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西門子6SL3130-6AE21-0AB0
6SL3130-6AE21-0AB0
SINAMICS S120 SMART LINE MODULE INPUT: 3AC 380-480V, 50/60HZ OUTPUT: 600VDC, 17A, 10KW FRAME SIZE: BOOKSIZE INTERNAL AIR COOLING INCL. CONTROL VOLTAGE ADAPTER MODULES PAINTED
1問題的提出
1.1 如何擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍
在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中,，經(jīng)常使用值旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置反饋，值編碼器具有返回值與實(shí)際位置一一對(duì)應(yīng),、斷電后位置信息不丟失等優(yōu)點(diǎn),，在使用時(shí)給用戶帶來了很多方便，比如在設(shè)備重新上電時(shí),，不需要重新尋找參考點(diǎn)（回零）,。
不過值旋轉(zhuǎn)編碼器也有缺點(diǎn)，不管是單圈值編碼器,，還是多圈值編碼器,，它的測(cè)量范圍都是有限的。如果負(fù)載不停地單方向運(yùn)行,，那么一定會(huì)造成編碼器返回值溢出,，此時(shí)編碼器的值又重新返回零，周而復(fù)始,。此時(shí)如果設(shè)備重新上電,，編碼器返回值是不包含溢出次數(shù)信息的，所得到的位置值也是不可用的,。
圖1 值旋轉(zhuǎn)編碼器的返回值與負(fù)載位置的關(guān)系
問題1：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí),，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí)，如果負(fù)載行程較長,，超出了值編碼器的測(cè)量范圍,，那么在設(shè)備重新上電時(shí)，編碼器的返回位置r0483與負(fù)載實(shí)際位置是不匹配的,。此時(shí)應(yīng)該如何擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍,，正確地讀取負(fù)載的位置？
1.2 如何正確使用測(cè)量齒輪
在一些場(chǎng)合會(huì)使用測(cè)量齒輪改變電機(jī)或負(fù)載的轉(zhuǎn)速特性，以便于速度或位置的測(cè)量,，如圖2所示為一個(gè)齒輪比為1：3的測(cè)量齒輪,。如果所用的編碼器為值編碼器，那么在發(fā)生溢出時(shí),，編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)就出現(xiàn)偏移,，偏移量的大小取決于齒輪比。一旦編碼器返回值發(fā)生溢出,，負(fù)載的實(shí)際位置值就不可用了,。
圖2 測(cè)量齒輪示意圖
舉一個(gè)例子，在使用圖2的測(cè)量齒輪時(shí),，假設(shè)所用的編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器,，那么默認(rèn)情況下，編碼器返回位置,、電機(jī)/負(fù)載的角度,、編碼器的角度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖3所示。
圖3 編碼器返回位置,、電機(jī)/負(fù)載角度,、編碼器角度的關(guān)系
從圖3可以看出，在編碼器旋轉(zhuǎn)8圈以后發(fā)生溢出,，每次溢出后編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)會(huì)有1/3圈的偏移,，在發(fā)生溢出以后編碼器返回的位置值就不可用了。在溢出3次以后,，編碼器返回值零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載零點(diǎn)又重合了,。
問題2：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí)，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí),，如果使用了測(cè)量齒輪，那么如何在編碼器溢出時(shí),，也能正確讀取電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置,？
2 SINAMICS S120位置跟蹤功能的使用
2.1 SINAMICS S120位置跟蹤功能概述
SINAMICS S120位置跟蹤（Position Tracking）可用于：
? 擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍
? 在使用測(cè)量齒輪時(shí)，正確計(jì)算負(fù)載的位置
該功能可通過參數(shù)P0411.0來激活,，激活以后,，編碼器溢出的次數(shù)信息會(huì)被保存在斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)中，這樣即使編碼器返回值發(fā)生溢出,，即使設(shè)備重新上電,，也可以重新根據(jù)編碼器溢出次數(shù)和當(dāng)前返回值計(jì)算出負(fù)載的當(dāng)前位置。
圖4 測(cè)量齒輪和編碼器的示意圖
值編碼器位置實(shí)際值保存在參數(shù)r0483中,，r0483是一個(gè)無符號(hào)32位數(shù),，需要激活編碼器的控制字中第13位（GnSTW.13）才會(huì)將編碼器的實(shí)際值顯示在r0483中。如果P0411.0＝0，那么位置跟蹤功能未被激活,，此時(shí)r0483中的位置值由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：
? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號(hào)細(xì)分位數(shù)P0419
? 編碼器圈數(shù)P0421
如果P0411.0＝1,，那么位置跟蹤功能被激活，此時(shí)r0483中的位置由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：
? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號(hào)細(xì)分位數(shù)P0419
? 值旋轉(zhuǎn)編碼器虛擬圈數(shù)P0412
如果沒有測(cè)量齒輪,，編碼器的圈數(shù)即為P0421的值,，如果P0421太小，不滿足負(fù)載行程要求,，那么可以通過放大P0412來擴(kuò)展值編碼器的位置測(cè)量范圍,。
? 測(cè)量齒輪比P0433/P0432
2.2 擴(kuò)展值編碼器測(cè)量范圍的參數(shù)設(shè)置
要擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍，可以在配置向?qū)е芯幋a器配置畫面上進(jìn)行設(shè)置,。使用STARTER軟件打開項(xiàng)目,，在Config DDS的配置向?qū)е校谂渲镁幋a器數(shù)據(jù)時(shí),，點(diǎn)擊Details按鈕,，如圖5所示。
圖5 編碼器配置畫面
在彈出的對(duì)話框中Details選項(xiàng)卡中,，選擇激活位置跟蹤功能,，并在虛擬圈數(shù)P0412中輸入需要的值，如圖6所示,。配置完畢后,，下載數(shù)據(jù)并保存。
圖6 激活位置跟蹤功能
另外也可以在ONLINE情況下,，通過參數(shù)表直接設(shè)置,。使用PG/PC連接設(shè)備，在STARTER軟件中連接在線后,，通過驅(qū)動(dòng)器的Expert List打開參數(shù)列表,，依次設(shè)置以下參數(shù)即可。
P0010＝4,， Encoder Commissioning 編碼器調(diào)試
P0411.0＝Y(jié)es,， Activate Position Tracking 激活位置跟蹤功能
P0412＝600， Set Virtual Revolution 設(shè)置虛擬圈數(shù),，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整
P0010＝0,， Ready 返回就緒狀態(tài)
2.3 使用測(cè)量齒輪時(shí)的參數(shù)設(shè)置
針對(duì)1.2節(jié)中的例子，編碼器每溢出一次,，都會(huì)在電機(jī)/負(fù)載側(cè)產(chǎn)生1/3圈的偏移,，每溢出3次以后，編碼器零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)重新吻合,。在編碼器溢出時(shí),，電機(jī)/負(fù)載的位置就可能不正確了,。
此時(shí)需要激活位置跟蹤功能，并設(shè)置測(cè)量齒輪的齒輪比P0433和P0432,，如圖7所示,。本例中值編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器，所以P0412=8,。
圖7 測(cè)量齒輪的參數(shù)設(shè)置
這樣可以擴(kuò)展位置值r0483的表示范圍（如圖8所示）,，在使用測(cè)量齒輪時(shí)，即使發(fā)生編碼器返回值溢出,，也能正確指示電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置,。
圖8 位置跟蹤功能激活后的位置值
S120 支持與HMI進(jìn)行直接通信，這樣可以通過HMI直接控制s120的起停和設(shè)定,，不過該種通信方式屬于非周期通信,，需要設(shè)置通信狀態(tài)監(jiān)控以便通信異常時(shí)變頻器能夠停車。下面以Winccflexible PC Runtime和S120（CU320 V2.6.2）為例,，介紹HMI控制S120起停和通信狀態(tài)監(jiān)視的設(shè)置方法,。
1 HMI側(cè)的設(shè)置
1.1 HMI側(cè)的通信設(shè)置
說明：
（1）通訊驅(qū)動(dòng)選擇“SIMATIC S7 300/400”并激活“ON”。
（2）HMI側(cè)要勾選“only master on the bus”,。
（3）設(shè)置雙方的通信網(wǎng)絡(luò)和站地址,。
1.2 HMI側(cè)創(chuàng)建變量標(biāo)簽
說明：
（1）DB號(hào)對(duì)應(yīng)參數(shù)號(hào)，比如DB2098對(duì)應(yīng)變頻器內(nèi)的P2098,。
DBX號(hào)=DO號(hào)*1024+參數(shù)下標(biāo)號(hào),，比如DBW3072對(duì)應(yīng)DO03中的0號(hào)下標(biāo)參數(shù)。
DO號(hào)可以在starter/scout軟件的“communication”中找到,。
（2）這里建立了三個(gè)參數(shù)：
“P2098_1”對(duì)應(yīng)于變頻器的P2098[0]（用于控制啟停）,；
“P2098_2”對(duì)應(yīng)于變頻器的P2098[1]（用于接收HMI產(chǎn)生的脈沖）；
“P2900”對(duì)應(yīng)變頻器的P2900用于速度給定,。
1.3 HMI側(cè)生成脈沖信號(hào)
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說明：
（1） 點(diǎn)擊畫面窗口---事件---加載---選擇“SimulateTag”函數(shù),；給該函數(shù)分配P2900_2變量，設(shè)置函數(shù)周期為2（時(shí)基是200mS）,，大值為1,，步長（value）為1.
該函數(shù)是用于仿真某個(gè)int型變量的變化，并且只能在畫面加載事件中調(diào)用,，在當(dāng)前畫面窗口激活，即當(dāng)前窗口被顯示時(shí)該函數(shù)被調(diào)用,；若有多個(gè)畫面則需在每個(gè)畫面的加載事件中調(diào)用該函數(shù),，并做相同設(shè)置，否則切換畫面時(shí)脈沖會(huì)丟失,。
（2）這里設(shè)置的函數(shù)周期是2*200mS,而變量的刷新周期是500mS.這樣可以保證變量每次
刷新時(shí)變量值都經(jīng)過變化,，同時(shí)變頻器側(cè)P2098[1]參數(shù)接收到脈沖信號(hào)的周期會(huì)足夠
小,，從而保證在設(shè)定的2S時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到脈沖。
（3）變頻器參數(shù)P2098[0]/P2098[1]是兩個(gè)“WORD變量到BIT變量轉(zhuǎn)換”的變量,，轉(zhuǎn)換后的變量會(huì)分別在r2094.0---r2094.15和r2095.0---r2095.15中顯示并可進(jìn)行BICO
連接,。
（4）可作BICO連接的標(biāo)有CI標(biāo)識(shí)的P參數(shù)不能直接與HMI建立連接，r參數(shù)可以,。
（5）其中,，設(shè)置2S定時(shí)是因?yàn)橹芷谕ㄐ胖锌偩€檢測(cè)的可設(shè)大時(shí)間為2S，見下圖：
1.4 HMI側(cè)的啟停和給定設(shè)置
說明：
（1）給定的IO域連接到變量P2900對(duì)應(yīng)于變頻器參數(shù)P2900,；
（2）點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕---事件---點(diǎn)擊---翻轉(zhuǎn)變量位（InverBitInTag）---連接變量P2098_1 (對(duì)應(yīng)
于變頻器參數(shù)P2098[0])---選擇第0位,。
2 變頻器側(cè)的設(shè)置
2.1通信只需要設(shè)置CU的站地址
2.2 參數(shù)設(shè)置、起停和給定的連接邏輯見下圖：
變頻器的參數(shù)連接為：
P1070[0]=P2900
P840[0]=r2094.0(其中r2094.0自動(dòng)連接到P2098[0].0)
其它相關(guān)參數(shù)請(qǐng)參見S120調(diào)試手冊(cè),。
說明：P840[0]=r2094.0(r2094.0=P2098[0].0自動(dòng)關(guān)聯(lián))
說明：P1070[0]=P2900(P2900對(duì)應(yīng)變頻器內(nèi)的可設(shè)置固定值,，可通過HMI更改)
2.3 通信診斷和響應(yīng)處理
變頻器側(cè)的通信診斷及通信故障響應(yīng)邏輯見下圖：
說明：
r2095.0是來自HMI的脈沖信號(hào)，檢測(cè)該信號(hào)為常1或常0達(dá)到2S后,，認(rèn)為通信故障,。
變頻器OFF2停車，并切換命令參數(shù)組到端子或面板控制（由用戶根據(jù)需要設(shè)置）,。
2.4 變頻器側(cè)通信相關(guān)參數(shù)的設(shè)置
激活S120的自由功能塊功能,，方法如下：
說明：
(a) 右擊“VECTOR_03”選屬性---選擇“function modules”---勾選自由功能塊---OK。
(b) P20000[0]選擇8*r20002,。用于設(shè)置自由功能塊執(zhí)行組0的掃描時(shí)間,，要求小為
1ms。參數(shù)形式為N*r20002,，其中r20002為時(shí)基,，對(duì)于驅(qū)動(dòng)對(duì)象其值一般0.125mS。
（1）設(shè)置PDE0（延時(shí)通定時(shí)器）,，用于檢測(cè)r2095.0的信號(hào)在2S內(nèi)是否為常1,。
P20158= 2095.0(檢測(cè)脈沖信號(hào)是否為常1)
P20161=0(選擇執(zhí)行組0)
P20162=1（在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序?yàn)?）
P20159=2000（設(shè)定延時(shí)時(shí)間為2S）
r20160定時(shí)器0的輸出，送給OR0輸入1,。
（2）設(shè)置NOT0功能塊(對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行取反以檢測(cè)常0信號(hào))
P20078=R2095.0(脈沖信號(hào))
P20080=0（在執(zhí)行組0中執(zhí)行）
P20081=2（在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序?yàn)?）
r20079（取反后的信號(hào)輸出,，送給PDE1輸入）
（3）設(shè)置PDE1（延時(shí)通定時(shí)器），用于檢測(cè)r2095.0的信號(hào)在2S內(nèi)是否為常0,。
P20163= R20079 (檢測(cè)脈沖信號(hào)是否為常0)
P20166=0(選擇執(zhí)行組0)
P20167=3（在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序?yàn)?）
P20164=2000（設(shè)定延時(shí)時(shí)間為2S）
r20165定時(shí)器1的輸出,，送給OR0的輸入2
（4）設(shè)置OR0功能塊（將常1和常0檢測(cè)結(jié)果相或）
P20046[0]= R20160 (常1檢測(cè)結(jié)果)
P20046[1]= R20165（常0檢測(cè)結(jié)果）
P20046[2]=0
P20046[3]= 0
P20048=0(在執(zhí)行組0中執(zhí)行)
P20049=4(在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序?yàn)?)
R20047或信號(hào)的輸出。該信號(hào)一方面直接送給P810用于切換命令組,；另一方面送
給的輸入,。
（5）設(shè)置功能塊，對(duì)檢測(cè)結(jié)果取反后送給OFF2停車源2（P845[0]）
P20082= r20047 (取自O(shè)R0輸出)
P20084=0(選擇執(zhí)行組0)
P20085=5(在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序?yàn)?)
r20083 的輸出,，送給OFF2停車源2(P845[0])
（6）終信號(hào)連接
P845[0]= R20083( 的輸出信號(hào))
P810= r20047（OR0的輸出信號(hào)）
即當(dāng)檢測(cè)到通信故障時(shí),，變頻器OFF2停車,，以保證設(shè)備和人身安全；同時(shí)將命
令數(shù)據(jù)組2激活,，若設(shè)置了其它命令數(shù)據(jù)組,，則可避免因通信故障而導(dǎo)致變頻器無
法運(yùn)行。
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