西門(mén)子軟啟動(dòng)器3RW3038-1BB14

3RW3038-1BB14 SIRIUS 軟起動(dòng)器 S2 72 A，37 kW/400 V，40 °C 200-480 V AC，110-230 V AC/DC 螺釘型接線端子

SIEMENS西門(mén)子上海朕鋅電氣設(shè)備有限公司

：鄭鑫 ：

：www.zhenxindianqi。。ｃｎ

工作 （同步）

1.液壓伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介
液壓伺服系統(tǒng)以其響應(yīng)速度快（相對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)）、負(fù)載剛度大、控制功率大等*的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。而電液伺服系統(tǒng)是通過(guò)使用電液伺服閥，將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)了一些重型機(jī)械設(shè)備的伺服控制。

1.1 液壓伺服系統(tǒng)的組成
液壓伺服系統(tǒng)主要由以下幾部分組成（如圖 1）：

• 儲(chǔ)油缸
• 油泵
• 比例換向閥
• 液壓缸
• 測(cè)量反饋系統(tǒng)
• 控制系統(tǒng)

圖1. 液壓伺服系統(tǒng)

使用TCPU控制液壓伺服系統(tǒng)時(shí)，TCPU就是該系統(tǒng)中的控制器；TCPU可以通過(guò)脈沖或者模擬量輸出來(lái)控制比例換向閥的開(kāi)度和方向從而控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向和速度；測(cè)量反饋系統(tǒng)可以由設(shè)備編碼器或者模擬量信號(hào)通過(guò)IM174接口模板或模擬量輸入模板將信號(hào)反饋給TCPU。

1.2 液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)區(qū)別
控制電氣伺服系統(tǒng)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)（通常為伺服電機(jī)）能夠根據(jù)速度給定改變運(yùn)行速度，響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)特性好，給定與輸出之間呈線性比例關(guān)系；而液壓伺服系統(tǒng)由其液壓油的物理特性決定了其響應(yīng)速度和動(dòng)態(tài)特性都較低，而且在液壓伺服系統(tǒng)啟動(dòng)、停止以及換向時(shí)都會(huì)出現(xiàn)大滯后性，這樣就導(dǎo)致輸出給定與執(zhí)行速度之間的關(guān)系并不是線形的（如圖 2），這樣，一旦我們還以控制線性電氣軸的模型來(lái)控制非線性液*時(shí)，速度會(huì)非常不穩(wěn)定，而且位置閉環(huán)會(huì)不停的修正由速度不穩(wěn)定所帶來(lái)的位置偏差，這時(shí)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會(huì)來(lái)回跳動(dòng)或者抖動(dòng)，造成定位誤差大甚至損壞機(jī)械設(shè)備。所以我們?cè)诳刂埔簤核欧到y(tǒng)時(shí)就應(yīng)該先了解該系統(tǒng)的給定與輸出之間的關(guān)系，確定補(bǔ)償曲線來(lái)保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行。

圖 2. 給定與實(shí)際速度的關(guān)系

在 TCPU 中，補(bǔ)償曲線可以由多種方法來(lái)確定，例如 S7T Config 中的 Trace 工具，根據(jù)輸出不同的給定值和實(shí)際的速度值來(lái)確定差補(bǔ)點(diǎn)，將差補(bǔ)點(diǎn)的值以表格的方式添入到 Cam Disk （凸輪盤(pán)）中。
本文主要介紹使用自動(dòng)獲得補(bǔ)償曲線功能塊 FB 520“GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”來(lái)確定差補(bǔ)曲線。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟硬件要求

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的給定和反饋均使用高性能ET200M帶AI/AO模板來(lái)實(shí)現(xiàn)（如圖 3）：

圖 3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 硬件及軟件要求

表 1. 硬件及軟件要求

3.項(xiàng)目配置過(guò)程：

3.1 硬件組態(tài)
在 SIMATIC 管理器中創(chuàng)建新的項(xiàng)目并添加一個(gè) SIMATIC 300 站點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際硬件配置硬件組態(tài)，本例中使用模擬量輸入輸出作為給定和反饋信號(hào)。組態(tài)模擬量輸入輸出并分配 I/O 地址(圖 4)；

圖 4. 硬件組態(tài)

3.2 在 S7T Config 中配置液*
在 S7T Config 的瀏覽器中，雙擊“插入軸”(Insert axis)（圖 5）

圖 5. 插入液*

在“常規(guī)”(General) 選項(xiàng)卡中，選擇“速度控制”(Speed control) 和“定位”(Positioning) 控制然后打開(kāi)軸向?qū)В?br />在軸類型話框中，選擇“液壓”(Hydraulic) 軸類型。 將閥類型定義為“Q 閥”(Q valve)（圖 6）。

圖 6. 選擇軸的類型

配置完液*的物理單位及模度后，進(jìn)入到輸入輸出的配置界面，并選擇其輸出方式模擬量輸出模板（圖7 ）；

圖 7. 選擇輸出方式

選擇輸出設(shè)備為模擬量輸出模塊，填入相應(yīng)參數(shù):

• Output:模擬量輸出地址
• Format:ET200M/ET200S選擇Left-justified
• Resolution:模擬量模板的輸出精度（不含符號(hào)位）

點(diǎn)擊繼續(xù)進(jìn)入到位置反饋參數(shù)界面，填入使用的模擬量輸入的地址（圖 8）：

圖 8. 選擇反饋方式

點(diǎn)擊繼續(xù)，進(jìn)入到位置反饋參數(shù)分配界面（圖 9）：

圖 9. 反饋參數(shù)分配

相關(guān)輸入?yún)?shù)：

• Factor/Offset:輸入系數(shù)及偏置
• Usable bits: 模擬量模板的輸入精度（不含符號(hào)位）
• Minimum value:輸入的zui小值
• Maximum value:輸入的zui大值

分配完所有參數(shù)，單擊“完成”(Finish) 退出軸組態(tài)對(duì)話框。

3.3 建立補(bǔ)償曲線凸輪盤(pán)
根據(jù)前文所提到的，液壓伺服系統(tǒng)需要確定一條補(bǔ)償曲線來(lái)線性化輸出變量與液*速度之間的關(guān)系。在 TCPU 中通過(guò)使用凸輪盤(pán)（Cam Disk）工藝對(duì)象來(lái)確定補(bǔ)償曲線，液壓伺服軸的補(bǔ)償曲線反映了液壓比例閥輸出給定與液*速度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于本文使用功能塊 FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData” 來(lái)自動(dòng)獲得補(bǔ)償曲線，所以需要建立兩個(gè)凸輪盤(pán)（Cam Disk）來(lái)確定補(bǔ)償曲線。其中*個(gè)凸輪盤(pán)是用來(lái)測(cè)量、尋找補(bǔ)償點(diǎn)，而測(cè)量后的結(jié)果會(huì)寫(xiě)入到另外一個(gè)凸輪盤(pán)，這個(gè)被寫(xiě)入的凸輪盤(pán)也就是當(dāng)前液壓伺服系統(tǒng)的zui終補(bǔ)償曲線。
在 CAMS 下面建立兩個(gè)凸輪盤(pán)，分別取名為：Cam_Profile 與 Cam_Reference，并填入兩個(gè)差補(bǔ)點(diǎn)描繪一條輸出給定與執(zhí)行速度間的參考關(guān)系曲線，如圖 10：

圖 10. 建立補(bǔ)償曲線凸輪盤(pán)

做好以上工作后，將 S7T-Config 存盤(pán)編譯，并將組態(tài)好的軸和凸輪盤(pán)等工藝對(duì)象生成相應(yīng)的工藝對(duì)象數(shù)據(jù)塊，并下載到 TCPU。本例中工藝對(duì)象數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)為：

• Axis：DB3;
• Cam_Reference: DB4;西門(mén)子軟啟動(dòng)器3RW3038-1BB14
• Cam_Profile: DB5;

4.編寫(xiě)用戶程序

4.1 使用 FB 520 和 FB 521 自動(dòng)獲得補(bǔ)償曲線
FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”兩個(gè)功能塊并沒(méi)有在 S7-Tech 庫(kù)中提供，所以需要到以下鏈接下載例子項(xiàng)目，并將項(xiàng)目中的FB520和FB521復(fù)制到自己的項(xiàng)目中來(lái)。
下載鏈接：27731588

4.2 FB 520 和 FB 521 的功能介紹

4.2.1 FB 520 “GetCharacteristics”
通過(guò)該功能塊，系統(tǒng)能夠執(zhí)行測(cè)量并得到當(dāng)前液壓系統(tǒng)的補(bǔ)償曲線，并將相應(yīng)的Cam Disk激活為當(dāng)前液壓系統(tǒng)的Profile。其內(nèi)部調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖 11：

圖 11. FB 520 結(jié)構(gòu)

4.2.2 FB 521 “WriteCamData”
該功能塊能夠?qū)y(cè)量的補(bǔ)償曲線寫(xiě)入到相應(yīng)的Cam Disk中。其內(nèi)部調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖 12：

圖 12. FB 521 結(jié)構(gòu)

由這兩個(gè)功能塊的結(jié)構(gòu)圖可以看出，其內(nèi)部調(diào)用了很多S7-Tech里面的功能塊，所以需要將這些功能塊復(fù)制到當(dāng)前的項(xiàng)目中來(lái)。而且，可以看到在FB520功能塊內(nèi)部已經(jīng)調(diào)用了FB521，所以只要保證FB 521在項(xiàng)目中存在就可以了，不需要在程序中單獨(dú)調(diào)用。表 2 為FB520,FB521所使用到的S7-Tech功能塊：

表 2. 使用的 S7-Tech 功能塊

4.2.3 FB520的管腳及其定義（圖 13 及表 3）：

圖 13. FB 520 管腳定義

表 3. FB 520 管腳定義

4.3 在OB1中調(diào)用FB520（圖 14）

圖 14. 在 OB1 中調(diào)用 FB 520

使用步驟：

• 將工藝對(duì)象的 DB 號(hào)填入到相應(yīng)的管腳上；
• 通過(guò)點(diǎn)動(dòng)（Jog）管腳，將液*移動(dòng)到要運(yùn)行的zui初始位置；
• 在 maxDistance 管腳上填入要執(zhí)行測(cè)量的zui大行程，這里建議填入的行程距離要大于正常運(yùn)行時(shí)的工作行程，但注意不要超過(guò)液壓缸的zui大行程；
• 準(zhǔn)備工作就緒后，將使能位（Enable）置 1，這時(shí)液壓缸會(huì)啟動(dòng)檢測(cè)過(guò)程，可以通過(guò)狀態(tài)字（State）觀察當(dāng)前的執(zhí)行情況。
• 當(dāng)測(cè)量結(jié)束后，完成位（Done）置 1，表示測(cè)量工作已經(jīng)完成，而且測(cè)量出來(lái)的補(bǔ)償曲線已經(jīng)寫(xiě)入到 Cam_Profile 凸輪盤(pán)中。

4.4 FB 520 “GetCharacteristics” 的測(cè)量原理（圖 15）

• TCPU 通過(guò)模擬量輸出將給定發(fā)送給液壓閥，并激活其動(dòng)作；
• 液壓閥開(kāi)啟后，相應(yīng)流量的液壓油注入到液壓缸并推動(dòng)液*運(yùn)動(dòng)；
• 液*的移動(dòng)速度由位置反饋系統(tǒng)檢測(cè)并存儲(chǔ)在 TCPU 內(nèi)；

圖 15. FB 520 的測(cè)量原理

4.5 FB 520 “GetCharacteristics” 補(bǔ)償曲線的寫(xiě)入過(guò)程（圖 16）：

• 當(dāng)所有位置上的測(cè)量值記錄完成后會(huì)以凸輪盤(pán)的形式存在 TCPU 中；
• 凸輪盤(pán)的坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的是閥的給定開(kāi)度和液*的當(dāng)前速度；
• zui后 TCPU 會(huì)執(zhí)行 FB439 MC_SetCharacteristic 將當(dāng)前凸輪盤(pán)激活為液*的補(bǔ)償曲線。

圖 16. 補(bǔ)償曲線的寫(xiě)入過(guò)程

4.6 FB 520 “GetCharacteristics” 執(zhí)行時(shí)的基本步驟

• 初始化 FB 520：
  生成的線性參考凸輪盤(pán)被激活，并且液*被設(shè)置為閉環(huán)模式；
• 檢測(cè)液*的死區(qū)：
  根據(jù) TCPU 發(fā)出的目標(biāo)給定以及液*的響應(yīng)時(shí)間計(jì)算出死區(qū)；
• 由正方向開(kāi)始測(cè)量補(bǔ)償曲線：
  由正方向開(kāi)始，TCPU 在不同的位置上給出一系列給定速度，并根據(jù)反饋速度測(cè)量補(bǔ)償點(diǎn)，測(cè)量結(jié)束后回到初始位置；
• 由負(fù)方向開(kāi)始測(cè)量補(bǔ)償曲線：
  由負(fù)方向開(kāi)始，TCPU 在不同的位置上給出一系列給定速度，并根據(jù)反饋速度測(cè)量?jī)旤c(diǎn)，測(cè)量結(jié)束后回到初始位置；
• 寫(xiě)入并激活測(cè)量出的補(bǔ)償曲線：
  TCPU 將測(cè)量的補(bǔ)償曲線寫(xiě)入到另外一個(gè)凸輪盤(pán)，并將其激活為當(dāng)前液*的zui終償曲線。

4.7 FB 520 “GetCharacteristics” 的 42 種執(zhí)行狀態(tài)（圖 17）：

• 0-41：初始化
• 42-44：死區(qū)檢測(cè)
• 45-47：移動(dòng)到初始位置
• 50-101：正向檢測(cè)
• 110-111：移動(dòng)到正向zui大位置
• 120-171：反向測(cè)量
• 180-181：移動(dòng)到初始位置
• 190-210：寫(xiě)入并激活補(bǔ)償曲線

圖 17：FB 520 的42種執(zhí)行狀態(tài)（State）

5.執(zhí)行結(jié)果
在FB520執(zhí)行自動(dòng)檢測(cè)之后，可以通過(guò)在線的方式察看測(cè)量出來(lái)的補(bǔ)償曲線，如圖 18：

圖 18. 在線察看測(cè)量出來(lái)的補(bǔ)償曲線

到這里為止，液壓伺服軸的補(bǔ)償曲線已經(jīng)建立，在 TCPU 中就可以使用其定位功能塊對(duì)液*進(jìn)行控制了，控制器會(huì)自動(dòng)使用補(bǔ)償曲線中的速度對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)節(jié)輸出。有關(guān)更多液*的使用請(qǐng)參考 TCPU 手冊(cè)

問(wèn)題：
SINUMEIRK 8xD powerline可以同時(shí)配置6個(gè)手輪嗎？

回答：
參數(shù) MD N11324 $MN_HANDWH_VDI_REPRESENTATION=1 切換系統(tǒng)配置6個(gè)手輪狀態(tài)。參見(jiàn)ID: 28821007機(jī)床數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)說(shuō)明。

軸和通道VDI接口區(qū)域中對(duì)應(yīng)的6個(gè)手輪接口信號(hào)：

配置6個(gè)手輪舉例：

1. -第1手輪連接 X121的第1手輪
2. -第2手輪連接X(jué)121的第2手輪
3. -第3手輪通過(guò)PROFIBUS連接
4. -第4手輪通過(guò)PROFIBUS連接
5. -第5手輪通過(guò)PROFIBUS連接
6. -第6手輪通過(guò)PROFIBUS連接

系統(tǒng)軟件07.04.26 31 Axes, NCU 573.5 with PLC 317 and BESY 20.71.30.

條件：

• NC系統(tǒng)軟件7.4
• PLC版本PLC 317 20.71.30
• 6個(gè)電子手輪
• X121分線盒
• 2個(gè)PROFIBUS機(jī)床面板
• PROFIBUS 手輪選項(xiàng) (機(jī)床參數(shù)19334 bit7=1)

STEP 7 配置：
STEP7項(xiàng)目文件中，2個(gè)Profibus MCP配置2個(gè)Profibus手輪。
本例配置第3、4、5、6手輪

每個(gè)機(jī)床面板可以配置2個(gè)手輪X60和X61
配置中，每個(gè)Profibus手輪分配2個(gè)字節(jié)。.

第1機(jī)床面板DIP設(shè)置

第1機(jī)床面板DIP設(shè)置

機(jī)床參數(shù)設(shè)置：
允許配置6個(gè)手輪: N11324 $MN_HANDWH_VDI_REPRESENTATION=1 通道和軸的手輪接口信號(hào)使用二進(jìn)制編碼（支持6個(gè)手輪）

參數(shù)11350定義手輪來(lái)源
機(jī)床數(shù)據(jù)說(shuō)明手輪連接的方式：

0 = SEGMENT_EMPTY ;無(wú)手輪
1 = SEGMENT_840D_HW ;連接840D X121
2 = SEGMENT_802DSL_HW ;連接到802Dsl
5 = SEGMENT_PROFIBUS ;連接Profibus模塊
7 = SEGMENT_ETHERNET ;通過(guò)以太網(wǎng)連接t

N11350 $MN_HANDWHEEL_SEGMENT[0] =1 1.連接到 X121
N11350 $MN_HANDWHEEL_SEGMENT[1] =1 2.連接到 X121
N11350 $MN_HANDWHEEL_SEGMENT[2] =5 3.連接到MCP 1的X60
N11350 $MN_HANDWHEEL_SEGMENT[3] =5 4.連接到MCP 1的X61
N11350 $MN_HANDWHEEL_SEGMENT[4] =5 5.連接到MCP 2的X60
N11350 $MN_HANDWHEEL_SEGMENT[5] =5 6.連接到MCP 2的X61

手輪參數(shù) 11351
配置手輪連接的硬件模塊.
(content of MD11350 $MN_HANDWHEEL_SEGMENT dependent):

$MN_HANDWHEEL_MODUL =

0 = 無(wú)手輪
1 ;840D硬件
1 ;802Dsl硬件
1..6 ;Prifibus/prifinet模塊的模塊號(hào);
參數(shù)MD11353 $MN_HANDWHEEL_LOGIC_ADDRESS[(x-1)]的索引號(hào)
1 ;以太網(wǎng)

N11351 $MN_HANDWHEEL_MODULE[0] =1 1st 手輪
N11351 $MN_HANDWHEEL_MODULE[1] =1 2nd 手輪
N11351 $MN_HANDWHEEL_MODULE[2] =3 3rd 手輪
N11351 $MN_HANDWHEEL_MODULE[3] =4 4th 手輪
N11351 $MN_HANDWHEEL_MODULE[4] =5 5th 手輪
N11351 $MN_HANDWHEEL_MODULE[5] =6 6th 手輪

手輪連接參數(shù) 11352
手輪連接硬件端口號(hào):
0 = 無(wú)手輪
1..6 = 手輪連接端口號(hào)

N11352 $MN_HANDWHEEL_INPUT[0] =1 1st 端口
N11352 $MN_HANDWHEEL_INPUT[1] =2 2nd 端口
N11352 $MN_HANDWHEEL_INPUT[2] =1 1st 端口
N11352 $MN_HANDWHEEL_INPUT[3] =2 2nd 端口
N11352 $MN_HANDWHEEL_INPUT[4] =1 1st 端口
N11352 $MN_HANDWHEEL_INPUT[5] =2 2nd 端口

手輪連接硬件模塊硬件地址 11353
只有PROFIBUS/PROFINET有效:
設(shè)置手輪連接模塊的邏輯地址 PROFIBUS/PROFINET ($MN_HANDWHEEL_SEGMENT = 5)

N11353 $MN_HANDWHEEL_LOGIC_ADDRESS[0]=0 無(wú)模塊
N11353 $MN_HANDWHEEL_LOGIC_ADDRESS[1]=0 端口
N11353 $MN_HANDWHEEL_LOGIC_ADDRESS[2]=258 MCP1 邏輯地址
N11353 $MN_HANDWHEEL_LOGIC_ADDRESS[3]=258 MCP1 邏輯地址
N11353 $MN_HANDWHEEL_LOGIC_ADDRESS[4]=262 MCPl2邏輯地址
N11353 $MN_HANDWHEEL_LOGIC_ADDRESS[5]=262 MCP2 邏輯地址

PCU50顯示6個(gè)手輪狀態(tài)

DB31.DBB4 激活1st 手輪
DB31.DBB64 1st 已激活
DB32.DBB4 激活2nd 手輪
DB32.DBB64 2nd 已激活
DB33.DBB4 激活3rd 手輪
DB33.DBB64 3rd 已激活
DB34.DBB4 激活4th手輪
DB34.DBB64 4th 已激活
DB35.DBB4 激活5th 手輪
DB35.DBB64 5th 已激活
DB36.DBB4 a激活6th 手輪
DB36.DBB64 6th 已激活

S7300電源模板
6ES7307-1BA00-0AA0
6ES7307-1EA00-0AA0
6ES7307-1KA01-0AA0
CPU
6ES7312-1AE13-0AB0
6ES7312-5BE03-0AB0
6ES7313-5BF03-0AB0
6ES7313-6BF03-0AB0
6ES7313-6CF03-0AB0
6ES7314-1AG13-0AB0
6ES7314-6BG03-0AB0
6ES7314-6CG03-0AB0
6ES7315-2AG10-0AB0
6ES7315-2EH13-0AB0
6ES7317-2AJ10-0AB0
6ES7317-2EK13-0AB0
6ES7318-3EL00-0AB0
內(nèi)存卡
6ES7 953-8LF20-0AA0
6ES7 953-8LG11-0AA0
6ES7 953-8LJ20-0AA0
6ES7 953-8LL20-0AA0
6ES7 953-8LM20-0AA0
6ES7 953-8LP20-0AA0
開(kāi)關(guān)量模板
6ES7 321-1BH02-0AA0
6ES7 321-1BH10-0AA0
6ES7 321-1BH50-0AA0
6ES7 321-1BL00-0AA0
6ES7 321-7BH01-0AB0
6ES7 321-1EL00-0AA0
6ES7 321-1FF01-0AA0
6ES7 321-1FF10-0AA0
6ES7 321-1FH00-0AA0
6ES7 321-1CH00-0AA0
6ES7 321-1CH20-0AA0
6ES7 322-1BH01-0AA0
6ES7 322-1BH10-0AA0
6ES7 322-1CF00-0AA0
6ES7 322-8BF00-0AB0
6ES7 322-5GH00-0AB0
6ES7 322-1BL00-0AA0
6ES7 322-1FL00-0AA0
6ES7 322-1BF01-0AA0
6ES7 322-1FF01-0AA0
6ES7 322-5FF00-0AB0
6ES7 322-1HF01-0AA0
6ES7 322-1HF10-0AA0
6ES7 322-1HH01-0AA0
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