輸入接口包括設(shè)備的上電狀態(tài)、安全狀態(tài)、極限開關(guān)狀態(tài)、維修插銷狀態(tài)、以及設(shè)備的運行狀態(tài)等狀態(tài)信息；報警復(fù)位按鈕、抱閘模式選擇、HMI點動行選擇、移動指令、移動模式設(shè)定等指令模式信息；系統(tǒng)絲杠導(dǎo)程、每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)信息。方便調(diào)試工程師各種輸入信息的調(diào)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(dāng)期位置等基本信息。從而幫助調(diào)試工程師通過輸出反饋進(jìn)行診斷，便于設(shè)備調(diào)試，如圖5所示。

2）模塊內(nèi)部時鐘設(shè)置

模塊內(nèi)置單獨脈沖驅(qū)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(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)部時鐘

圖7　狀態(tài)字解析

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

4）模塊操作模式設(shè)定

程序模塊根據(jù)輸入設(shè)定及最廣泛的應(yīng)用方式設(shè)定伺服驅(qū)動模塊的工作狀態(tài)，修改相應(yīng)參數(shù)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(dá)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(xiàn)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(xiàn)多點聯(lián)動，并按照預(yù)設(shè)位置自動切換移動速度；同時實現(xiàn)HMI行的自動配置，點動前后移動控制；以及絲杠導(dǎo)程、單轉(zhuǎn)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(jìn)行實時顯示。

圖8　操作模式設(shè)定

圖9　位置設(shè)定及判定

伺服驅(qū)動模塊使用之前，應(yīng)先設(shè)置當(dāng)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(shù)數(shù)組的賦值）。設(shè)置完成后，即可啟動移動指令，如圖11所示）。

圖10　目標(biāo)位置速度

圖11　移動指令當(dāng)前位置

Target數(shù)組可存儲16個位置和速度數(shù)據(jù)，能滿足大多數(shù)自動化設(shè)備專機(jī)使用。Action_position移動指令數(shù)組可接收對應(yīng)的移動指令，并在Present_position數(shù)組中反饋當(dāng)前移動位置。

圖12　速度位置設(shè)定

簡單給程序模塊Servo120賦值即可完成位置和速度的設(shè)定，把設(shè)定值作為變量關(guān)聯(lián)到HMI人機(jī)界面上將實現(xiàn)位置和移動速度的可視化修改，為設(shè)備的調(diào)整提供了便利務(wù)件。給Servo120程序模塊發(fā)出伺服移動指令A(yù)ction position［n］，Servo120程序模塊將控制伺服驅(qū)動模塊以設(shè)定速度移動到相應(yīng)設(shè)定位置n，并反饋到位信號。

圖13　移動指令

4　結(jié)論

本文設(shè)計了一種基于西門子111報文的S7-300的PLC與S120伺服驅(qū)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(yīng)用。程序模塊Servo120運行穩(wěn)定可靠、兼容性好、并且擴(kuò)展性強(qiáng)。項目中廣泛的應(yīng)用使得項目調(diào)試進(jìn)度大大提高，并減少了出錯率，提高了控制系統(tǒng)伺服驅(qū)動部分的穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了模塊化程序的優(yōu)越性。該模塊會為帶有S120伺服驅(qū)動模塊的項目，在實施中提供了一務(wù)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(jī)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(shè)計研究工作。