S7-1200 PLC原理及應用基礎(chǔ) 課件 第7章 S7-1200 PLC在運動控制中的應用

第7章S7-1200PLC在運動控制中的

應用摘要ABSTRACT西門子S7-1200PLC集成了工藝功能，可以實現(xiàn)對步進電機或伺服電機的控制。本章主要內(nèi)容包括S7-1200PLC的運動控制功能、步進電機及驅(qū)動器、工藝對象“軸”的組態(tài)與調(diào)試等，并對運動控制指令做了詳細介紹。讀者可以通過最后的技能訓練任務，掌握以步進電機為被控對象的運動控制系統(tǒng)基本組成和開發(fā)調(diào)試方法。本章學習目標知識目標①了解運動控制系統(tǒng)的組成和功能。②了解S7-1200運動控制功能和實現(xiàn)方法。③掌握步進電機的電路連接、驅(qū)動器參數(shù)設置知識。④掌握博途軟件中工藝對象的組態(tài)和調(diào)試方法。⑤掌握S7-1200運動控制指令和編程方法。本章學習目標能力目標①能根據(jù)要求繪制步進電機控制系統(tǒng)的PLC原理圖。②能完成步進電機控制系統(tǒng)的安裝與檢測。③能在博途環(huán)境中對工藝對象進行組態(tài)和基本調(diào)試。④能應用運動控制相關(guān)指令編制程序，控制對象按要求進行定位與移動。⑤能通過小組合作分析解決在運動控制系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的各種問題。本章學習目標素質(zhì)目標①養(yǎng)成良好的安全規(guī)范操作的職業(yè)習慣。②具備對工作認真負責、精益求精的責任意識。③形成團結(jié)互助、勇于創(chuàng)新的工匠精神。④具備不斷探究、自主學習的工程意識。1目錄CONTENTSS7-1200PLC運動控制功能2步進電機及驅(qū)動器S7-1200運動控制指令43工藝對象“軸”的組態(tài)與調(diào)試5職業(yè)技能訓練8一、S7-1200PLC運動控制功能1.S7-1200PLC運動控制功能1運動控制系統(tǒng)及組成（1）運動控制及其應用運動控制（MotionControl）是自動化的一個分支，也可以稱作電力拖動控制（ControlofElectricDrive）。運動控制往往是針對產(chǎn)品或者系統(tǒng)而言，包含機械、軟件、電氣等模塊，例如機器人、無人機、運動平臺等等。運動控制是對機械運動部件的位置、力矩、速度、加速度等進行實時控制和管理，使其按照預期的運動軌跡和參數(shù)進行運動的一種控制方式。1.S7-1200PLC運動控制功能（2）運動控制系統(tǒng)基本架構(gòu)以滑動工作臺控制系統(tǒng)為例，一個典型的運動控制系統(tǒng)的架構(gòu)主要由上位機、運動控制器、功率驅(qū)動器、電機、執(zhí)行機構(gòu)和反饋檢測裝置等部分組成，如圖所示。2.S7-1200PLC的運動控制功能TIA博途軟件中集成了S7-1200PLC的運動控制功能，可對步進電機和伺服電機進行高效控制。S7-1200PLC可以實現(xiàn)運動控制的基礎(chǔ)在于集成了高速計數(shù)口、高速脈沖輸出口等硬件和相應的軟件功能。尤其是S7-1200PLC在運動控制中使用了軸的概念，通過對軸的組態(tài)，包括硬件接口、位置定義、動態(tài)特性、機械特性等與相關(guān)的指令塊（符合PLCopen規(guī)范）組合使用，可以實現(xiàn)絕對位置、相對位置、點動、轉(zhuǎn)速控制及自動尋找參考點的功能。2.S7-1200PLC的運動控制功能1.運動控制的實現(xiàn)方式SIMATICS7-1200使用工藝對象或者基本定位指令FB284可以對步進電機和伺服電機進行速度和位置控制。其中，S7-1200CPU工藝對象支持三種方式控制伺服、步進驅(qū)動器，連接方式如圖所示：(1)PROFIdrive方式：S7-1200PLC通過基于PROFIBUS/PROFINET的PROFIdrive方式與支持PROFIdrive的驅(qū)動器連接，進行運動控制。PROFIdrive定義了一個運動控制模型，其中包含多種設備。(2)PTO方式：PTO全稱是“PulseTrainOutput”，也就是“脈沖串輸出”。通過CPU本體或信號板輸出占空比為50%的高速脈沖串給驅(qū)動器來控制伺服或步進電機的轉(zhuǎn)速。(3)模擬量方式：該方式以模擬量信號作為伺服驅(qū)動器的給定信號，通過模擬量的信號變化控制伺服電機轉(zhuǎn)速。2.S7-1200PLC的運動控制功能2.用于運動控制的硬件組件用于運動控制的硬件組件包括CPU模塊、信號板、PROFINET接口、驅(qū)動裝置和編碼器等。（1）CPU模塊S7-1200CPU兼具可編程邏輯控制器的功能和通過脈沖接口控制步進電機和伺服電機的運動控制功能；運動控制功能負責對驅(qū)動器進行監(jiān)控。DC/DC/DC型的CPU模塊上配備有用于直接控制驅(qū)動器的板載輸出。（2）信號板可以使用信號板為CPU添加其它輸入和輸出。如果需要，還可將數(shù)字量輸出用于控制驅(qū)動器的脈沖和方向輸出。對于繼電器輸出型的CPU，無法通過板載輸出來輸出高頻脈沖信號。（3）PROFINET接口用于在CPU與編程設備之間建立在線連接，除了CPU的在線功能外，附加的調(diào)試和診斷功能也可用于運動控制。（4）驅(qū)動裝置和編碼器驅(qū)動器用于控制軸的運動，編碼器提供軸的閉環(huán)位置控制的實際位置。2.S7-1200PLC的運動控制功能3.與運動控制相關(guān)的CPU輸出S7-1200CPU提供了一個脈沖輸出和一個方向輸出，通過脈沖接口對步進電機驅(qū)動器或伺服電機驅(qū)動器進行控制。脈沖輸出為驅(qū)動器提供電機運行所需的脈沖，方向輸出則用于控制驅(qū)動器的行進方向。

脈沖輸出和方向輸出具有特定的信號分配關(guān)系。CPU板載輸出或信號板輸出可用作脈沖輸出和方向輸出。在設備組態(tài)期間，可以在“屬性”選項卡的脈沖發(fā)生器（PTO/PWM）中，選擇激活板載輸出或信號板輸出。PTO/PWM輸出信號波形如圖所示。其中PTO信號占空比固定為50%；PWM信號占空比可調(diào)。PTOPWM2.S7-1200PLC的運動控制功能3.與運動控制相關(guān)的CPU輸出下表中列出了脈沖輸出和方向輸出的地址分配情況：PTO編號輸出位置脈沖方向PTO0板載I/OQ0.0Q0.1信號板I/OQ4.0Q4.1PTO1板載I/OQ0.2Q0.3信號板I/OQ4.2Q4.3PTO2板載I/OQ0.4①Q(mào)0.5①信號板I/OQ4.0Q4.1PTO3板載I/OQ0.6②Q0.7②信號板I/OQ4.2Q4.32.S7-1200PLC的運動控制功能4.S7-1200的軸資源S7-1200運動控制軸的資源個數(shù)是由S7-1200PLC硬件能力決定的，不是由單純的添加IO擴展模塊來擴展的。下表顯示了每種CPU的開環(huán)控制資源個數(shù)。CPU型號CPU軸總資源數(shù)量CPU本體上最大軸數(shù)量添加信號板后最大軸數(shù)量CPU1211CDC/DC/DC444DC/DC/RLY04AC/DC/RLYCPU1212(F)CDC/DC/DC444DC/DC/RLY04AC/DC/RLYCPU1214(F)CDC/DC/DC444DC/DC/RLY04AC/DC/RLYCPU1215(F)CDC/DC/DC444DC/DC/RLY04AC/DC/RLYCPU1217CDC/DC/DC4442.S7-1200PLC的運動控制功能4.S7-1200的軸資源目前為止，S7-1200的最大的脈沖軸個數(shù)為4，該值不能擴展，如果客戶需要控制多個軸，并且對軸與軸之間的配合動作要求不高的情況下，可以使用多個S7-1200CPU，這些CPU之間可以通過以太網(wǎng)的方式通信。5.輸出頻率范圍S7-1200CPU組態(tài)為PTO時，可提供最高頻率為100kHz的50%占空比的高速脈沖輸出，可以對步進電動機或伺服驅(qū)動器進行開環(huán)控制和定位控制。其中CPU1217C還可提供4路1MHz的差分信號。組態(tài)信號板為PTO時，可提供的脈沖輸出最高頻率為200kHz。信號板中200kHz的DQ點支持低電平有效的輸出，如果CPU有低電平有效的輸出需求的話，只能使用信號板。二、步進電機及驅(qū)動器1.步進電機1.步進電機的基本工作原理步進電機又稱為脈沖電動機，是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（步進角）。如圖所示，可以幫助讀者理解步進電機的工作原理。每輸入一個控制脈沖，電機就會按照既定的角度旋轉(zhuǎn)一步，這個角度叫做步進角（或步距角），如上圖中的步進角為15°。步進角取決于電機的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式，有各種各樣的角度。以兩相混合式步進電機為例，步進角一般為1.8°。當兩相繞組都通電勵磁時，電機輸出軸將靜止并鎖定位置。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向，則電機將順著一個既定方向旋轉(zhuǎn)一步（1.8°）。對于1.8°兩相步進電機旋轉(zhuǎn)一周需200步。1.步進電機2.步進電機的結(jié)構(gòu)與選型（1）基本結(jié)構(gòu)步進電機的基本結(jié)構(gòu)和裝配如圖所示。1.步進電機2.步進電機的結(jié)構(gòu)與選型定子和轉(zhuǎn)子鐵芯由軟磁材料或硅鋼片疊成凸極結(jié)構(gòu)，定子、轉(zhuǎn)子磁極上均有小齒，如圖所示。定子有6個磁極，定子磁極上套有星型連接的三相控制繞組，每兩個相對的磁極為一相，組成一相控制繞組。當某一相線圈通電時，在磁場的作用下，該相定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊。當下一相線圈通電時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，也使小齒相互對齊。各相線圈輪流通電時，步進電機就會連續(xù)動作。1.步進電機2.步進電機的結(jié)構(gòu)與選型步進電機都會有額定轉(zhuǎn)矩這一參數(shù)，在進行電機選型的時候，我們需要根據(jù)廠家提供的電機的矩頻曲線來確定在應用所需的轉(zhuǎn)速下，所選電機是否能提供足夠的轉(zhuǎn)矩。目前，市場上步進電機產(chǎn)品多是以基座尺寸來劃分的。不同機座尺寸的步進電機所能提供的輸出功率不一樣。一般來說機座尺寸越大，能夠提供的轉(zhuǎn)矩越高。步進電機的體積可以小到花生粒，也可以大到如機座尺寸為145*145mm的大體積步進電機。1.步進電機2.步進電機的結(jié)構(gòu)與選型步進電機接線不同的步進電機接線有所不同，如兩相步進電機出線形式有4線、6線和8線，參照說明書進行接線即可。以步科2S42Q-0240為例接線圖如所示，兩相繞組的4根引出線，分別接到步進驅(qū)動器的電機接口A+、A-以及B+、B-。2.步進電機驅(qū)動器與普通的交流異步電機或直流電機不同，步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電機驅(qū)動器來驅(qū)動。驅(qū)動器由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護單元等組成。1.驅(qū)動器接口以雷賽DM542兩相步進驅(qū)動器為例，介紹驅(qū)動器接口和接線。如圖所示，步進驅(qū)動器的接口包括供電接口、電機接口、控制接口以及用于細分和電流選擇的撥碼開關(guān)。2.步進電機驅(qū)動器2.驅(qū)動器接線（1）強電接口

強電接口的接線見下表名稱功能GND直流電源地+V直流電源正極，范圍+20V—+50V，推薦值+24~48VDCA+、A-電機A相線圈。B+、B-電機B相線圈。2.步進電機驅(qū)動器名稱功能PUL+（+5V）脈沖控制信號：脈沖上升沿有效；PUL+為脈沖信號正極；PUL-為脈沖信號負極；為了可靠響應脈沖信號，脈沖寬度應大于1.2μs。如采用+12V或+24V時需串電阻。PUL-（PUL）DIR+（+5V）方向信號：高/低電平信號，為保證電機可靠換向，方向信號應先于脈沖信號至少5μs建立。電機的初始運行方向與電機的接線有關(guān)，互換任一相繞組（如A+、A-交換）可以改變電機初始運行的方向，DIR高電平時4～5V，低電平時0～0.5V。DIR-（DIR）ENA+（+5V）使能信號：此輸入信號用于使能或禁止。ENA+接+5V，ENA-接低電平（或內(nèi)部光耦導通）時，驅(qū)動器將切斷電機各相的電流使電機處于自由狀態(tài)，此時步進脈沖不被響應。當不需用此功能時，使能信號端懸空即可。ENA-（ENA）（2）控制信號接口

控制信號包括脈沖、方向、使能等，具體功能見下表2.步進電機驅(qū)動器

DM542驅(qū)動器采用差分式接口電路可適用差分信號，單端共陰及共陽等接口，內(nèi)置高速光電耦合器，允許接收長線驅(qū)動器，集電極開路和PNP輸出電路的信號?，F(xiàn)以集電極開路和PNP輸出為例，接口電路示意圖如圖。注意：VCC值為5V時，不用串電阻R；VCC值為12V時，R為1K，大于等于1/4W電阻；VCC值為24V時，R為2K，大于等于1/4W電阻；2.步進電機驅(qū)動器（3）電流、細分撥碼開關(guān)設定DM542驅(qū)動器采用八位撥碼開關(guān)設定動態(tài)電流、靜止半流、細分、以及實現(xiàn)電機參數(shù)和內(nèi)部調(diào)節(jié)參數(shù)的自整定。1）工作（動態(tài)）電流設定對于同一電機，工作電流設定值越大時，電機輸出力矩越大，但電流大時電機和驅(qū)動器的發(fā)熱也比較嚴重。用戶可以通過撥碼開關(guān)SW1、SW2、SW3位來設置驅(qū)動器的輸出相電流（有效值）。各開關(guān)位置對應的輸出電流見表。2）靜止（靜態(tài)）電流設定靜態(tài)電流可用SW4撥碼開關(guān)設定，off表示靜態(tài)電流設為動態(tài)電流的一半，on表示靜態(tài)電流與動態(tài)電流相同。一般用途中應將SW4設成off，使得電機和驅(qū)動器的發(fā)熱減少，可靠性提高。脈沖串停止后約0.4秒左右電流自動減至一半左右（實際值的60%），發(fā)熱量理論上減至36%。輸出峰值電流輸出均值電流SW1SW2SW31.00A0.71Aononon1.46A1.04Aoffonon1.91A1.36Aonoffon2.37A1.69Aoffoffon2.84A2.03Aononoff3.31A2.36Aoffonoff3.76A2.69Aonoffoff4.20A3.00Aoffoffoff2.步進電機驅(qū)動器3）細分設定細分是驅(qū)動器將上位機發(fā)出的每個脈沖按驅(qū)動器設定的細分倍數(shù)后對電機進行控制。簡單的說，就是電機的步距角按照細分倍率進行縮小。比如1.8°步距角的步進電機，如細分設置為8，則每個脈沖電機轉(zhuǎn)動1.8°/8=0.225°。沒有細分之前每轉(zhuǎn)一圈驅(qū)動器輸出200個脈沖；8細分后，驅(qū)動器需要輸出200*8=1600個脈沖步進電機才轉(zhuǎn)一圈。用戶可以根據(jù)步進驅(qū)動器上的細分表設置撥碼開關(guān)，設置細分。細分倍數(shù)步數(shù)/圈（1.8°/整步）SW5SW6SW7SW81200onononon2400offononon4800onoffonon81600offoffonon163200ononoffon326400offonoffon6412800onoffoffon12825600offoffoffon51000onononoff102000offononoff204000onoffonoff255000offoffonoff408000ononoffoff5010000offonoffoff10020000onoffoffoff12525000offoffoffoff三、工藝對象“軸”的組態(tài)與調(diào)試S7-1200的運動控制在組態(tài)上引入了“軸”工藝對象的概念，“軸”工藝對象就是實際軸的映射，用來驅(qū)動管理和使用如PTO實現(xiàn)對設備的控制?！拜S”工藝對象用于組態(tài)機械驅(qū)動器的數(shù)據(jù)、驅(qū)動器的接口、動態(tài)參數(shù)以及其它驅(qū)動器屬性。1.工藝對象“軸”組態(tài)“軸”工藝對象是用戶程序與驅(qū)動的接口。工藝對象從用戶程序中收到控制命令，在運行時執(zhí)行并監(jiān)視執(zhí)行狀態(tài)?！膀?qū)動”表示步進電機加電源部分或者伺服驅(qū)動器加脈沖接口轉(zhuǎn)換器的機電單元。1.S7-1200PTO硬件配置與組態(tài)S7-1200CPU本體或信號板可輸出4路PTO或PWM脈沖用于運動軸。在CPU屬性中，選擇“PTO1/PWM1”，勾選“啟用該脈沖發(fā)生器”，再通過脈沖選項選擇PTO或PWM脈沖，如圖所示。一旦設置為PTO后，則需要設置輸出源為集成輸出或板載CPU輸出（如果使用具有繼電器輸出的PLC，則必須將信號板用于PTO的輸出）及其他參數(shù)，如時基、脈沖寬度格式、循環(huán)時間等。如選用PTO1（脈沖+方向），則默認脈沖輸出為Q0.0、方向輸出為Q0.1。1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”以開環(huán)運動控制為例，通過PTO（脈沖串輸出）在PLC和驅(qū)動器上組態(tài)和連接開環(huán)軸。STEP7為“軸”工藝對象提供組態(tài)工具、調(diào)試工具和診斷工具，如圖所示。①驅(qū)動器；②工藝對象；③組態(tài)；④調(diào)試；⑤診斷1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”“軸”組態(tài)主要定義軸的工程單位（如脈沖數(shù)/秒，轉(zhuǎn)/分鐘），軟硬件限位，啟動/停止速度，加減速、參考點定義等。進行參數(shù)組態(tài)前，需要添加工藝對象，具體操作為：選擇“項目樹”→“工藝對象”→“新增對象”選項，雙擊該選項彈出新新對象對話框，選擇MotionControl選項下的TO_PositioningAxis，在名稱文本框中輸入對象名稱，選擇軸對象數(shù)據(jù)塊編號，單擊“確認”按鈕確認，如圖所示。1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”在創(chuàng)建“軸”對象后，即可在項目樹的“工藝對象”中找到“軸_1”，并選擇“組態(tài)”菜單即可，如圖所示。1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”（1）基本參數(shù)配置1）常規(guī)選項在常規(guī)配置中，主要選擇驅(qū)動器的信號來源，這里選擇“PTO”。測量單位包括毫米、米、英寸、英尺、脈沖數(shù)、角度。2）驅(qū)動器主要對硬件接口進行組態(tài)配置。如圖所示，可以選擇脈沖輸出來源、類型及其輸出地址。在驅(qū)動裝置的使能和反饋選項中，可以為驅(qū)動器組態(tài)使能輸出和就緒輸入。一般驅(qū)動器的使能是默認的，因此“使能輸出”可以不設置。選擇“就緒輸入”為設置驅(qū)動系統(tǒng)的正常輸入點，當驅(qū)動設備正常時會給出一個開關(guān)量輸出，并接到CPU中，告知運動控制器驅(qū)動器正常與否。有些驅(qū)動器不提供這種接口，則可將此參數(shù)設為“TRUE”。1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”（2）擴展參數(shù)配置1）機械機械組態(tài)如圖所示。選項“電機每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)”為電動機旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)；選項“電機每轉(zhuǎn)的負載位移”為電動機旋轉(zhuǎn)一周后，生產(chǎn)機械所產(chǎn)生的位移。選項“所允許的旋轉(zhuǎn)方向”可以指定電機運行的方向，如在調(diào)試中定義的正方向與實際相反，可以在“反向信號”處打勾調(diào)整。1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”（2）擴展參數(shù)配置2）位置限制下圖為位置限制組態(tài)信息。在S7-1200PLC運動控制中，可以設置硬件限位開關(guān)和軟件限位開關(guān)。如使能機械系統(tǒng)的硬件限位功能，在軸到達硬件限位開關(guān)時，“軸”將使用急停減速斜坡停車。如使能機械系統(tǒng)的軟件限位功能，此功能通過程序或者組態(tài)定義系統(tǒng)的極限位置。在軸到達軟件限位開關(guān)，軸運動將被停止。工藝對象報故障，在故障被確認后，軸可以恢復在工作范圍內(nèi)的運動。選擇電平為限位點有效電平，分為高電平有效和低電平有效兩種。1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”3）動態(tài)設置速度、加速度和急停參數(shù)。右圖所示為動態(tài)常規(guī)參數(shù)設置，包括速度限值的單位、最大轉(zhuǎn)速、啟動和停止速度及時間信息。最大轉(zhuǎn)速由PTO輸出的最大頻率和電機允許的最大速度共同限定；加/減速度與加/減速時間這兩組數(shù)據(jù)，只要定義其中任意一組，系統(tǒng)會自動計算另外一組數(shù)據(jù)，這里的加/減速度與加/減速時間需要用戶根據(jù)實際工藝要求和系統(tǒng)本身特性調(diào)試得出。1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”急停參數(shù)設置：急停組態(tài)如圖所示。在該窗口中可以組態(tài)軸的急停減速時間，當軸出現(xiàn)錯誤時或禁用軸時，可以以此減速度將軸制動至停止狀態(tài)。1.工藝對象“軸”組態(tài)2.組態(tài)工藝對象“軸”4）回原點回原點分為主動回原點和被動回原點兩種方式。主動回原點：指可以按一定的速度運行至原點，到原點后降低速度，依我們設定的速度尋找參考點。運動控制指令“MC_Home”指令輸入?yún)?shù)Mode=3時，會啟用主動回原點，此時會按照組態(tài)的速度去尋找原點開關(guān)信號。主動回原點的組態(tài)設置如圖所示。1.工藝對象“軸”組態(tài)①輸入歸位（原點）開關(guān)：設置原點開關(guān)的DI輸入點，輸入必須具有硬件中斷功能，另外還需設置電平信號②允許硬件限位開關(guān)處自動反轉(zhuǎn)：如果在主動回原點的過程中碰到硬限位，軸將以組態(tài)的減速度（不是以急停減速）制動，然后反向檢測原點信號；如果未激活反向功能且在主動回原點的過程中軸達到硬限位開關(guān)，軸將因錯誤而終止回原點過程并以急停減速度對軸進行制動。③接近/回原點方向：設置尋找參考點的起始方向，也就是說觸發(fā)了尋找原點功能后，軸是正方向還是反方向開始尋找原點。④歸位開關(guān)一側(cè)：如圖所示，“上側(cè)”是指軸完成回原點指令后，軸的左邊沿停在參考點開關(guān)的右側(cè)邊沿；“下側(cè)”指軸完成回原點指令后，軸的右邊沿停在參考點開關(guān)的左側(cè)邊沿。⑤接近速度/回原點速度：前者表示尋找參考點（原點）的起始速度，尋找參考點為高速；后者表示最終接近原點開關(guān)的速度，尋找參考點為低速；當軸第一次碰到原點開關(guān)有效邊沿后的運行速度就是回原點速度，回原點速度小于接近速度。2.軸調(diào)試面板的使用調(diào)試面板是S7-1200運動控制中一個重要的工具，在對硬件進行組態(tài)后，一般要使用“軸控制面板”來測試Portal軟件中關(guān)于軸的參數(shù)和實際設備接線等安裝是否正確。在Portal軟件中左側(cè)項目樹的工藝對象中新增工藝對象后選擇“調(diào)試”。閱讀彈出的警告信息后，點擊“是”，進入到軸控制面板，如圖所示。2.軸調(diào)試面板的使用下面對軸控制面板中的主要功能做簡要介紹：（1）軸的啟用和禁用：相當于MC_Power指令的“Enable”端。（2）命令：在這里分成三大類：點動，定位和回原點。定位包括絕對定位和相對移動功能?；卦c可以實現(xiàn)Mode0（絕對式回原點）和Mode3（主動回原點）功能。（3）根據(jù)不同運動命令，設置運行速度，加/減速度等參數(shù)。（4）每種運動命令的正/反方向設置、停止等操作。（5）軸的狀態(tài)位，包括了是否有回原點完成位。（6）錯誤確認按鈕，相當于MC_Reset指令的功能。（7）軸的當前值，包括軸的實時位置和速度值在使用“軸調(diào)試面板”進行調(diào)試時，可能會遇到軸報錯的情況，我們可以參考“診斷”信息來定位報錯原因，如圖所示。2.軸調(diào)試面板的使用通過“軸調(diào)試面板”測試成功后，我們就可以根據(jù)工藝要求，編寫運動控制程序?qū)崿F(xiàn)自動控制。四、S7-1200運動控制指令在TIAPortal中對定位軸和命令表工藝對象進行組態(tài)。S7-1200CPU使用這些工藝對象來控制用于控制驅(qū)動器的輸出。在用戶程序中，可以通過運動控制指令來控制軸，也可以啟動驅(qū)動器的運動命令。通過工藝指令可以獲得一系列運動控制指令，具體為：MC_Power啟用/禁用軸；MC_Reset確認錯誤；MC_Home使軸回原點，設置參考點；MC_Halt停止軸；MC_MoveAbsolute絕對定位軸；MC_MoveRelative相對定位軸；MC_MoveVelocity以速度預設值移動軸；MC_MoveJog在點動模式下移動軸；MC_CommandTable按運動順序運行軸命令；MC_ChangeDynamic更改軸的動態(tài)設置；MC_WriteParam寫入工藝對象的參數(shù)；MC_ReadParam讀取工藝對象的參數(shù)。1.運動控制指令的操作說明

1.在項目中創(chuàng)建FB塊，在Portal軟件右側(cè)“指令”中的“工藝”中找到運動控制指令文件夾“MotionControl”可以看到所有的S7-1200運動控制指令?？梢允褂猛献Щ蚴请p擊的方式在程序段中插入運動指令，如圖所示。以MC_Power指令為例，用拖拽方式說明如何添加MotionControl指令。1.運動控制指令的操作說明

MotionControl指令插入到程序中時需要指定背景數(shù)據(jù)塊，如圖所示，可以選擇手動或是自動生成DB塊的編號。如果在FB中調(diào)用，建議選擇“多重實例”。1.運動控制指令的操作說明

2.運動控制指令的背景DB塊如果選擇“單個實例”，則在“項目樹”→“程序塊”→“系統(tǒng)塊”→“程序資源”中可以找到。用戶在調(diào)試時可以直接監(jiān)控該DB塊中的數(shù)值；如果選擇“多重實例”，則可以在FB接口區(qū)找到并調(diào)用。

3.軸工藝對象數(shù)據(jù)塊及變量讀寫。每個軸的工藝對象都一個背景DB塊，用戶可以通過右擊“軸_1[DB1]”→“打開DB編輯器”，打開這個背景DB塊，如圖所示。1.運動控制指令的操作說明用戶可以對DB塊中的數(shù)值進行監(jiān)控或是讀寫。以實時讀取“軸_1”的當前位置為例，如下圖所示，軸_1的DB塊號為DB1，用戶可以在OB1調(diào)用MOVE指令，在MOVE指令的IN端輸入：DB1.Position，則Portal軟件會自動把DB1.Position更新成：“軸_1”.Position。用戶可以在人機界面上實時顯示該軸的實際位置。2.運動控制指令簡介

S7-1200運動控制指令比較多，指令參數(shù)也比較復雜，限于篇幅，這里只介紹常用的指令和參數(shù)，詳細參數(shù)請參考TIA博途軟件的幫助信息。

1.MC_Power指令軸在運動之前必須先被使能，使用運動控制指令“MC_Power”可集中啟用或禁用軸。在程序里一直調(diào)用，并且在其他運動控制指令之前調(diào)用并使能。如果禁用了軸，則用于該軸的所有運動控制指令都將無效，并將中斷當前的所有作業(yè)。下圖為MC_Power指令：2.運動控制指令簡介

2.MC_Reset指令如圖所示的MC_Reset指令為錯誤確認，即如果存在一個需要確認的錯誤，則可通過上升沿激活Execute端進行復位。使用MC_Reset

指令前，必須已將需要確認的未決組態(tài)錯誤的原因消除（例如，通過將“軸”工藝對象中的無效加速度值更改為有效值）。2.運動控制指令簡介3.MC_Home指令軸回原點由運動控制語句“MC_Home”啟動，如圖所示。在回原點期間，參考點坐標設置在定義的軸機械位置處。如軸做絕對位置定位前一定要觸發(fā)MC_Home指令。回原點模式共有4種：①Mode=3，主動回原點。②Mode=2，被動回原點。③Mode=0，絕對式直接回原點。④Mode=1，相對式直接回原點。2.運動控制指令簡介4.MC_Halt指令如圖所示的MC_Halt指令為停止軸的運動。每個被激活的運動指令都可由該指令停止。上升沿使能Execute后，軸會立即按照組態(tài)好的減速曲線停車。常用該指令來停止通過MC_MoveVelocity指令觸發(fā)的軸的運行。2.運動控制指令簡介5.MC_MoveAbsolute指令如圖所示的MC_MoveAbsolute指令為絕對位置移動。使軸以某一速度進行絕對位置定位。在使能絕對位置指令之前，軸必須回原點。因此MC_MoveAbsolute指令之前必須有MC_Home指令。2.運動控制指令簡介6.MC_MoveRelative指令如圖所示的MC_MoveRelative指令表示相對位置移動。它的執(zhí)行不需要建立參考點，只需要定義運行距離、方向及速度。當上升沿使能Execute端后，軸按照設置好的距離與速度運行，其方向由距離值的符號決定。2.運動控制指令簡介7.MC_MoveVelocity指令

下圖為MC_MoveVelocity指令（速度運行指令），即使軸以預設的速度運行。運行方向可通過Velocity的管腳來決定；若需要停止時，可通過MC_Halt停止軸運行指令停止，或把速度設置為0；該指令在運行中只有速度，沒有位置，但可指定正反運行方向。2.運動控制指令簡介8.MC_MoveJog指令下圖為MC_MoveJog指令（點動指令），即在點動模式下以指定的速度連續(xù)移動軸。在使用該指令的時候，正向點動和反向點動不能同時觸發(fā)。2.運動控制指令簡介9.MC_WriteParam指令

下圖為MC_WriteParam指令（寫參數(shù)指令），可在用戶程序中寫入或更改軸工藝對象和命令表對象中的變量。2.運動控制指令簡介10.MC_ReadParam指令

下圖為MC_ReadParam指令，即讀參數(shù)指令，可在用戶程序中讀取軸工藝對象和命令表對象中的變量。

上圖讀取的是軸的實際位置值，讀到的數(shù)值放在“Value”中。

注意：使用時要選擇讀參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，如上圖中為“Real”。3.運動控制指令的選擇應用在實際應用中，我們要對步進或伺服電機進行控制，根據(jù)控制要求的不同，要合理選擇運動控制指令。下面列舉了常用的運動功能和所選擇的指令，供讀者參考。1.點動功能

點動功能至少需要MC_Power，MC_Reset，和MC_Jog指令。2.相對距離運行

相對速度控制功能，需要MC_Power，MC_Reset，MC_MoveRelative和MC_Halt指令。3.絕對運動

絕對運動功能需要MC_Power，MC_Reset，MC_Home，MC_MoveAbsolute和MC_Halt指令。

在觸發(fā)MC_MoveAbsolute指令前需要軸有回原點完成信號才能執(zhí)行。4.以速度連續(xù)運行相對速度控制功能，需要MC_Power，MC_Reset，和MC_MoveVolcity，以及MC_Halt指令。五、職業(yè)技能訓練8專業(yè)知識目標掌握步進電機的基本原理和控制方法掌握S7-1200脈沖輸出功能和工藝軸的組態(tài)方法掌握S7-1200運動控制指令應用和調(diào)試方法

職業(yè)能力目標能夠根據(jù)要求完成位置控制系統(tǒng)（步進、伺服）的方案設計；能夠根據(jù)要求完成位置控制系統(tǒng)（步進、伺服）的原理圖的繪制；能編寫步進電機控制程序；能夠完成PLC與步進系統(tǒng)的調(diào)試；能夠完成步進系統(tǒng)與其他站點的數(shù)據(jù)通信；

素質(zhì)素養(yǎng)目標規(guī)范操作、注重質(zhì)量和安全的職業(yè)素養(yǎng)；一絲不茍、精益專注的匠心精神；S7-1200PLC通過PTO方式控制步進電機職業(yè)技能訓練8：S7-1200PLC通過PTO方式控制步進電機1.任務要求現(xiàn)有一套步進電機實驗模組，如圖所示。要求使用S7-1200PLC對步進電機進行初步調(diào)試。調(diào)試要求：能夠通過觸摸屏實現(xiàn)步進電機的回原點、點動控制、絕對位置控制、相對位置控制和以勻速運動等且無論模組處于何種運動方式下，按下停止按鈕，模組立即停止。觸摸屏上能夠?qū)崟r顯示電機的運行速度和位置。職業(yè)技能訓練8：S7-1200PLC通過PTO方式控制步進電機2.任務分析本任務是通過S7-1200PLC調(diào)試步進電機，基本涵蓋了步進電機的主要動作功能。此任務可分為下面幾部分：（1）PLC的選型與配置。根據(jù)要求，我們選擇帶晶體管輸出型的PLC，如CPU1212C（DC/DC/DC），啟用脈沖輸出功能。（2）步進電機及驅(qū)動器接線配置。根據(jù)具體的實驗設備，設計步進電機接線圖，連接步進電機和驅(qū)動器。根據(jù)電機和模組情況設置驅(qū)動器參數(shù)，如電機電流