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詳細(xì)介紹
西門子6AU1240-1AA00-0AA0
 | 6AU1240-1AA00-0AA0 SIMOTION C240 可編程 運(yùn)動(dòng)控制器 用于 PROFIBUS、模擬和 步進(jìn)驅(qū)動(dòng) 機(jī)載外圍設(shè)備 18DI/8DO （需要 SIMOTION V4.0 HF2） |
說(shuō)明
有一系列從入門級(jí)CPU直到高性能CPU，用于配置控制器。所有CPU控制大量結(jié)構(gòu);多個(gè)CPU可以在一個(gè)多值計(jì)算配置中一起工作以提高性能。由于CPU的高處理速度和確定性的響應(yīng)時(shí)間，可縮短機(jī)器的循環(huán)周期。
不同的CPU具有不同性能，例如，工作存儲(chǔ)器，地址范圍，連接數(shù)量和執(zhí)行時(shí)間。十款款標(biāo)準(zhǔn)的CPU，集成PROFIBUS、PROFINET 總線接口。
應(yīng)用
S7-400尤其適合于加工工業(yè)中的數(shù)據(jù)密集型任務(wù)。高處理速度和確定性的響應(yīng)時(shí)間，縮短高速機(jī)械制造業(yè)設(shè)備控制的循環(huán)周期。
S7 - 400好用于整體協(xié)調(diào)各種設(shè)備，控制低級(jí)別的系統(tǒng)。這是由高速通訊能力和集成接口來(lái)保證的。
在S7- 400的許多器件也可用于環(huán)境條件下的SIPLUS版本。
S7-400 的成功應(yīng)用如下：
汽車工業(yè)
標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備制造包括定制的機(jī)械設(shè)備制造
倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)
建筑工程
鋼鐵行業(yè)
發(fā)電和配電
造紙和印刷業(yè)
木工
紡織業(yè)
醫(yī)藥制品
食品和飲料行業(yè)
處理工程，例如水和廢水處理設(shè)施
化工和石化
效益
由于采用各種級(jí)別的CPU，S7-400可以靈活擴(kuò)展升級(jí)；I/O能力幾乎是無(wú)限的。
強(qiáng)大的CPU允許集成新的功能，無(wú)需額外硬件投資，例如處理質(zhì)量數(shù)據(jù)，用戶友好的診斷，到更高層次的MES解決方案或通過(guò)總線系統(tǒng)的高速通訊。
可以以模塊化的方式構(gòu)建S7 - 400，有各種用于集中配置和分布式結(jié)構(gòu)的模塊，以實(shí)現(xiàn)處理備件方面的低成本。
在操作過(guò)程中可以修改S7- 400 的分布式I/O配置（在運(yùn)行中配置）。另外在工作時(shí)還可以刪除和插入信號(hào)模塊（熱插拔）。這使得很容易擴(kuò)展系統(tǒng)或出現(xiàn)故障時(shí)替換模塊。
項(xiàng)目的完整數(shù)據(jù)存儲(chǔ)包括CPU上的符號(hào)和注釋，簡(jiǎn)化了服務(wù)和維護(hù)過(guò)程。
可以將安全技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化集成到一個(gè)單一的S7- 400控制器，可以通過(guò)S7- 400的冗余結(jié)構(gòu)增加設(shè)備的可用性。
S7- 400的許多器件也可用于外部環(huán)境條件SIPLUS版本，例如：擴(kuò)展溫度范圍（-25+60°C）和在惡劣環(huán)境/冷凝條件下使用。
S7- 400的高速背板總線確保集中式I/ O模塊的高速通訊。
設(shè)計(jì)和功能
模塊化
S7 - 400的一個(gè)重要特點(diǎn)是它的模塊化。S7- 400的高速通訊背板總線和允許直接插入CPU集成的DP接口，允許多條通訊線路的高性能運(yùn)行。例如，把一根總線用于HMI通訊和編程任務(wù)，一根總線用于高性能運(yùn)動(dòng)控制，一根總線用于普通I / O現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。
此外，也可以實(shí)現(xiàn)另外連接到MES-/ERP系統(tǒng)或通過(guò)SIMATIC IT連接到互聯(lián)網(wǎng)的需要。根據(jù)任務(wù)情況，可對(duì)S7 – 400進(jìn)行集中擴(kuò)展或分布式配置。附加設(shè)備和接口模塊也可集中用于此目的。在CPU中集成的PROFIBUS或PROFINET接口上也可實(shí)現(xiàn)分布式擴(kuò)展。如果需要，也可以使用通訊處理器（CP）。
設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一個(gè)S7 - 400系統(tǒng)基本上包括機(jī)架，電源，和中央處理單元。它可以以一個(gè)模塊化的方式安裝和擴(kuò)展。所有的模塊都可以自由地放置在左側(cè)插入的電源旁邊。S7- 400具有無(wú)風(fēng)扇的堅(jiān)固設(shè)計(jì)。信號(hào)模塊可以熱插拔。一個(gè)多層面的模塊范圍可用于中央擴(kuò)展以及具有ET200的分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單配置。
在集中式擴(kuò)展中，額外安裝機(jī)架直接連接到中央控制器。
除了標(biāo)準(zhǔn)的安裝機(jī)架，也提供9槽和18槽鋁合金安裝機(jī)架。這些鋁機(jī)架可以很高地耐受不利環(huán)境條件，緊固耐用，重量輕25％左右。
多值計(jì)算
多值計(jì)算，也就是在一個(gè)S7- 400中央控制器中的幾個(gè)CPU的同時(shí)操作，為用戶提供不同的益處：
可通過(guò)多值計(jì)算共享的S7 - 400的整體性能。例如，在技術(shù)復(fù)雜的任務(wù)中，如開環(huán)控制，可以將計(jì)算機(jī)或通訊分割和分配給不同的CPU每個(gè)CPU分配給自己的，用于此目的本地輸入/輸出。
有些任務(wù)也可以從每個(gè)多值計(jì)算方式中斷開，一個(gè)CPU處理關(guān)鍵時(shí)間的處理任務(wù)，另一個(gè)處理非關(guān)鍵時(shí)間的任務(wù)。
在多值計(jì)算操作中，所有的CPU的運(yùn)行行為像一個(gè)CPU，也就是說(shuō)，當(dāng)一個(gè)CPU進(jìn)入STOP狀態(tài)，其他的也停止。幾個(gè)CPU的動(dòng)作可以通過(guò)同步指令選擇性地協(xié)調(diào)調(diào)用。此外，CPU之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)高速的全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊機(jī)制。
數(shù)據(jù)/程序存儲(chǔ)器
從精細(xì)分級(jí)的各種CPU中選擇合適的CPU取決于集成工作存儲(chǔ)區(qū)的大小。集成裝載存儲(chǔ)器（RAM）足以滿足中小型企業(yè)方案。對(duì)于大型程序，通過(guò)插入RAM或FEPROM存儲(chǔ)卡增大裝載內(nèi)存（64 KB到64 MB）。
特殊功能
S7- 400 CPU有一些非常有用的特殊功能：
從工程工作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)更新固件實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單和快速的升級(jí)
通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)額外的寫保護(hù)（例如沒(méi)有從PC器件下載到CPU）
通過(guò)讀取存儲(chǔ)卡的序列號(hào)獲得保護(hù)，因此，保證了程序只與特定的存儲(chǔ)卡一起運(yùn)行
集成的路由功能允許在不同總線系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)問(wèn)數(shù)據(jù)記錄，例如控制級(jí)PC可以通過(guò)S7 -400控制器與連接在PROFINET或者PROFIBUS接口上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通訊。
1問(wèn)題的提出
1.1 如何擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍
在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常使用值旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置反饋，值編碼器具有返回值與實(shí)際位置一一對(duì)應(yīng)、斷電后位置信息不丟失等優(yōu)點(diǎn)，在使用時(shí)給用戶帶來(lái)了很多方便，比如在設(shè)備重新上電時(shí)，不需要重新尋找參考點(diǎn)（回零）。
不過(guò)值旋轉(zhuǎn)編碼器也有缺點(diǎn)，不管是單圈值編碼器，還是多圈值編碼器，它的測(cè)量范圍都是有限的。如果負(fù)載不停地單方向運(yùn)行，那么一定會(huì)造成編碼器返回值溢出，此時(shí)編碼器的值又重新返回零，周而復(fù)始。此時(shí)如果設(shè)備重新上電，編碼器返回值是不包含溢出次數(shù)信息的，所得到的位置值也是不可用的。
西門子6AU1240-1AA00-0AA0
圖1 值旋轉(zhuǎn)編碼器的返回值與負(fù)載位置的關(guān)系
問(wèn)題1：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí)，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí)，如果負(fù)載行程較長(zhǎng)，超出了值編碼器的測(cè)量范圍，那么在設(shè)備重新上電時(shí)，編碼器的返回位置r0483與負(fù)載實(shí)際位置是不匹配的。此時(shí)應(yīng)該如何擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍，正確地讀取負(fù)載的位置？
1.2 如何正確使用測(cè)量齒輪
在一些場(chǎng)合會(huì)使用測(cè)量齒輪改變電機(jī)或負(fù)載的轉(zhuǎn)速特性，以便于速度或位置的測(cè)量，如圖2所示為一個(gè)齒輪比為1：3的測(cè)量齒輪。如果所用的編碼器為值編碼器，那么在發(fā)生溢出時(shí)，編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)就出現(xiàn)偏移，偏移量的大小取決于齒輪比。一旦編碼器返回值發(fā)生溢出，負(fù)載的實(shí)際位置值就不可用了。
圖2 測(cè)量齒輪示意圖
舉一個(gè)例子，在使用圖2的測(cè)量齒輪時(shí)，假設(shè)所用的編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器，那么默認(rèn)情況下，編碼器返回位置、電機(jī)/負(fù)載的角度、編碼器的角度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖3所示。
圖3 編碼器返回位置、電機(jī)/負(fù)載角度、編碼器角度的關(guān)系
從圖3可以看出，在編碼器旋轉(zhuǎn)8圈以后發(fā)生溢出，每次溢出后編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)會(huì)有1/3圈的偏移，在發(fā)生溢出以后編碼器返回的位置值就不可用了。在溢出3次以后，編碼器返回值零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載零點(diǎn)又重合了。
問(wèn)題2：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí)，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí)，如果使用了測(cè)量齒輪，那么如何在編碼器溢出時(shí)，也能正確讀取電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置？
2 SINAMICS S120位置跟蹤功能的使用
2.1 SINAMICS S120位置跟蹤功能概述
SINAMICS S120位置跟蹤（Position Tracking）可用于：
? 擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍
? 在使用測(cè)量齒輪時(shí)，正確計(jì)算負(fù)載的位置
該功能可通過(guò)參數(shù)P0411.0來(lái)激活，激活以后，編碼器溢出的次數(shù)信息會(huì)被保存在斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)中，這樣即使編碼器返回值發(fā)生溢出，即使設(shè)備重新上電，也可以重新根據(jù)編碼器溢出次數(shù)和當(dāng)前返回值計(jì)算出負(fù)載的當(dāng)前位置。
圖4 測(cè)量齒輪和編碼器的示意圖
值編碼器位置實(shí)際值保存在參數(shù)r0483中，r0483是一個(gè)無(wú)符號(hào)32位數(shù)，需要激活編碼器的控制字中第13位（GnSTW.13）才會(huì)將編碼器的實(shí)際值顯示在r0483中。如果P0411.0＝0，那么位置跟蹤功能未被激活，此時(shí)r0483中的位置值由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：
? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號(hào)細(xì)分位數(shù)P0419
? 編碼器圈數(shù)P0421
如果P0411.0＝1，那么位置跟蹤功能被激活，此時(shí)r0483中的位置由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：
? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號(hào)細(xì)分位數(shù)P0419
? 值旋轉(zhuǎn)編碼器虛擬圈數(shù)P0412
如果沒(méi)有測(cè)量齒輪，編碼器的圈數(shù)即為P0421的值，如果P0421太小，不滿足負(fù)載行程要求，那么可以通過(guò)放大P0412來(lái)擴(kuò)展值編碼器的位置測(cè)量范圍。
? 測(cè)量齒輪比P0433/P0432
2.2 擴(kuò)展值編碼器測(cè)量范圍的參數(shù)設(shè)置
要擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍，可以在配置向?qū)е芯幋a器配置畫面上進(jìn)行設(shè)置。使用STARTER軟件打開項(xiàng)目，在Config DDS的配置向?qū)е校谂渲镁幋a器數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊Details按鈕，如圖5所示。
圖5 編碼器配置畫面
在彈出的對(duì)話框中Details選項(xiàng)卡中，選擇激活位置跟蹤功能，并在虛擬圈數(shù)P0412中輸入需要的值，如圖6所示。配置完畢后，下載數(shù)據(jù)并保存。
圖6 激活位置跟蹤功能
另外也可以在ONLINE情況下，通過(guò)參數(shù)表直接設(shè)置。使用PG/PC連接設(shè)備，在STARTER軟件中連接在線后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的Expert List打開參數(shù)列表，依次設(shè)置以下參數(shù)即可。
P0010＝4， Encoder Commissioning 編碼器調(diào)試
P0411.0＝Y(jié)es， Activate Position Tracking 激活位置跟蹤功能
P0412＝600， Set Virtual Revolution 設(shè)置虛擬圈數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整
P0010＝0， Ready 返回就緒狀態(tài)
2.3 使用測(cè)量齒輪時(shí)的參數(shù)設(shè)置
針對(duì)1.2節(jié)中的例子，編碼器每溢出一次，都會(huì)在電機(jī)/負(fù)載側(cè)產(chǎn)生1/3圈的偏移，每溢出3次以后，編碼器零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)重新吻合。在編碼器溢出時(shí)，電機(jī)/負(fù)載的位置就可能不正確了。
此時(shí)需要激活位置跟蹤功能，并設(shè)置測(cè)量齒輪的齒輪比P0433和P0432，如圖7所示。本例中值編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器，所以P0412=8。
圖7 測(cè)量齒輪的參數(shù)設(shè)置
這樣可以擴(kuò)展位置值r0483的表示范圍（如圖8所示），在使用測(cè)量齒輪時(shí)，即使發(fā)生編碼器返回值溢出，也能正確指示電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置。
圖8 位置跟蹤功能激活后的位置值
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