浅谈S7—1500与SINAMICSV90通过PROFINET实现位置定位控制

吴金标+肖锡清+姜鹏

摘要：文章介绍了S7-1500 PLC与SINAMICS V90伺服系统如何通过PROFINET通讯实现位置闭环控制，并分析了在S7-1500中以工艺对象的方式来实现定位控制功能的具体方法，对S7-1500相关模块的组态、工艺对象的组态、V90的相关参数设置以及SINAMICS V-ASSISTANT调试软件进行了介绍。

关键词：S7-1500；SINAMICS V90；PROFINET通讯；位置闭环控制；位置定位控制 文献标识码：A

中图分类号：TP241 文章编号：1009-2374（2016）32-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.030

1 简介

1.1 S7-1500运动控制功能

S7-1500运动控制功能支持旋转轴、定位轴、同步轴和外部编码器等工艺对象，并拥有轴控制面板以及全面的在线和诊断功能，有助于轻松完成驱动装置的调试和优化工作。S7-1500支持多种连接方式，可以使用PROFIBUS DP和PROFINET IO连接驱动装置和编码器，也可以使用模拟量输出模块（AQ）连接带模拟设定值接口的驱动装置并通过工艺模块（TM），读出编码器的信息。图1是一个S7-1500通过PROFINET总线连接驱动及编码器的示意图：

驱动装置用于控制轴的运动，这些驱动装置将作为从站集成到硬件组态中。在用户程序中执行运动控制命令时，工艺对象用于控制驱动装置并读取位置编码器的值。驱动装置和编码器可通过PROFIdrive报文进行连接。定位轴的设定值及编码器值可通PROFIdrive报文3进行传输。

1.2 SINAMICS V90伺服系统

SINAMICS V90伺服驱动和SIMOTICS S-1FL6伺服电机组成了性能优化，易于使用的伺服驱动系统，该伺服系统可以与S7-1500进行完美配合实现丰富的运动控制功能，并有以下亮点：伺服性能优异、易于使用、低成本、运行可靠。

1.3 PROFINET通信

PROFINET是一种基于以太网的实时协议，在工业自动化应用中作为高级网络使用，专注于可编程控制器的数据交换。PROFINET提供两种实时通信，PROFINET IO RT（实时）和PROFINET IO IRT（等时实时）。实时通道用于IO数据和报警的传输。在PROFINET IO RT通道中，实时数据通过优先以太网帧进行传输。所有的诊断和配置数据通过非实时（NRT）通道进行传输，使用TCP/I协议。

2 S7-1500组态

2.1 组态硬件配置

打开TIA Portal软件，新建一个项目，在添加新设备的界面中选择相应的设备和硬件版本。

在随后打开的网络视图中为CPU1511C建立PROFINT网络，并从右侧的目录“其他现场设备→PROFINET IO→Drives→Siemens AG→SINAMICS”中选择“SINAMICS V90 PN V1.0”，鼠标左键点击PROFINT IO网络，在属性窗口中，为PLC和V90PN分配IP地址。

完成上面的设置后将项目下载至S7-1500，这样，S7-1500的IP地址和名称就已经分配好了。现在组态V90的报文，网络视图中打开V90的设备视图，从右侧目录中“标准报文3，PZD-5/9”拖到左侧的地址列表中。

2.2 组态工艺对象

首先在工艺对象中插入新对象S1500的运动控制TO_PositioningAxis，然后对该轴进行组态。将轴的基本参数“轴类型、位置单位、速度单位”都保持默认状态，模数启用不选择及无仿真；硬件接口参数中驱动装置类型选择“PROFIdrive”，再选择驱动装置报文“SINAMICS-V90-PN.驱动_1”，其他参数除“单转步数”根据实际编码器类型修改为2500，“增量实际值中高精度的位（GN_XIST1）”的数字修改成2位数，其余均保持默认数值。

3 V90的配置

3.1 SINAMICS V-ASSISTANT简介

SINAMICS V-ASSISTANT工具用于调试和诊断带有PROFINET接口的SINAMICS V90驱动（简称SINAMICS V90 PN）。可用于修改SINAMICS V90 PN的参数并监控其状态。选择目标驱动型号，点击建立SINAMICS V-ASSISTANT与驱动之间的通讯。SINAMICS V-ASSISTANT从所连驱动上读取所有参数设置，主窗口在面板上显示订货号、电源、额定功率、额定电流相关驱动信息。

3.2 设置PROFINET

选择“设置PROFINET”按钮，可以选择所需报文并进行网络配置。根据控制要求点击下拉列表并选择所需报文。选择新报文后，所显示的过程数据会根据所选报文发生变化。

SINAMICS V90 PN在速度控制模式下支持标准报文以及西门子报文。可以通过参数p0922选择不同的报文，详细说明如表1所示：

在线模式下，所连驱动的IP地址会自动显示在区域“②”。可在区域“①”定义PN名称。还可在区域“②”中修改IP地址。点击按钮“③”保存并激活所作设置。重启驱动，所设PN名称与IP地址即生效并出现在区域“④”和“⑤”中。如果通过TIA portal配置IP协议，则TIA portal中所设置的IP协议享有第一优先级并作为实际生效的IP协议显示在区域“⑤”中。

4 设备调试

S7-1500与V90 PN的组态配置与接线完成后就可以打开工艺对象的调式界面进行调试，确认电机使能信号、限位信号的好坏，确认电机的旋转方向，同时也可以通过“运动控制”功能块进行控制。

4.1 工艺对象调试

通过轴控制面板可以对轴进行设置起始位置、归位、点动、速度控制、相对定位及绝对定位功能。另外，工艺对象中的调试界面还提供调节功能，可用于调整CPU位置控制器的增益，并可以监视轴的运行轨迹。

4.2 “运动控制”功能块控制

4.2.1 S1500的运动控制功能块共有以下类型：MC_Power（对轴进行使能或去使能操作）、MC_Reset（确认轴所有的未决故障）、MC_Home（轴回零）、MC_Halt（取消所有的运动，停止轴）、MC_MoveAbsolute（轴绝对定位）、MC_MoveRelative（轴相对定位）、MC_MoveJog（点动运行轴）、MC_GearIn（齿轮同步）、MC_MoveSuperimposed（叠加定位运动）。

4.2.2 编写运动控制程序如图3所示，可实现S1500对V90 PN的位置定位控制。

轴回零后，轴当前的位置已知。使用“MC_MoveAbsolute”功能块，可让轴运行在机械限位内基于坐标原点的任何位置，可指定运行速度。

功能块输入端“Execute”的上升沿触发轴运行，基于当前位置及目标位置计算出到达目标位置所需要的脉冲数量，之后电机加速到指定的速度并且在目标位置处停止。

5 结语

SINAMICS V90 PN是西门子推出的一款小型、高效便捷的伺服系统。它作为SINAMICS驱动系列家族的新成员，与SIMOTICS S-1FL6伺服电机完美结合，组成最佳的伺服驱动系统，可以实现位置控制、速度控制和扭矩控制。通过优化的设计，SINAMICS V90 PN确保了卓越的伺服控制性能，经济实用、稳定可靠，能用于贴标机、包装机、压边机等伺服控制系统。

参考文献

[1] 西门子公司.S7-1500自动化系统手册[S].2014.

[2] 西门子公司.SINAMICS V90高效便捷的伺服系统手册[S].2016.

（责任编辑：王 波）