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1.1 简介
HART (Highway Addressable Remote Transducer),可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议, HART协议使用FSK技术,在4~20mA信号过程量上叠加一个频率信号,成功的实现模拟信号和数字信号双向通讯,而不互相干扰。
HART 模拟量模块是指除了可以提供模拟量数值外,还可以提供 HART 通讯功能的模拟量模块。HART 模拟量模块可以用于PROFIBUS-DP 的分布式 I/O 从站中。(使用6ES7153-2BA02-0AB0及更高版本或6ES7153-2BB02-0AB0及更高版本的接口模块作为连接 PROFIBUS-DP 的从站接口)。
1.2 多变量读取
在实际应用中通常用SFC58,SFC59进行数据记录的读写实现多变量的读取。但6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本可以使用HART变量直接进行多变量的读取。
1.3 HART变量
基本要求:IM 153-2(6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本)和 STEP 7(V5.4 SP3 或更高版本)
地址分配:HART 模块占用 16 个输入/输出字节。 如果组态 HART 变量,该模块将为每个 HART变量分配5 个字节,其中4个字节表示过程值,一个字节表示质量代码。
HART变量数量:6ES7153-2BA02-0AB0模块可以多分配 8 个 HART 变量,每个通道的HART 变量不超过 4 个。 您可以在模块的属性对话框中为通道分配 HART 变量。
IO资源:如果使用全部 8 个 HART 变量,则 每个HART 模拟量输入模块总共占用 56 个输入/输出字节(16 个字节 + 8 x 5 个字节 = 56 个字节)。“无”组态不占用其它输入字节。
组态 HART 变量:可以在 STEP 7 HW Config 中分配 HART 变量。
多变量:PV,SV,TV,QV
● PV(Primary Variable,主变量)
● SV(Secundary Variable,二级变量)
● TV(Teritary Variable,三级变量)
● QV(Quatenary,四级变量)
HART变量结构:
图1
质量代码含义:
Quality-Code (QC) | Meaning | 含义 |
0x4C or 0 | Initialization: 0 value of IM and 4C of module | 初始化:IM 的值为 0,模块为 4C |
0x18 | Communication cancelled / no communication | 通讯已取消/无通讯 |
0x0C | Fault in HART device | HART 设备故障 |
0x47 | HART device is busy | HART 设备繁忙 |
0x84 | OK “Configuration changed” | “组态已更改” |
0x80 | OK | 正常 |
表1
1.4 直接读取HART变量的条件:
(1) IM支持这种通讯方式
(2) 模板信息中有hart variables的可以支持
(3) 仪表本身也要能支持多变量
只有在三者满足的情况下才可以通讯成功。
接口模板是否支持直接读取HART变量请参见下图:
6ES7153-2BA02-0AB0:
图2
6ES7153-2BA01-0AB0:
图3
HART 模拟量模块是否支持直接读取HART变量请参见下图:
其中6ES7331-7TF01-0AB0支持。6ES331-7TF00-0AB0不支持。
图4
2. 工程实例
2.1 软硬件列表
模块(软件)名称 | 模块(软件)型号 | 定货号 | 数量 |
底板 | RACK | 6ES7390-1AE80-0AA0 | 1 |
电源 | PS307 | 6ES7307-1BA00-0AB0 | 1 |
CPU | 315-2DP | 6ES7315-2AG10-0AB0 | 1 |
MMC | MMC 4M | 6ES7953-8LM20-0AA0 | 1 |
以太网模块 | 343-1 | 6GK7343-1CX10-0CE0 | 1 |
ET200M接口模块 | IM153-2 | 6ES7153-2BA02-0XB0 | 1 |
HART模板 | 8XAI | 6ES7331-7TF01-0AB0 | 1 |
HART仪表 | TH-300 | 7NG3212-0NN00 | 1 |
通讯电缆 | 6XV1830-0EH10 | 若干米 | |
DP接头 | 6ES7 972-0BB50-0XA0 | 2 | |
Step7 | V5.4 SP4 | 6ES7810-4CC08-0YA5 | 1 |
表2
2.2 HART模板接线方法:
对于6ES7331-7TF01-0AB0模板和HART仪表的接线,请参见下图:
(1)、红色线为 +24V,黑色线为 0V。
(2)、黄色信号线为S+,棕色信号线为S-。
在例程中使用的HART仪表为两线制,此时需要短接10,11。如果为四线制则不需要,具体接线请参考模板手册。
图5
2.3 硬件组态步骤:
a. 使用Step7 v5.4 创建300主站项目,在硬件组态窗口依订货号添加背板、电源、CPU、343-1模块。参见下图:
图6
b. 双击DP接口,添加DP网络并定义网络参数。参见下图:
图7
c. 添加订货号为6ES7153-2BA02-0AB0的DP从站,并定义地址为8。参见下图:
图8
d. 在8号从站插槽中中添加订货号为6ES7331-7TF01-0AB0的HART模拟量模板,并在通道4.0添加一个现场设备。参见下图:
图9
地址分配列表:例程使用了4.0通道,即PIW272
![]() ![]() | 4.0 | 4.1 | 4.2 | 4.3 | 4.4 | 4.5 | 4.6 | 4.7 |
PIW | 272 | 274 | 276 | 278 | 280 | 282 | 284 | 286 |
表3
e. 双击HART模拟量模板,在Inputs标签页定义传感器类型。参见下图配置:
图10
f. 在HART variables标签页定义HART变量,例程使用了前4个HART变量。
HART变量分配列表:
Variable 1为通道0的PV值,地址为PID288
Variable 2为通道0的SV值,地址为PID293
Variable 3为通道0的TV值,地址为PID298
Variable 4为通道0的QV值,地址为PID303
参见下图配置:
图11
1 路径插补功能简介
1.1 基本概念
插补的概念源于数控机床。在数控机床中,刀具不能严格地按照要求加工的曲线(直线)运动,只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程,叫做插补。也可以说,已知曲线上的某些数据,按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法,或者称为“数据点的密化”。插补的动作过程:在每个插补周期(极短时间,一般为毫秒级)内,根据指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据,刀具沿着微小直线段运动,经过若干个插补周期后,刀具从起点运动到终点,完成轮廓的加工。
路径运动初来自于机器人和CNC领域,用机器人编程语言或G-Code编程。它是指在多维空间中,通过一组轴的协作动作,各轴之间无主从之分,它们按照设定的动态响应特性,实现路径对象从起点到终点的的路径轨迹运动。
路径插补产生路径的运行轨迹,计算插补周期内的路径插补点,并通过机械运动系统转换获得对应插补周期内插补点的各路径轴设定值。
隶属于机械运动系统的单独轴在S7 technology中被为路径轴,路径轴通过路径对象执行路径运动。参考图1 路径轴与路径对象。
图1 路径轴与路径对象
1.2 S7-Technology 路径功能特点
S7-Technology 路径插补功能概述:
> 从S7-Technology V4.2开始
> 允许进行3轴插补操作
> 路径插补可以通过直线、圆弧、多项式表示实现
> Move Path命令可以组成连续运动
> 支持多种机械运动学模型
> 可以与外部位置值同步,实现传送带跟踪功能
S7-Technology 路径插补的技术特点:
> 所有的路径轴都相互同步移动西门子HMI代理商
> 所有的路径轴都同时到达目标位置
> 路径轨迹的移动,将会始终是以一个固定的合成速度进行 (如果动态
特性限制没有被超越)
> 低速度性能的轴,决定了整个轨迹的高动态特性
路径差补可以执行多3轴之间的2D或者3D的线性、圆弧或者多项式插补,路径差补工艺对象(TO) ,适用于机械运动学控制范畴,一个共同的系统中,可以存在多个机械运动学控制结构。同步于路径轴的“同步轴”,仍然可以实现同步控制,例如,旋转,凸轮开关,测量功能。通过图形化编辑器,可以简便地设置机械运动学控制系统的参数;通过动态特性轮廓窗口,可以轻松定义路径的动态特性;通过轨迹点表格,可以轻松定义路径差补,计划目的地路径。另外还可以定义保护防撞区域和实现传送带位置的精确跟踪。
1.3 机械运动系统的选择
T-CPU 所实现运动学,等同于人们过去所熟悉机械运动学。可以将它们分为如下两种不同的类型。参考图2 在 T-CPU 中集成的机械运动学。
图2 在 T-CPU 中集成的机械运动学
不同的机械运动系统可以实现TCP (Tool Center Point,工具中心点或机械运动端点)相同的路径运动功能。尽管在某些情况下,不同的机械运动系统可实现相同的路径运动,但是,如果机械运动系统选择不合理,将有可能无法完成的路径功能。所以,必须根据实际的工艺需求选择合适的机械运动系统,并在工厂布局中考虑该机构的的合理安装位置。参考图3 不同机械系统的转化。
图3 不同机械系统的转化
2 路径插补的实现方法
2.1 运动学模型简介
常用的运动学模型请参考图 4 运动学模型。
图 4 运动学模型
下面介绍一些常用的运动学模型。直角坐标机器人 (英文名:Cartesian coordinate robot),大型的直角坐标机器人也称桁架机器人或龙门式机器人,由多个运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机器。工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。因末端操作工具的不同,直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备,完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、(软仿型)喷涂等一系列工作。参考图5 直角坐标机器人。
图5 直角坐标机器人
SCARA 机器人(Selective Compliance Assembly Robot Arm)是一种圆柱坐标型的特殊工业机器人。有3个旋转关节,其轴线相互平行,在平面内进行定位,另一个关节是移动关节,用于完成机械末端在垂直平面的运动。SCARA机器人在x,y方向上具有良好的顺从性、灵活性,而在Z轴方向具有良好的刚度,此特性特别适合于装配工作。SCARA机器人广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。 参考图6 SCARA 机器人。
图6 SCARA 机器人
铰链型机械臂:有很高的自由度,可以多至5~6轴,适合于几乎任何轨迹或角度的工作,可以自由编程,完成全自动化的工作, 提高生产效率;可以代替很多不适合人力完成、有害身体健康的复杂工作,比如,汽车外壳点焊。参考图 7 铰链型机械臂。
图7铰链型机械臂
Delta 3D机器人:外形酷似一只蜘蛛,这种*的几何结构赋予了它们质量轻,强度大,轻便灵活,节省空间,高速,敏捷;适用于高速分拣。参考图8 Delta 3D机器人。
图8 Delta 3D机器人
2.2 路径插补实现方法
首先需要做轴的定义,选择“Path interploation”。参考图 9 路径轴的定义。
图9 路径轴的定义
69 90A/37KW 6SL3224-0BE33-7AA0
70 110A/45KW 6SL3224-0BE34-5AA0
71 145A/55KW 6SL3224-0BE35-5AA0
72 178A/75KW 6SL3224-0BE37-5AA0
73 PM240(带内置滤波器)380-480V 3AC轻载
74 5.9A/2.2KW 6SL3224-0BE22-2AA0
75 7.7A/3KW 6SL3224-0BE23-0AA0
76 10.2A/4KW 6SL3224-0BE24-0AA0
77 18A/7.5KW 6SL3224-0BE25-5AA0
78 25A/11KW 6SL3224-0BE27-5AA0
79 32A/15KW 6SL3224-0BE31-1AA0
80 38A/18.5KW 6SL3224-0BE31-5AA0
81 45A/22KW 6SL3224-0BE31-8AA0
82 60A/30KW 6SL3224-0BE32-2AA0
83 75A/37KW 6SL3224-0BE33-0AA0
84 90A/45KW 6SL3224-0BE33-7AA0
85 110A/55KW 6SL3224-0BE34-5AA0
86 145A/75KW 6SL3224-0BE35-5AA0
87 178A/90KW 6SL3224-0BE37-5AA0
88 PM250(带内置滤波器)380-480V 3AC重载
89 18A/5.5KW 6SL3225-0BE25-5AA0
90 18A/5.5KW 6SL3225-0BE25-5AA1
91 25A/7.5KW 6SL3225-0BE27-5AA0
92 25A/7.5KW 6SL3225-0BE27-5AA1
93 32A/11KW 6SL3225-0BE31-1AA0
94 32A/11KW 6SL3225-0BE31-1AA1
95 38A/15KW 6SL3225-0BE31-5AA0
96 45A/18.5KW 6SL3225-0BE31-8AA0
97 60A/22KW 6SL3225-0BE32-2AA0
98 75A/30KW 6SL3225-0BE33-0AA0
99 90A/37KW 6SL3225-0BE33-7AA0
100 110A/45KW 6SL3225-0BE34-5AA0
101 145A/55KW 6SL3225-0BE35-5AA0
102 178A/75KW 6SL3225-0BE37-5AA0
103 PM250(带内置滤波器)380-480V 3AC轻载
104 18A/7.5KW 6SL3225-0BE25-5AA0
105 18A/7.5KW 6SL3225-0BE25-5AA1
106 25A/11KW 6SL3225-0BE27-5AA0
107 25A/11KW 6SL3225-0BE27-5AA1
108 32A/15KW 6SL3225-0BE31-1AA0
109 32A/15KW 6SL3225-0BE31-1AA1
110 38A/18.5KW 6SL3225-0BE31-5AA0
111 45A/22KW 6SL3225-0BE31-8AA0
112 60A/30KW 6SL3225-0BE32-2AA0
113 75A/37KW 6SL3225-0BE33-0AA0
114 90A/45KW 6SL3225-0BE33-7AA0
115 110A/55KW 6SL3225-0BE34-5AA0
116 145A/75KW 6SL3225-0BE35-5AA0
117 178A/90KW 6SL3225-0BE37-5AA0
118 进线电抗器(仅用于PM240)
119 0.37KW 6SE6400-3CC00-2AD3
120 0.55KW 6SE6400-3CC00-2AD3
121 0.75KW 6SE6400-3CC00-4AD3
122 1.1KW 6SE6400-3CC00-4AD3
123 1.5KW 6SE6400-3CC00-6AD3
124 2.2KW 6SL3203-0CD21-0AA0
125 3KW 6SL3203-0CD21-0AA0
126 4KW 6SL3203-0CD21-4AA0
127 7.5KW 6SL3203-0CD22-2AA0
128 11KW 6SL3203-0CD22-2AA0
129 15KW 6SL3203-0CD23-5AA0
130 18.5KW 6SL3203-0CJ24-5AA0
131 22KW 6SL3203-0CJ24-5AA0
132 30KW 6SL3203-0CD25-3AA0
133 37KW 6SL3203-0CJ28-6AA0
134 45KW 6SL3203-0CJ28-6AA0
135 55KW 6SE6400-3CC11-2FD0
136 75KW 6SE6400-3CC11-2FD0
137 90KW 6SE6400-3CC11-7FD0
138 110KW 6SL3000-0CE32-3AA0
139 132KW 6SL3000-0CE32-8AA0
140 160KW 6SL3000-0CE33-3AA0
141 200KW 6SL3000-0CE35-1AA0
142 250KW 6SL3000-0CE35-1AA0
143 输出电抗器
144 0.37KW 6SE6400-3TC00-4AD2
145 0.55KW 6SE6400-3TC00-4AD2
146 0.75KW 6SE6400-3TC00-4AD2
147 1.1KW 6SE6400-3TC00-4AD2
148 1.5KW 6SE6400-3TC00-4AD2
149 2.2KW 6SL3202-0AE21-0CA0
150 3KW 6SL3202-0AE21-0CA0
151 4KW 6SL3202-0AE21-0CA0
152 7.5KW 6SL3202-0AJ23-2CA0
153 11KW 6SL3202-0AJ23-2CA0
154 15KW 6SL3202-0AJ23-2CA0
155 18.5KW 6SE6400-3TC05-4DD0
156 22KW 6SE6400-3TC03-8DD0
157 30KW 6SE6400-3TC05-4DD0
158 37KW 6SE6400-3TC08-0ED0
159 45KW 6SE6400-3TC07-5ED0
160 55KW 6SE6400-3TC14-5FD0
161 75KW 6SE6400-3TC15-4FD0
162 90KW 6SE6400-3TC14-5FD0
163 110KW 6SL3000-2BE32-1AA0
164 132KW 6SL3000-2BE32-6AA0
165 160KW 6SL3000-2BE33-2AA0
166 200KW 6SL3000-2BE33-8AA0
167 250KW 6SL3000-2BE35-0AA0
168 制动电阻
169 0.37KW 6SE6400-4BD11-0AA0
170 0.55KW 6SE6400-4BD11-0AA0
171 0.75KW 6SE6400-4BD11-0AA0
172 1.1KW 6SE6400-4BD11-0AA0
173 1.5KW 6SE6400-4BD11-0AA0
174 2.2KW 6SL3201-0BE12-0AA0
175 3KW 6SL3201-0BE12-0AA0
176 4KW 6SL3201-0BE12-0AA0
177 7.5KW 6SE6400-4BD16-5CA0
178 11KW 6SE6400-4BD16-5CA0
179 15KW 6SE6400-4BD16-5CA0
180 18.5KW 6SE6400-4BD21-2DA0
181 22KW 6SE6400-4BD21-2DA0
182 30KW 6SE6400-4BD21-2DA0
183 55KW 6SE6400-4BD24-0FA0
184 75KW 6SE6400-4BD24-0FA0
185 90KW 6SE6400-4BD24-0FA0
186 110KW 6SE6400-4BD26-0FA0
187 132KW 6SE6400-4BD26-0FA0
188 160KW 6SL3000-1BE31-3AA0
189 200KW 6SL3000-1BE32-5AA0
190 250KW 6SL3000-1BE32-5AA0