化工儀器網(wǎng)
詳細介紹
西門子6SL3130-6AE21-0AB0
6SL3130-6AE21-0AB0
SINAMICS S120 SMART LINE MODULE INPUT: 3AC 380-480V, 50/60HZ OUTPUT: 600VDC, 17A, 10KW FRAME SIZE: BOOKSIZE INTERNAL AIR COOLING INCL. CONTROL VOLTAGE ADAPTER MODULES PAINTED
1問題的提出
1.1 如何擴展值編碼器的測量范圍
在運動控制系統(tǒng)中，經(jīng)常使用值旋轉編碼器作為位置反饋，值編碼器具有返回值與實際位置一一對應、斷電后位置信息不丟失等優(yōu)點，在使用時給用戶帶來了很多方便，比如在設備重新上電時，不需要重新尋找參考點（回零）。
不過值旋轉編碼器也有缺點，不管是單圈值編碼器，還是多圈值編碼器，它的測量范圍都是有限的。如果負載不停地單方向運行，那么一定會造成編碼器返回值溢出，此時編碼器的值又重新返回零，周而復始。此時如果設備重新上電，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。
圖1 值旋轉編碼器的返回值與負載位置的關系
問題1：在使用SINAMICS S120進行位置控制時，在采用值編碼器作為位置反饋時，如果負載行程較長，超出了值編碼器的測量范圍，那么在設備重新上電時，編碼器的返回位置r0483與負載實際位置是不匹配的。此時應該如何擴展值編碼器的測量范圍，正確地讀取負載的位置？
1.2 如何正確使用測量齒輪
在一些場合會使用測量齒輪改變電機或負載的轉速特性，以便于速度或位置的測量，如圖2所示為一個齒輪比為1：3的測量齒輪。如果所用的編碼器為值編碼器，那么在發(fā)生溢出時，編碼器返回值的零點與電機/負載的零點就出現(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，負載的實際位置值就不可用了。
圖2 測量齒輪示意圖
舉一個例子，在使用圖2的測量齒輪時，假設所用的編碼器是一個8圈的值編碼器，那么默認情況下，編碼器返回位置、電機/負載的角度、編碼器的角度隨時間變化的關系如圖3所示。
圖3 編碼器返回位置、電機/負載角度、編碼器角度的關系
從圖3可以看出，在編碼器旋轉8圈以后發(fā)生溢出，每次溢出后編碼器返回值的零點與電機/負載的零點會有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，編碼器返回值零點與電機/負載零點又重合了。
問題2：在使用SINAMICS S120進行位置控制時，在采用值編碼器作為位置反饋時，如果使用了測量齒輪，那么如何在編碼器溢出時，也能正確讀取電機/負載的實際位置？
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：
? 擴展值編碼器的測量范圍
? 在使用測量齒輪時，正確計算負載的位置
該功能可通過參數(shù)P0411.0來激活，激活以后，編碼器溢出的次數(shù)信息會被保存在斷電保持數(shù)據(jù)區(qū)中，這樣即使編碼器返回值發(fā)生溢出，即使設備重新上電，也可以重新根據(jù)編碼器溢出次數(shù)和當前返回值計算出負載的當前位置。
圖4 測量齒輪和編碼器的示意圖
值編碼器位置實際值保存在參數(shù)r0483中，r0483是一個無符號32位數(shù)，需要激活編碼器的控制字中第13位（GnSTW.13）才會將編碼器的實際值顯示在r0483中。如果P0411.0＝0，那么位置跟蹤功能未被激活，此時r0483中的位置值由以下數(shù)據(jù)構成：
? 編碼器每轉脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號細分位數(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r0483中的位置由以下數(shù)據(jù)構成：
? 編碼器每轉脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號細分位數(shù)P0419
? 值旋轉編碼器虛擬圈數(shù)P0412
如果沒有測量齒輪，編碼器的圈數(shù)即為P0421的值，如果P0421太小，不滿足負載行程要求，那么可以通過放大P0412來擴展值編碼器的位置測量范圍。
? 測量齒輪比P0433/P0432
2.2 擴展值編碼器測量范圍的參數(shù)設置
要擴展值編碼器的測量范圍，可以在配置向導中編碼器配置畫面上進行設置。使用STARTER軟件打開項目，在Config DDS的配置向導中，在配置編碼器數(shù)據(jù)時，點擊Details按鈕，如圖5所示。
圖5 編碼器配置畫面
在彈出的對話框中Details選項卡中，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，通過參數(shù)表直接設置。使用PG/PC連接設備，在STARTER軟件中連接在線后，通過驅動器的Expert List打開參數(shù)列表，依次設置以下參數(shù)即可。
P0010＝4， Encoder Commissioning 編碼器調試
P0411.0＝Yes， Activate Position Tracking 激活位置跟蹤功能
P0412＝600， Set Virtual Revolution 設置虛擬圈數(shù)，根據(jù)實際情況調整
P0010＝0， Ready 返回就緒狀態(tài)
2.3 使用測量齒輪時的參數(shù)設置
針對1.2節(jié)中的例子，編碼器每溢出一次，都會在電機/負載側產(chǎn)生1/3圈的偏移，每溢出3次以后，編碼器零點與電機/負載的零點重新吻合。在編碼器溢出時，電機/負載的位置就可能不正確了。
此時需要激活位置跟蹤功能，并設置測量齒輪的齒輪比P0433和P0432，如圖7所示。本例中值編碼器是一個8圈的值編碼器，所以P0412=8。
圖7 測量齒輪的參數(shù)設置
這樣可以擴展位置值r0483的表示范圍（如圖8所示），在使用測量齒輪時，即使發(fā)生編碼器返回值溢出，也能正確指示電機/負載的實際位置。
圖8 位置跟蹤功能激活后的位置值
S120 支持與HMI進行直接通信，這樣可以通過HMI直接控制s120的起停和設定，不過該種通信方式屬于非周期通信，需要設置通信狀態(tài)監(jiān)控以便通信異常時變頻器能夠停車。下面以Winccflexible PC Runtime和S120（CU320 V2.6.2）為例，介紹HMI控制S120起停和通信狀態(tài)監(jiān)視的設置方法。
1 HMI側的設置
1.1 HMI側的通信設置
說明：
（1）通訊驅動選擇“SIMATIC S7 300/400”并激活“ON”。
（2）HMI側要勾選“only master on the bus”。
（3）設置雙方的通信網(wǎng)絡和站地址。
1.2 HMI側創(chuàng)建變量標簽
說明：
（1）DB號對應參數(shù)號，比如DB2098對應變頻器內(nèi)的P2098。
DBX號=DO號*1024+參數(shù)下標號，比如DBW3072對應DO03中的0號下標參數(shù)。
DO號可以在starter/scout軟件的“communication”中找到。
（2）這里建立了三個參數(shù)：
“P2098_1”對應于變頻器的P2098[0]（用于控制啟停）；
“P2098_2”對應于變頻器的P2098[1]（用于接收HMI產(chǎn)生的脈沖）；
“P2900”對應變頻器的P2900用于速度給定。
1.3 HMI側生成脈沖信號
西門子6SL3130-6AE21-0AB0
說明：
（1） 點擊畫面窗口---事件---加載---選擇“SimulateTag”函數(shù)；給該函數(shù)分配P2900_2變量，設置函數(shù)周期為2（時基是200mS），大值為1，步長（value）為1.
該函數(shù)是用于仿真某個int型變量的變化，并且只能在畫面加載事件中調用，在當前畫面窗口激活，即當前窗口被顯示時該函數(shù)被調用；若有多個畫面則需在每個畫面的加載事件中調用該函數(shù)，并做相同設置，否則切換畫面時脈沖會丟失。
（2）這里設置的函數(shù)周期是2*200mS,而變量的刷新周期是500mS.這樣可以保證變量每次
刷新時變量值都經(jīng)過變化，同時變頻器側P2098[1]參數(shù)接收到脈沖信號的周期會足夠
小，從而保證在設定的2S時間內(nèi)檢測到脈沖。
（3）變頻器參數(shù)P2098[0]/P2098[1]是兩個“WORD變量到BIT變量轉換”的變量，轉換后的變量會分別在r2094.0---r2094.15和r2095.0---r2095.15中顯示并可進行BICO
連接。
（4）可作BICO連接的標有CI標識的P參數(shù)不能直接與HMI建立連接，r參數(shù)可以。
（5）其中，設置2S定時是因為周期通信中總線檢測的可設大時間為2S，見下圖：
1.4 HMI側的啟停和給定設置
說明：
（1）給定的IO域連接到變量P2900對應于變頻器參數(shù)P2900；
（2）點擊啟動按鈕---事件---點擊---翻轉變量位（InverBitInTag）---連接變量P2098_1 (對應
于變頻器參數(shù)P2098[0])---選擇第0位。
2 變頻器側的設置
2.1通信只需要設置CU的站地址
2.2 參數(shù)設置、起停和給定的連接邏輯見下圖：
變頻器的參數(shù)連接為：
P1070[0]=P2900
P840[0]=r2094.0(其中r2094.0自動連接到P2098[0].0)
其它相關參數(shù)請參見S120調試手冊。
說明：P840[0]=r2094.0(r2094.0=P2098[0].0自動關聯(lián))
說明：P1070[0]=P2900(P2900對應變頻器內(nèi)的可設置固定值，可通過HMI更改)
2.3 通信診斷和響應處理
變頻器側的通信診斷及通信故障響應邏輯見下圖：
說明：
r2095.0是來自HMI的脈沖信號，檢測該信號為常1或常0達到2S后，認為通信故障。
變頻器OFF2停車，并切換命令參數(shù)組到端子或面板控制（由用戶根據(jù)需要設置）。
2.4 變頻器側通信相關參數(shù)的設置
激活S120的自由功能塊功能，方法如下：
說明：
(a) 右擊“VECTOR_03”選屬性---選擇“function modules”---勾選自由功能塊---OK。
(b) P20000[0]選擇8*r20002。用于設置自由功能塊執(zhí)行組0的掃描時間，要求小為
1ms。參數(shù)形式為N*r20002，其中r20002為時基，對于驅動對象其值一般0.125mS。
（1）設置PDE0（延時通定時器），用于檢測r2095.0的信號在2S內(nèi)是否為常1。
P20158= 2095.0(檢測脈沖信號是否為常1)
P20161=0(選擇執(zhí)行組0)
P20162=1（在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序為1）
P20159=2000（設定延時時間為2S）
r20160定時器0的輸出，送給OR0輸入1。
（2）設置NOT0功能塊(對脈沖信號進行取反以檢測常0信號)
P20078=R2095.0(脈沖信號)
P20080=0（在執(zhí)行組0中執(zhí)行）
P20081=2（在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序為2）
r20079（取反后的信號輸出，送給PDE1輸入）
（3）設置PDE1（延時通定時器），用于檢測r2095.0的信號在2S內(nèi)是否為常0。
P20163= R20079 (檢測脈沖信號是否為常0)
P20166=0(選擇執(zhí)行組0)
P20167=3（在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序為3）
P20164=2000（設定延時時間為2S）
r20165定時器1的輸出，送給OR0的輸入2
（4）設置OR0功能塊（將常1和常0檢測結果相或）
P20046[0]= R20160 (常1檢測結果)
P20046[1]= R20165（常0檢測結果）
P20046[2]=0
P20046[3]= 0
P20048=0(在執(zhí)行組0中執(zhí)行)
P20049=4(在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序為4)
R20047或信號的輸出。該信號一方面直接送給P810用于切換命令組；另一方面送
給的輸入。
（5）設置功能塊，對檢測結果取反后送給OFF2停車源2（P845[0]）
P20082= r20047 (取自OR0輸出)
P20084=0(選擇執(zhí)行組0)
P20085=5(在執(zhí)行組0中的執(zhí)行順序為5)
r20083 的輸出，送給OFF2停車源2(P845[0])
（6）終信號連接
P845[0]= R20083( 的輸出信號)
P810= r20047（OR0的輸出信號）
即當檢測到通信故障時，變頻器OFF2停車，以保證設備和人身安全；同時將命
令數(shù)據(jù)組2激活，若設置了其它命令數(shù)據(jù)組，則可避免因通信故障而導致變頻器無
法運行。
化工儀器網(wǎng)