四川西门子S7-1500PLC模块代理（欢迎您）

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西门子S7-1500 PLC的运动控制简介

    运动控制(MC)是自动化的一个分支，它使用统称为伺服机构的一些设备，如液压泵、线性执行机构或者电动机来控制机器的位置或速度。运动控制被广泛应用在机器人、数控机床、包装、印刷、纺织和装配工业中。

    运动控制功能作为每一个S7 - 1500 CPU的组件，支持轴的控制定位和移动。图8-10为S7-1500 CPU的运动控制系统示例。

    可以使用PROFIBUS - DP和PROFINET I/O连接驱动装置和编码器。带模拟设定值接口的驱动装置可以使用模拟量输出(AQ)进行连接。此外，通过工艺模块(TM)，也可以读出编码器中的信息。

    通过TIA Portal，可以创建运动控制项目、组态工艺对象，并将组态结果加载到CPU中，然后在CPU中执行运动控制功能。另外，还可通过TIA portal进行调试、优化和诊断。

    在S7 - 1500 CPU中集成运动控制对象的用户界面和示意图如图8-11所示。

    通过TIA Portal，可对运动控制功能进行规划和调试，包括硬件集成和组态、工艺对象的创建和组态、用户程序的创建、诊断。

    工艺对象代表控制器中的每个实体对象（如一个驱动装置）。在用户程序中通过运动控制指令可调用工艺对象的各个功能。工艺对象可对实体对象的运动进行开环和闭环控制，并报告状态信息（如当前位置）。

    在TIA Portal软件中，可通过工艺对象的组态表示实体对象的属性。组态数据则存储在工艺对象数据块中。

    在运动控制中可使用以下工艺对象：

    (1)速度控制轴工艺对象

    速度控制轴工艺对象可根据的空间坐标变换计算速度设定值，并输出到驱动装置。速度轴的所有运动均在速度控制下进行。

    速度控制轴工艺对象的基本操作原理如图8-12所示。

    (2)定位轴工艺对象

    定位轴工艺对象可根据的空间坐标变换计算位置设定值，并将相应的速度控制设定值输出到驱动装置。定位轴的所有运动均在速度控制下进行。进行定位时，定位轴工艺对象必须已知物理位置。

    定位轴工艺对象的基本操作原理如图8-13所示。

    定位轴可作为一个直线轴或旋转轴，具体取决于机械装置的执行情况。作为直线轴时，轴的位置以线性值进行衡量，例如毫米( mm)。作为旋转轴时，轴的位置以角度进行衡量，例如度(°)。

    (3)同步轴工艺对象

    同步轴工艺对象包括定位轴工艺对象的全部功能，还可将轴与主值互连，从而使轴在同步操作中跟随引导轴的位置变化，如图8-14所示。

    (4)外部编码器工艺对象

    可通过外部编码器工艺对象对位置进行检测，并将检测结果报告给控制器。通过对机械特性、编码器设置和归位过程进行参数分配，可创建编码器值和规定位置之间的关系。

    外部编码器工艺对象的基本操作原理如图8-15所示。

    驱动装置用于控制轴的运动。这些驱动装置将集成到硬件组态中。在用户程序中执行运动控制作业时，工艺对象用于控制驱动装置并读取位置编码器的值。驱动装置可称为“执行器”，编码器也称为“传感器”。

    驱动装置和编码器可通过PROFIdrive报文进行连接。可使用的硬件接口为PROFIBUS -DP、PROFINET I/O和工艺模块(TM)。

CPU启动时，PID_Compact以保存在Mode输入/输出参数中的工作模式启动。要在启动期间切换到“未激活”工作模式，应设置RunModeByStartup= FALSE。

    在自动模式下和调试期间，对错误的响应取决于SetSubstituteOutput和ActivateRecoverMode变量。如果ActivateRecoverMode= TRUE，则该Ⅱ向应还取决于所发生的错误。

    在手动模式下，PID_Compact使用ManualValue作为输出值，除非ManualValue无效。如果ManualValue无效，将使用SubstituteOutput。如果ManualValue和SubstituteOutput无效，将使用Config. OutputLowerLimit。

    Error参数指示是否存在错误处于未决状态。当错误不再处于未决状态时，Error= FALSE。ErrorBits参数显示了已发生的错误。通过Reset或ErrorAck的上升沿来复位ErrorBits。

    PID控制器在使用之前，通常需要使用软件进行调试，获得的PID参数后，再将参数传入CPU中运行。

    单击PID_Compact指令框右上角的“”，可打开调试窗口，对该PID控制器进行调试。调试时需要满足在线连接CPU并进入RUN模式且已下载程序。

    可以使用调试窗口中的“手动模式”手动值来测试受控系统。单击“测量”区域的“Star”图标，在“控制器的在线状态”区域中，勾选复选框“手动模式”，此时PID_Compact将在手动模式下运行。在“输出”字段中，输入%形式的手动值，单击图标“”，手动值被写入CPU并立即生效；若再次更改手动值，需再次单击图标“”生效，如图8-8所示。此时若清除“手动模式”复选框，则自动切换至自动模式。

    可以使用调试窗口中的预调节模式和精确调节模式获得PID参数。

    预调节功能可确定对输出值跳变的过程响应，并搜索拐点。根据受控系统的大上升速率与死时间计算PID参数。

    PID_Compact的预调节功能要求事先满足以下要求：

    1)已在循环中断OB中调用该PID指令。

    2)参数ManualEnable= FALSE，Reset= FALSE。

    3)处于下列模式之一：“未激活”“手动模式”或“自动模式”。

    4)设定值和过程值均处于组态的限值范围内。

    5)设定值与过程值的差值大于过程值上限与过程值下限之差的30%。

    6)设定值与过程值的差值大于设定值的50%。

    在调试窗口中，单击“测量”区域的“Start”图标，然后在“调节模式”下拉列表中选择条目“预调节”，再单击“调节模式”区域的“Start”图标，将建立在线连接，启动值记录操作，并启动预调节功能。此时，“调节状态”区域的“状态”字段显示当前步骤和所发生的所有错误，进度条指示当前步骤的进度，如图8-9所示。

    当进度条达到*以及控制器调节功能看似受阻时，单击“Stop”图标。检查工艺对象的组态，必要时重新启动控制器调节功能。

    如果执行预调节时未产生错误消息，则PID参数已调节完毕。PID_Compact将切换到自动模式并使用已调节的参数。在电源关闭以及重启CPU期间，已调节的PID参数保持不变。如果无法实现预调节，PID_Compact指令将根据已组态的响应对错误做出反应。

    精确调节将根据过程值振荡的幅度和频率为操作点调节PID参数，所有PID参数都根据结果重新计算。精确调节得出的PID参数通常比预调节得出的PID参数具有更好的主控和扰动特性。

    PID_Compact的精确调节功能要求事先满足以下要求：

    1)已在循环中断OB中调用PID_Compact指令。

    2)参数ManualEnable= FALSE,  Reset= FALSE。

    3)设定值和过程值均在组态的限值范围内。

    4)在操作点处，控制回路已稳定。过程值与设定值*时，表明到达了操作点。

    5)不能被干扰。

    6) PID_Compact处于下列工作模式之一：“未激活”“自动模式”或“手动模式”。

    如果希望通过调节来改进现有PID参数，可在自动模式下启动精确调节。此时，PID_Compact将使用现有的PID参数控制系统，直到控制回路已稳定并且精确调节的要求得到满足为止，之后才会启动精确调节。

    如果在未激活模式或手动模式启动精确调节，则先在满足预调节的条件下启动预调节，已确定的PID参数将用于控制，直到控制回路已稳定并且精确调节的要求得到满足为止，之后才会启动精确调节。如果无法实现预调节，PID_Compact将根据已组态的响应对错误做出反应。如果预调节的过程值已经十分接近设定值，则将尝试利用小或大输出值来达到设定值，这可能会增加超调量。

    精确调节的操作与预调节的步骤大致相同，不同的是需要在“调节模式”下拉列表中选择条目“精确调节”。

    如果在精确调节期间未发生错误，则PID参数已调节完毕。PID_Compact将切换到自动模式并使用已调节的参数。在电源关闭以及重启CPU期间，已调节的PID参数保持不变。

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