湖南嘉普云自动化设备有限公司

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问题：   
S7-400中保持数据传输的*性使用的是什么机理?

解答：
*的数据指的是就内容来说是*的，而 且它所描述了在某个时间点的一个称之为*性数据的过程状态。要保持数据的*性，它在传输或处理过程中不得被更新或改动。< /span>

样例 1：< /span>   
为了对CPU在循环程序处理过程中有*的过程信号的映像，在程序处理前就把过程信号读入输入的过程映像中，并 且在程序处理后又写到输出的过程映像。然后，在程序处理过程中，用户程序在对操作数区输入(I)和输出(Q) 寻址时并不直接访问信号模块，而是访问CPU 的内部存储区里的过程映像 。< /span> 
样例 2： 
如果一个通讯块(比如 SFB 14 “GET”, SFB 15 “PUT”)被较高优先级的过程警报OB所中断，就有可能出现不*性。 现在，如果在该过程警报OB中的用户程序更改了已经部分被通讯块处理过的数据，那样的话被传输的数据中，部分是过程警报处理以前时间的数据，部 分则是过程警报处理以後时间的数据，这意味着，此数据是不*的。

SFC 81 "UBLKMOV"    
使用 SFC 81 “UBLKMOV”，把一个内存区(源区)的内容*地复制到另一个内存区(目标区)里 。复 制过程不得被操作系统的任何其它动作所打断。 
使用SFC 81 “UBLKMOV”，可复制下列内存区：

• 位存储器
• DB 内容
• 输入的过程映像
• 输出的过程映像

可复制的大数据量为 512 字节。请注意与CPU性能有关的限制。有关的限制可从操作列表中看到。

既然复制过程不能打断，在使用 SFC 81“UBLKMOV” 时，可增大CPU对报警的响应时间。

源区和目标区不得互相交迭。如 果的目标区大于源区，那么只把与源区里同样多的数据复制到目标区。如果的目标区小于源区，那 么只把目标区能接收的那么多的数据复制入目标区。

通讯块和功能之间的*性
对 S7-400 ，通 讯作业不在循环程序的执行处来处理，而是在程序循环过程中的一个固定的时间段里处理。从系统来讲，数据格式字节，字 和双字永远可以得到*性的处理，就是说传输一个字节，一个字(两个字节)或双字(4个字节)是不会被打断的。  
如果通讯块(比如 SFB 12 “BSEND”)只能成对使用(象SFB 12 “BSEND” 和 SFB 13 “BRCV”) 而且它访问公共数据在用户程序中被调用，那么也访问本身数据区，比如通过 “DONE”参数对该数据区的访问，是可以协调的。通 过这些通讯块局部传输的数据的*性，因而可以在用户的程序里得到保证。  
使用 S7 的通讯功能时动作是不一样的。用这些功能时目标设备 (比如 SFB 14 “GET”, SFB 15“PUT”) 里的用户程序不要求通讯块。在编程时就必须把*性数据的大小已经考虑在内。

访问 CPU的工作内存   
操作系统的通讯功能是以固定长度数据包来访问CPU的工作内存。此数据包的大小与CPU性能有关，S7-400 CPU是32个字节。< /span> 
这样就确保了在使用通讯功能时报警响应时间不会被延长。由于这种访问与用户程序异步，你无法*地传输任意个数字节的数据。< /span>
下面将解释为保证数据*性所要遵循的规则。

用于 SFB 14 "GET" 或读变量的*性规则

如果是 SFB 14 “GET”，只要遵循下列规则就可*性地传输数据。

• 主动CPU(数据接收方)：通过调用SFB 14读出OB中接收区的数据，或者，如果无法这样做的话，r 在SFB 14的处理结束后读出接收区的数据。
• 被动CPU (数据发送方)：按照被动CPU (数据发送方)规定的数据块的大小写入与发送区大小等量的数据。
• 被动 CPU (数据发送方)：在封锁中断的情况下把要发送的数据写入发送区。< /span>

   

  下图给出了一个无法保证数据传输*性的例子。因为它没有遵守*性规则的第二条：被动 CPU (数据发送方)的数据块大小为 8 个字节，而传输的却是 32 个字节。

   

图 1：数据传输的例子

用于 SFB 15“PUT”或写变量的*性规则

对于 SFB 15 “PUT”，如果遵循下列规则，数据传输将具有*性：

• 主动CPU (数据发送方)： 把来自调用SFB 15 的OB 中的数据写入发送区。如果不可能，在 *次调用 SFB 15 结束后写入发送区。 
• 主动CPU (数据发送方)：把按照被动 CPU (数据发送方)的块大小的数据写入发送区。< /span>
• 被动CPU (数据接收方)： 在封锁中断的情况下，从接收区里读出收到的数据。< /span>

   

  下图为一个数据传输的例子。由 于*性规则的第二条没有得到遵守<被动CPU(数据接收方)的数据块大小只有32 个字节，而发送的却是64个字节>，无 法保证数据的*性。

   

西门子6ES7288-5AQ01-0AA0

图 2：无 法保证*性的数据传输

通过SFC 81 “ UBLKMOV”可在S7-400 的用户程序里实现跨几个变量的大数据块*性传输(不可中断的块移动)。

这样，例如通过SFB 14 “ GET”, SFB 15 “PUT”以及读/写变量，可实现对此数据的*性访问。

从一台 DP 标准从站读出*性数据，/ 然后把它*性地写入一台 DP 标准从站。

通过SFC 14 “DPRD_DAT”从一台 DP 标准从站*性地读出数据  
通过SFC 14 “DPRD_DAT”(从一台 DP 标准从站读出*性数据)， 从一台DP标准从站*性地读出数据。如果数据传输中无错误，则读出的数据被输入由RECORD的目标区。< /span> 
目标区必须与你已经用STEP 7为选定的模块组态好的长度*。每次调用SFC 14只能访问一个模块/DP ID 的数据(从组态好的起始地址)。

通过 SFC 15“DPWR_DAT” 把数据*性地写入一台 DP 标准从站

通过 SFC 15“DPWR_DAT”（ 把数据*性地写入一台DP标准从站）把 RECORD 里的数据*性地传输入赋址好的DP 标准从站。 
源区的长度必须与通过 STEP 7 为选定模块组态好的长度*。

注意：  
PROFIBUS DP标准定义了传输*性用户数据的上限（见下一节）。通常的DP标准从站遵守这些限制。对于较老的CPU (<1999)，对 传输*性用户数据存在与 CPU 有关的限制。 
请参考这些CPU的技术数据。在关键字 “DP 主站 -每台DP 从站的用户数据” 下去寻找CPU 可以*性地从一台DP标准从站读出数据和*性地写入一台DP标准从站的数据的大长度,一些近期CPU的此项指标已经超过标准DP从站可能或接受的数据长度值。< /span>

*性传输用户数据到一台 DP 从站的上限大值
PROFIBUS DP标准规定了传输*性用户数据到DP从站的上限。这就是为什么在一台DP标准从站里，可用一个数据块来*性地传输大达64 个字 = 128 字节的用户数据。 
当组态时，你定义了*性区的大小。该大小用特殊的代码格式(德语缩写： SKF)表示为64 个字 = 128 字节(输入用128个字节，128个字节用于输出)设置的*性数据大长度。再长就不可行了。 
这个上限只适用于纯用户数据。诊断数据和参数被分组到完整的数据纪录里，因而总是得到*性地传输。< /span> 
在通常的代码格式里(德语缩写： AKF)，可为*性数据设置大长度16 个字 = 32 个字节 (32 个字节用于输入，32 个字节用于输出)。再长就不可行了。 
在本文里请同样注意， 通常在一个非系统主站 (通过GSD连接)上的CPU 41x 作为 DP 从站时，必 须是用一般代码格式才可加以组态。基于这个理由，作为PROFIBUS DP上从站的 CPU 41x 的传输内存的大长度为16 个字 = 32个字节。 

不使用SFC 14 或 SFC 15 时的*性数据访问
*性数据访问 大于 4 个字节时，对于下列的CPU 是可行的(不用SFC 14或SFC 15)。要 被*性传输的一个 DP 从站的数据区数据是被传输到一个过程映像分区的。这样在此区域里的信息永远是*的。然后可用 装载/传输命令 (比如L EW 1) 来访问过程映像。  
这为访问*性数据提供了特别方便和有力的选项(低运行开销)。这一方案又为高效地结合和参数化驱动或其它 DP 从站成为可能。< /span>

它适用于下列CPU。固件版本 3.0 以上：
 

表 1：支持*性数据访问的CPU(不用 SFC14/SFC15)

当你进行直接访问时 (比方说 L PEW 或 T PAW)，没有 I/O 访问错。

从 采用SFC14/15 方案转向采用过程映像方案时的注意要点：< /b>

•   当从SFC14/15 方案转向过程映像方案时，不建议同时使用系统功能以及过程映像。基本上讲，在用系统功能 SFC15 写时，过程映像是被追踪的，但 读出的时候就不被追踪了。 这意味着，过程映像值与系统功能 SFC14 的值之间的*性是无法保证的。< /span>
• 在SFC 14/15 方案里，SFC 50 “RD_LGADR”输 出的地址区不同于过程映像方案的地址区
• 如果使用 CP 443-5 ext，同时使用系统功能以及过程映像会导致出现下列出错消息：“ 没有对过程映像的读/写”，或是“不可能再用SFC 14/15 进行读/写”。

  样例： 
  下面的例子 (过程映像分区 3 “TPA 3”）显示了  HW Config 中一种可能的组态。

  • TPA 3 在输出处：这50 个字节在过程映像分区3 里是*的(下拉列表 “*性范围 -> 总长度”)，因而可以通过一般的  “Load input xy”命令来读它。

  • 在输入下的下拉列表里选择 “过程映像分区 -> ---” 意味着过程映像里没有存储内容。只 能用系统功能SFC14/15来处理它。

CIMES 2012期间，西门子发布了其新产品SINUMERIK 808D数控系统，从此掀起了向经济型市场进攻的新一轮高潮。借助于SINUMERIK 808D 这款新产品, 西门子为经济型车床和铣床提供了新的数控技术。这款结构紧凑、具有友好用户体验的数控控制器适用于经济型的车削和铣削应用, 并将会在将来逐步替代现有的SINUMERIK 802S/C控制器。

SINUMERIK 808D分为两个版本，铣床版和车床版，本文以车床版为例，讲解配合数控系统的外围电气控制线路的设计。

1  数控系统的供电

SINUMERIK 808D使用直流24V电源，通过接口X1与直流24V电源连接。系统所使用的电源建议与PLC输入输出的24V电源独立。直流电源的容量和质量是系统稳定运行的关键。进行24V直流电源容量计算时，至少需要注意以下4个方面的内容。

（1）数控系统瞬时启动消耗的电流为5A，正常运行消耗的电流为1.5A。

（2） 驱动器SINAMICS V60消耗的24V电流，若不带抱闸电机时，为0.8A/轴，带抱闸电机时为1.2A/轴。

（3）PLC输入输出点的大负载能力为0.25A/输入点。

（4）机床上使用的其他电气设备（如电磁阀、风扇、指示灯等），根据铭牌标识计算[1]。

另外再考虑工厂内部的设计规范，考虑相关冗余量。

2  伺服控制系统电气控制线路设计

数控机床进给伺服控制系统完成进给轴速度和位移的控制，直接决定所加工零件的精度和质量。对于经济型数控车床，进给轴一般为半闭环控制，西门子推荐SINAMICS V60伺服驱动器与808D数控系统配套使用，当然也可以使用其他厂家的驱动器。

SINUMERIK 808D数控系统通过脉冲驱动接口X51、X53接口输入输出进给轴控制信号，本文以X轴接口X51为例简述与伺服驱动器的连接。如图1所示为808D与V60连接示意图。V60的X5接口接收来自于808D的轴控制信号，包括脉冲（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信号。V60的X6接口，其中RST引脚接收来自于数控系统的报警清除信号，ALM引脚输出驱动报警信号至数控系统，RDY引脚输出“驱动就绪”信号至数控系统，Z-M引脚输出零脉冲信号至数控系统，数控系统需要利用此信号完成回零操作[2]。另外，+24V引脚接收来自于数控系统的直流电源，M24引脚同理，注意：由于V60的+24V电源来自于数控系统的脉冲驱动接口，此接口由数控系统的数字量输出接口X200供电，所以即使X200的数字输出量用户不使用，但X200接口的+24V、M信号也必须连接。

这里需要强调的是，808D数控系统与之前的802C连接不同，808D根本没有位置反馈输入的接口，所以电流环、速度环、位置环三环的PID调节全部交由伺服驱动完成，数控系统只是负责发出指令而已。

3  主轴控制系统电气控制线路设计

数控车床的主轴带动工件高速旋转，通过与刀具的相对运动完成零件的切削。对于经济型数控车床而言，主轴只需要能够实现无级调速即可，这可以通过普通变频器实现。根据转向的不同控制方式可以分为单极性主轴和双极性主轴两类。

3.1  单极性主轴

单极性主轴连接示意图如图2所示，X54为808D主轴控制信号输出接口，AO和AGND引脚输出0~10V模拟量电压信号控制主轴的转速，使能信号一般不用。转向由快速输入输出接口X21的CW和CCW信号输出。快速输入输出是由NC直接控制的数字量输入输出接口，用于需要NC快速响应的场合。

作为车床，车削螺纹是必须的功能，所以数控系统的X60接口接收来自与主轴编码器的信号。

3.2  双极性主轴

与单极性主轴不同，双极性主轴转向、转速控制信号都由X54输出，所以AO和AGND引脚输出±10V的模拟量电压指令，指令电压的正负即代表了旋转的方向，此时主轴使能信号应该连接上，如图3所示。

应该强调的是，无论是单极性主轴抑或双极性主轴，808D的X60接口都连接了主轴编码器，但此处的编码器与进给轴的编码器有本质的区别。对于经济型数控车床而言，主轴的编码器并不是为了构成主轴转速的半闭环控制而是车削螺纹的需要，事实上数控车床的主轴转速就是一个开环控制，鉴于主轴转速对于被加工的零件质量的影响程度，也没必要完成转速的闭环调节。

4  其他辅助功能的电气控制线路设计

关于冷却、刀架等相关辅助功能，都是标准连接，此处不再赘述，需要注意的是：西门子数控系统在出厂时都配置有相应的样例PLC程序，相应的PLC输入输出点已经定义完成，设计控制线路时需要据此连接，才能保证软硬件的配合。

5  结束语

SINUMERIK 808D在电气连接方面相对于上一代的802C/S又简化了很多，关于进给轴的所有输入输出控制信号全部集中在X51~X53接口，原来的反馈接口也已经取消，位置环的计算交给伺服驱动去完成，这进一步简化了电气控制系统的设计，为今后的维护维修也带来了方便。数控机床是当代机械制造业的主流装备，入门级或经济型数控机床的需求很大程度上反映了全球标准机床市场的需求[3]，因此经济型数控机床有着它广阔的市场，作为工程技术人员我们有责任和义务开发出适应中国国情的数控机床，为中国装备制造业的发展贡献出自己的力量。

西门子6ES7288-5AQ01-0AA0