四川西門子S7-1500PLC模塊代理（歡迎您）

西門子S7-1500 PLC的運動控制簡介

    運動控制(MC)是自動化的一個分支，它使用統(tǒng)稱為伺服機構的一些設備，如液壓泵、線性執(zhí)行機構或者電動機來控制機器的位置或速度。運動控制被廣泛應用在機器人、數(shù)控機床、包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。

    運動控制功能作為每一個S7 - 1500 CPU的組件，支持軸的控制定位和移動。圖8-10為S7-1500 CPU的運動控制系統(tǒng)示例。

    可以使用PROFIBUS - DP和PROFINET I/O連接驅動裝置和編碼器。帶模擬設定值接口的驅動裝置可以使用模擬量輸出(AQ)進行連接。此外，通過工藝模塊(TM)，也可以讀出編碼器中的信息。

    通過TIA Portal，可以創(chuàng)建運動控制項目、組態(tài)工藝對象，并將組態(tài)結果加載到CPU中，然后在CPU中執(zhí)行運動控制功能。另外，還可通過TIA portal進行調試、優(yōu)化和診斷。

    在S7 - 1500 CPU中集成運動控制對象的用戶界面和示意圖如圖8-11所示。

    通過TIA Portal，可對運動控制功能進行規(guī)劃和調試，包括硬件集成和組態(tài)、工藝對象的創(chuàng)建和組態(tài)、用戶程序的創(chuàng)建、診斷。

    工藝對象代表控制器中的每個實體對象（如一個驅動裝置）。在用戶程序中通過運動控制指令可調用工藝對象的各個功能。工藝對象可對實體對象的運動進行開環(huán)和閉環(huán)控制，并報告狀態(tài)信息（如當前位置）。

    在TIA Portal軟件中，可通過工藝對象的組態(tài)表示實體對象的屬性。組態(tài)數(shù)據(jù)則存儲在工藝對象數(shù)據(jù)塊中。

    在運動控制中可使用以下工藝對象：

    (1)速度控制軸工藝對象

    速度控制軸工藝對象可根據(jù)的空間坐標變換計算速度設定值，并輸出到驅動裝置。速度軸的所有運動均在速度控制下進行。

    速度控制軸工藝對象的基本操作原理如圖8-12所示。

    (2)定位軸工藝對象

    定位軸工藝對象可根據(jù)的空間坐標變換計算位置設定值，并將相應的速度控制設定值輸出到驅動裝置。定位軸的所有運動均在速度控制下進行。進行定位時，定位軸工藝對象必須已知物理位置。

    定位軸工藝對象的基本操作原理如圖8-13所示。

    定位軸可作為一個直線軸或旋轉軸，具體取決于機械裝置的執(zhí)行情況。作為直線軸時，軸的位置以線性值進行衡量，例如毫米( mm)。作為旋轉軸時，軸的位置以角度進行衡量，例如度(°)。

    (3)同步軸工藝對象

    同步軸工藝對象包括定位軸工藝對象的全部功能，還可將軸與主值互連，從而使軸在同步操作中跟隨引導軸的位置變化，如圖8-14所示。

    (4)外部編碼器工藝對象

    可通過外部編碼器工藝對象對位置進行檢測，并將檢測結果報告給控制器。通過對機械特性、編碼器設置和歸位過程進行參數(shù)分配，可創(chuàng)建編碼器值和規(guī)定位置之間的關系。

    外部編碼器工藝對象的基本操作原理如圖8-15所示。

    驅動裝置用于控制軸的運動。這些驅動裝置將集成到硬件組態(tài)中。在用戶程序中執(zhí)行運動控制作業(yè)時，工藝對象用于控制驅動裝置并讀取位置編碼器的值。驅動裝置可稱為“執(zhí)行器”，編碼器也稱為“傳感器”。

    驅動裝置和編碼器可通過PROFIdrive報文進行連接?？墒褂玫挠布涌跒?/span>PROFIBUS -DP、PROFINET I/O和工藝模塊(TM)。

CPU啟動時，PID_Compact以保存在Mode輸入/輸出參數(shù)中的工作模式啟動。要在啟動期間切換到“未激活”工作模式，應設置RunModeByStartup= FALSE。

    在自動模式下和調試期間，對錯誤的響應取決于SetSubstituteOutput和ActivateRecoverMode變量。如果ActivateRecoverMode= TRUE，則該Ⅱ向應還取決于所發(fā)生的錯誤。

    在手動模式下，PID_Compact使用ManualValue作為輸出值，除非ManualValue無效。如果ManualValue無效，將使用SubstituteOutput。如果ManualValue和SubstituteOutput無效，將使用Config. OutputLowerLimit。

    Error參數(shù)指示是否存在錯誤處于未決狀態(tài)。當錯誤不再處于未決狀態(tài)時，Error= FALSE。ErrorBits參數(shù)顯示了已發(fā)生的錯誤。通過Reset或ErrorAck的上升沿來復位ErrorBits。

    PID控制器在使用之前，通常需要使用軟件進行調試，獲得的PID參數(shù)后，再將參數(shù)傳入CPU中運行。

    單擊PID_Compact指令框右上角的“”，可打開調試窗口，對該PID控制器進行調試。調試時需要滿足在線連接CPU并進入RUN模式且已下載程序。

    可以使用調試窗口中的“手動模式”手動值來測試受控系統(tǒng)。單擊“測量”區(qū)域的“Star”圖標，在“控制器的在線狀態(tài)”區(qū)域中，勾選復選框“手動模式”，此時PID_Compact將在手動模式下運行。在“輸出”字段中，輸入%形式的手動值，單擊圖標“”，手動值被寫入CPU并立即生效；若再次更改手動值，需再次單擊圖標“”生效，如圖8-8所示。此時若清除“手動模式”復選框，則自動切換至自動模式。

    可以使用調試窗口中的預調節(jié)模式和精確調節(jié)模式獲得PID參數(shù)。

    預調節(jié)功能可確定對輸出值跳變的過程響應，并搜索拐點。根據(jù)受控系統(tǒng)的大上升速率與死時間計算PID參數(shù)。

    PID_Compact的預調節(jié)功能要求事先滿足以下要求：

    1)已在循環(huán)中斷OB中調用該PID指令。

    2)參數(shù)ManualEnable= FALSE，Reset= FALSE。

    3)處于下列模式之一：“未激活”“手動模式”或“自動模式”。

    4)設定值和過程值均處于組態(tài)的限值范圍內(nèi)。

    5)設定值與過程值的差值大于過程值上限與過程值下限之差的30%。

    6)設定值與過程值的差值大于設定值的50%。

    在調試窗口中，單擊“測量”區(qū)域的“Start”圖標，然后在“調節(jié)模式”下拉列表中選擇條目“預調節(jié)”，再單擊“調節(jié)模式”區(qū)域的“Start”圖標，將建立在線連接，啟動值記錄操作，并啟動預調節(jié)功能。此時，“調節(jié)狀態(tài)”區(qū)域的“狀態(tài)”字段顯示當前步驟和所發(fā)生的所有錯誤，進度條指示當前步驟的進度，如圖8-9所示。

    當進度條達到*以及控制器調節(jié)功能看似受阻時，單擊“Stop”圖標。檢查工藝對象的組態(tài)，必要時重新啟動控制器調節(jié)功能。

    如果執(zhí)行預調節(jié)時未產(chǎn)生錯誤消息，則PID參數(shù)已調節(jié)完畢。PID_Compact將切換到自動模式并使用已調節(jié)的參數(shù)。在電源關閉以及重啟CPU期間，已調節(jié)的PID參數(shù)保持不變。如果無法實現(xiàn)預調節(jié)，PID_Compact指令將根據(jù)已組態(tài)的響應對錯誤做出反應。

    精確調節(jié)將根據(jù)過程值振蕩的幅度和頻率為操作點調節(jié)PID參數(shù)，所有PID參數(shù)都根據(jù)結果重新計算。精確調節(jié)得出的PID參數(shù)通常比預調節(jié)得出的PID參數(shù)具有更好的主控和擾動特性。

    PID_Compact的精確調節(jié)功能要求事先滿足以下要求：

    1)已在循環(huán)中斷OB中調用PID_Compact指令。

    2)參數(shù)ManualEnable= FALSE,  Reset= FALSE。

    3)設定值和過程值均在組態(tài)的限值范圍內(nèi)。

    4)在操作點處，控制回路已穩(wěn)定。過程值與設定值*時，表明到達了操作點。

    5)不能被干擾。

    6) PID_Compact處于下列工作模式之一：“未激活”“自動模式”或“手動模式”。

    如果希望通過調節(jié)來改進現(xiàn)有PID參數(shù)，可在自動模式下啟動精確調節(jié)。此時，PID_Compact將使用現(xiàn)有的PID參數(shù)控制系統(tǒng)，直到控制回路已穩(wěn)定并且精確調節(jié)的要求得到滿足為止，之后才會啟動精確調節(jié)。

    如果在未激活模式或手動模式啟動精確調節(jié)，則先在滿足預調節(jié)的條件下啟動預調節(jié)，已確定的PID參數(shù)將用于控制，直到控制回路已穩(wěn)定并且精確調節(jié)的要求得到滿足為止，之后才會啟動精確調節(jié)。如果無法實現(xiàn)預調節(jié)，PID_Compact將根據(jù)已組態(tài)的響應對錯誤做出反應。如果預調節(jié)的過程值已經(jīng)十分接近設定值，則將嘗試利用小或大輸出值來達到設定值，這可能會增加超調量。

    精確調節(jié)的操作與預調節(jié)的步驟大致相同，不同的是需要在“調節(jié)模式”下拉列表中選擇條目“精確調節(jié)”。

    如果在精確調節(jié)期間未發(fā)生錯誤，則PID參數(shù)已調節(jié)完畢。PID_Compact將切換到自動模式并使用已調節(jié)的參數(shù)。在電源關閉以及重啟CPU期間，已調節(jié)的PID參數(shù)保持不變。

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