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西門子6SL3130-7TE21-6AA3
6SL3130-7TE21-6AA3
SINAMICS S120 Active Line Module 輸入：3AC 380-480V,50/60Hz 輸出:600V DC，27A，16kW 結(jié)構(gòu)形式：書本尺寸 內(nèi)部風(fēng)冷 包括 Drive-CLiQ 導(dǎo)線
西門子近日與瓦房店軸承集團有限責任公司（瓦軸集團）簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在軸承、西門子數(shù)控系統(tǒng)以及精密機械加工的智能制造三方面建立長期戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。在瓦軸集團開展智能化、數(shù)字化改造工程的過程中，西門子將輔助瓦軸集團完成集團公司頂層設(shè)計，推進能制造項目的藍圖規(guī)劃和精益生產(chǎn)要求，并細化和落地具體的集成方案和實施方案。雙方將以“瓦軸軌道交通軸承數(shù)字化產(chǎn)線項目”為合作起點，共同致力于打造大連地區(qū)、乃至整個東北地區(qū)的智能制造示范工程。
“此次瓦軸集團優(yōu)秀的精密機械加工工藝技術(shù)與西門子*的數(shù)字化技術(shù)與解決方案的強強聯(lián)合，將成為推動該行業(yè)在中國乃至世界范圍內(nèi)實現(xiàn)智能制造的重要里程碑。”西門子（中國）有限公司執(zhí)行副總裁、數(shù)字化工廠集團總經(jīng)理王海濱表示，“西門子已經(jīng)具備了實現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)的技術(shù)條件，與瓦軸集團的合作是西門子攜手中國企業(yè)推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，向‘中國制造2025’邁進的又一例證。”
“本次全面戰(zhàn)略合作協(xié)議的簽訂，標志著瓦軸集團制造模式轉(zhuǎn)型邁向新起點，化戰(zhàn)略的推進開始步入新階段，更為瓦軸集團與西門子全面開展合作搭建了嶄新的多元化平臺。”瓦軸集團公司董事長孟偉表示，“瓦軸集團將與西門子一起充分發(fā)揮雙方的技術(shù)優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，在數(shù)字化工廠建設(shè)領(lǐng)域譜寫轉(zhuǎn)型發(fā)展的新篇章，推進制造，為客戶提供產(chǎn)品。”
瓦軸集團始建于1938年，是中國軸承工業(yè)的發(fā)源地，在世界軸承行業(yè)*八位。瓦軸集團在國內(nèi)外擁有8大產(chǎn)品制造基地，23家制造工廠，產(chǎn)品遠銷世界100多個國家和地區(qū)，主導(dǎo)產(chǎn)品有重大技術(shù)裝備配套軸承、軌道交通軸承、汽車車輛軸承、風(fēng)電新能源軸承、精密機床及精密滾珠絲杠、精密大型鍛件等。
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(zhuǎn)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(yīng)、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(shè)備重新上電時，不需要重新尋找參考點（回零）。
不過值旋轉(zhuǎn)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(fù)始。此時如果設(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。
圖1 值旋轉(zhuǎn)編碼器的返回值與負載位置的關(guān)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(shè)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(yīng)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(zhuǎn)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(shè)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(guān)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(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(shè)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(gòu)成：
? 編碼器每轉(zhuǎn)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(gòu)成：
? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號細分位數(shù)P0419
? 值旋轉(zhuǎn)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(shè)置
要擴展值編碼器的測量范圍，可以在配置向?qū)е芯幋a器配置畫面上進行設(shè)置。使用STARTER軟件打開項目，在Config DDS的配置向?qū)е?，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(shè)置。使用PG/PC連接設(shè)備，在STARTER軟件中連接在線后，通過驅(qū)動器的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)實際情況調(diào)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(shè)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(cè)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(shè)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(shè)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
一、概述
S120 有兩種形式：
用于多軸系統(tǒng)的 DC/AC 裝置
用于單軸系統(tǒng)的 AC/AC 裝置
這兩種形式的 Firmware V2.4 及以上版本都已具備基本定位功能。當前V2.4 版本的 S120具有如下定位功能：
? 點動 (Jog)： 用于手動方式移動軸，通過按鈕使軸運行至目標點
? 回零 (Homing/Reference)：用于定義軸的參考點或運行中回零
? 限位 (Limits)：用于限制軸的速度、位置。包括軟限位、硬限位
? 程序步 (Traversing Blocks)： 共64個程序步，可自動連續(xù)執(zhí)行一個完整的程序也可單步執(zhí)行
? 直接設(shè)定值輸入/手動設(shè)定值輸入 (Direct Setpoint Input / MDI)：目標位置及運行速度可由上位機實時控制。
使用 S120 基本定位功能的前提條件：
調(diào)試軟件：Starter V4.0 或更高版本 / SCOUT V4.0 或更高版本
硬件版本：SINAMICS FW: V2.4 HF2 或更高版本
注：
安裝 SCOUT V4.0 需要STEP 7 版本至少為 V5.3.3.1 以上西門子6SL3130-7TE21-6AA3
二、激活基本定位功能
S120的定位功能必須在變頻器離線配置中激活，步驟如下：
定位功能激活后可使用STARTER中的控制面板或?qū)＜覅?shù)表進行設(shè)置
定位功能激活后可使用STARTER中的控制面板或?qū)＜覅?shù)表進行設(shè)置
使用控制面板 使用專家參數(shù)表
使用控制面板的操作步驟：
三、基本定位_點動（JOG）
S120 中基本定位功能的點動有兩種方式：
? 速度方式( travel endless)：點動按鈕按下，軸以設(shè)定的速度運行直至按鈕釋放。
? 位置方式( travel incremental)：點動按鈕按下并保持，軸以設(shè)定的速度運行至目標位置后自動停止。
? 使用控制面板的點動功能僅限于速度方式，位置方式需使用專家參數(shù)表設(shè)定。
? 執(zhí)行點動功能，應(yīng)先使能變頻器ON/OFF1（P0840）
四、基本定位_回零（Homing / Reference）
回零/尋參（Homing / Reference）
回參考點模式（回零模式）只有使用增量編碼器（旋轉(zhuǎn)編碼器 Reserver、正/余弦編碼器Sin/Cos 或 脈沖編碼器）時需要，因每次上電時增量編碼器與軸的機械位置之間沒有任何確定的關(guān)系。因此軸都必須被移至預(yù)先定義好的零點位置。即執(zhí)行 Homing 功能。
當使用編碼器 ( Absolute ) 時每次上電不需重新回零。
S120 中回零有三種方式：
? 直接設(shè)定參考點 (Reference): 對任意編碼器均可
? 主動回零 (Reference point approach): 主要指增量編碼器
? 動態(tài)回零 (Flying Reference)：對任意編碼器均可
4.1設(shè)置參考點 (Set_Reference)
通過用戶程序可設(shè)置任意位置為坐標原點。通常情況下只有當系統(tǒng)即無接近開關(guān)又無編碼器的零脈沖時，或者當需要軸被設(shè)置為一個不同的位置時才使用該方式
操作步驟（已設(shè)定開關(guān)量輸入點 DI2 為ON/OFF1命令源 P840）
1. 進入“Homing”
2. 連接一數(shù)字量輸入點 ( DI 1 )至參數(shù) P2596作為設(shè)置參考點信號位，該位上升沿有效
3. 設(shè)定參考點位置坐標值 P2599（如 0）
4. 閉合DI 2運行使能
5. 閉合DI 1 激活“設(shè)置參考點”命令，于是該軸當前位置 r 2521 立即被置為P2599 中設(shè)定的值。如 r2521=0
4.2主動回零（Active Homing）
主動回零方式只適用于增量編碼器，值編碼器只需在初始化階段進行一次編碼器校準，以后不必做回零
主動回零有三種方式：
僅用編碼器零標志位( Encoder Zero Mark ) 回零
僅用外部零標志( External Zero Mark ) 回零
使用接近開關(guān) + 編碼器零標志位( Homing output cam + Zero Mark ) 回零
4.2.1值編碼器的主動回零
如果我們使用值編碼器并且作主動回零時會看到如下頁面：
4.2.2增量編碼器的主動回零
依下圖所示進行配置
相關(guān)參數(shù)設(shè)定
1. 進入 “ Homing “ (回零) 頁面
2. 定義開關(guān)量輸入點DI 1為開始尋參命令（參數(shù)P2595=722.0）
3. 回零方式選擇主動回零P2597=0
4. 定義開關(guān)量輸入點DI 2為接近開關(guān) P2612= 722.1（粗脈沖）
5. 軸運行極限點，如果回零過程中極限點到達（P2613/P2614=0）則軸反轉(zhuǎn)。若兩點全為零則軸停止。
6. 回零方式：接近開關(guān) + 編碼器零脈沖
7. 回零開始方向P2604 (0:正向；1：反向)
動作過程：
變頻器運行ON/OFF1閉合，DI 1閉合，開始尋參過程
? 上圖中（Step1）軸按照P2604 定義的搜索方向，以大加速度 P2572 加速至搜索速度 P2605，到達接近開關(guān)后（DI 2 閉合）,以大減速度P2573減速停止，進入下一步：搜索編碼器的零脈沖
? 軸反向加速至速度 P2608，離開接近開關(guān)后（DI 2 斷開）遇到的編碼器的*個零脈沖后軸停止。進入下一步：回參考點
? 上圖中（Step3）軸反向加速以速度 P2611運行偏置距離P2600后停止在參考點，完成主動回零過程。
4.3動態(tài)回零（Passive Homing）
Passive Homing （動態(tài)回零）又稱為 Homing on the fly
動態(tài)回零用于軸工作于任意定位狀態(tài)時動態(tài)修改當前位置值為零（如：在點動時、執(zhí)行程序步時，執(zhí)行 MDI 時），執(zhí)行動態(tài)回零后并不影響軸當前的運行狀態(tài)，軸并不是真正的回到零點而只是其當前位置值被置為0，重新開始計算位置。
前提條件：P2597=1
值編碼器的動態(tài)回零：
參數(shù)設(shè)定
? 打開 “ Homing “ (回零) 頁面
? 定義開始尋參命令P2595源（如開關(guān)量輸入點DI2）
? 回零方式選擇動態(tài)回零P2597=1
? 接近開關(guān)Bero為上升沿有效（如上圖中P2511）
? 定義開關(guān)量輸入點DI 10（只能為快速I / O）為接近開關(guān) P488= 722.10（如上圖中2）
動作過程：
? 變頻器運行（使能ON/OFF1），選擇任意一種命令（如點動，程序步、MDI等）軸按照所選擇的方式運行
? 閉合DI 2，開始動態(tài)回零
? 閉合快速開關(guān)DI 10（下圖中紅色線為該開關(guān)狀態(tài)），可見到位置實際值立即恢復(fù)為0，后重新計值（如圖中綠色線所示），在整個動態(tài)回零過程中軸的運行速度不受影響。
五、基本定位_限位（Limit）
S120 中包含兩種限位功能：軟限位、硬限位。以限制軸運行范圍。同時還有對軸運行速度，加減速的限制。
如下圖所示激活限位方式
? 項目導(dǎo)航欄中選擇限位功能塊
? 激活軟限位P2582 =1，正/反向位置范圍通過 P2578, P2579設(shè)定
? 激活硬限位P2568 =1，硬限位位置開關(guān)源 P2569, P2570
? 大速度：P2571、大加速度：P2572、大減速度：P2573
注：限位開關(guān)信號為 “ 低 “ 有效
到達硬限位后軸將以大減速度 P2573 故障停車，即使故障復(fù)位后也只允許反向運行
六、基本定位_程序步（Traversing Blocks）
通過使用Traversing Blocks _ “程序步” 模式可以自動執(zhí)行一個完整的定位程序，也可實現(xiàn)單步控制；各程序步之間可通過數(shù)字量輸入信號切換。但只有當前程序步執(zhí)行完后下一程序步才有效。
在S120 中提供了多 64個程序步供使用。
程序步執(zhí)行步驟：
1. 項目導(dǎo)航欄中選擇 Traversing Blocks 模式，設(shè)定開關(guān)量輸入點DI4用于激活程序步功能
2. 不拒絕任務(wù) P2641= r722.2=1、沒有停止命令 P2640=1
運行過程中P2640=0發(fā)出停止命令，則軸將以減速度P2620減速停車。
若斷開DI 3 ( r722.2=0 )發(fā)出拒絕任務(wù)命令，則軸將以大減速度P2573減速停車。
3. 按工藝需要設(shè)定各個程序步參數(shù)，程序步代號決定程序的執(zhí)行順序。代號為 -1表示該步不執(zhí)行（初始代號全部為 -1）。
4. 通過6個數(shù)字量輸入點的不同組合選擇需要的程序步
5. 變頻器運行，閉合DI 4（r722.3=1）激活 Traversing 方式 ( P2631=1有效 )軸按設(shè)定步驟運行。
結(jié)構(gòu)說明：
P2616 (No.) 每個程序步都要有一個任務(wù)號，運行時依此任務(wù)號順序執(zhí)行 （ -1 表示無效的任務(wù)）
P2621 (Job ) 表示該程序步的任務(wù)。有7 種任務(wù)供選擇：Positioning （位置方式）、Endless_POS / Endless_NEG（正 / 反向速度方式）、Waiting（等待parameter 中的時間后執(zhí)行下一步） Goto（跳轉(zhuǎn)到parameter中的程序步） Set_O / Reset_O（置位/復(fù)位parameter 中的開關(guān)量輸出點）
P2622 ( Parameter ) 依賴于不同的Job，對應(yīng)不同的Job有不同的含義（參見List Manual）
P2623.8/9 ( Mode ) 定義定位方式，僅當任務(wù) ( Job )為位置方式 ( Position ) 時有效
P2617/P2618/P2619/P2620 ( Position, Velocity, Acceleration, Deceleration ) 運動的位置，速度，加/減速
P2623.4/5/6 ( Advance ) 制定本任務(wù)結(jié)束方式。END: 本任務(wù)結(jié)束不連續(xù)執(zhí)行下一任務(wù)，Continue_With_Stop: 本任務(wù)結(jié)束準確定位，電機停止后重新啟動開始下一任務(wù)。Continue_Flying: 本任務(wù)結(jié)束連續(xù)執(zhí)行下一任務(wù)。
P2623.0 ( Hide ) 跳過本條程序步不執(zhí)行該任務(wù)。
依賴于 Job 的方式，Configuration of digital output 僅當Job 設(shè)定為 SET_O / RESET_O時有效，用于設(shè)定開關(guān)量輸出。
示例：
編制一段程序：
以速度 700 LU/min， 加 / 減速為100% 運行相對位置 50000 LU 減速停止；等待 30ms；再以速度 600 LU/min， 加 / 減速為100% 運行相對位置 40000 LU 減速停止。
編制程序步如下：
七、手動數(shù)據(jù)輸入（MDI）
Direct Setpoint Input / MDI （直接設(shè)定點輸入方式/手動數(shù)據(jù)輸入方式）, MDI 的縮寫來自于 NC 技術(shù)“Manual Data Input ”
使用MDI 功能我們可以很輕松地通過外部控制系統(tǒng)來實現(xiàn)復(fù)雜的定位程序，通過由上位機控制的連續(xù)變化的位置、速度來滿足我們的工藝需要。
MDI 有兩種不同模式：
? 位置 ( position) 模式 P2653=0、
? 手動定位或稱速度模式( setting up ) P2653=1這兩種模式可在線切換
速度模式是指軸按照設(shè)定的速度及加/減速運行，不考慮軸的實際位置。
位置模式是指軸按照設(shè)定的位置、速度、加/減速運行；
位置模式又可分為位置 （P2648=1）和 相對位置（ P2648=0）兩種方式。
7.1 MDI 模式配置如下圖所示
7.2 激活 MDI 方式及參數(shù)配置
1. 進入直接數(shù)據(jù)輸入/ MDI 模式
2. 如上面程序步中所述：不拒絕任務(wù) P2641=1、沒有停止命令 P2640=1
運行過程中可通過斷開聯(lián)接與P2640的外部開關(guān)發(fā)出停止命令，則軸將以減速度P2620減速停車。
若斷開聯(lián)接與P2641的外部開關(guān)發(fā)出拒絕任務(wù)命令，則軸將以大減速度P2573減速停車
3. 設(shè)定開關(guān)量輸入點DI 9用于激活MDI功能（P2647為“1”有效）
4. 相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置位置、速度、加 / 減速度 P2642 ~ P2645）
5. 位置模式選擇 P2653
P2653=1：速度方式；P2653=0：位置方式
6. 定位方式選擇 P2648
位置方式：P2654=0, P2648=1；相對定位方式：P2654=**1*(16H)
7. 方向設(shè)定源 P2651、P2652
8. 數(shù)據(jù)傳輸形式 (P2649) 及數(shù)據(jù)設(shè)定值確認命令源( P2650)
S120 中MDI 的數(shù)據(jù)傳輸可采用兩種形式：
連續(xù)傳輸 P2649=1
單步傳輸、由上升沿確認 P2649=0
? 所謂單步傳輸是指MDI 數(shù)據(jù)的傳輸依賴于參數(shù) P2650 中選擇的開關(guān)量信號。該命令為 “沿” 有效，每次執(zhí)行完一個機器步后，需要再次施加上升沿，新的速度、位置等才能有效。
? 與單步傳輸不同，一旦激活連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，MDI 數(shù)據(jù)（位置、速度、加 / 減速度）可連續(xù)修改且立即有效而無需開關(guān)使能。這樣我們就可通過上位機實時調(diào)整目標位置及軸的運行速度、加 / 減速度而不會停機
注：連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸僅適用于定位方式
7.3 調(diào)試參數(shù)
運行命令源 (ON/ OFF1)為 P840
不拒絕數(shù)據(jù)傳輸： P2641=1
無停止命令： P2640=1
MDI 位置模式： P2653=0/1
選擇傳輸模式： P2649=0/1
數(shù)據(jù)設(shè)定值確認命令源 P2650 ( P2649=1時無效)
激活MDI 模式的命令源 P2647
選擇定位方式： P2648=1
設(shè)置目標參數(shù)：P2690、P2691、P2692、P2693
變頻器運行后，激活MDI模式，軸按設(shè)定值運行。
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