TIA Portal伺服电机编程入门

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如今，您很少有机会遇到没有伺服电机的自动工业装置。这些是现代工业的重要组成部分，可以在大多数应用中找到。

伺服电机是一种受控电机（通常是与增量编码器耦合的无刷电机），能够执行高精度定位，并由驱动器控制。

在本教程中，我们将了解如何在西门子TIA Portal环境中执行简单的定位应用。得益于西门子的技术对象，配置和编程伺服驱动器从未如此简单。PLC通过PROFINET连接到伺服驱动器，我们假设驱动器的电气参数已正确设置。

0、先决条件

要跟随本教程，您需要安装TIA Portal和Startdrive。

我们将使用TIA Portal和Startdrive v17；其他版本的软件包也可能与本教程兼容。

1、在TIA Portal中配置伺服驱动器

让我们首先创建一个TIA Portal项目。您可以选择任何支持PROFINET的CPU。在本例中，我们将使用一个简单的S7-1200C，其IP地址保持默认值{192.168.0.1/255.255.255.0}。

然后，我们必须将伺服驱动器添加到项目中。在项目树中单击"添加新设备"。

图1.1：带有1200C CPU的TIA Portal项目。

一个包含软件中所有可用设备目录的小窗口将出现。

打开SIMATIC S210文件夹，选择适合您需求的型号。在本教程中，我们将使用S210的最简单型号（1 AC 240V，0.1kW）。

图1.2：添加新设备目录。

现在在设备属性视图中，单击"添加新子网"以创建我们将链接到CPU的新网络。

图1.3：添加新子网。

之后，编辑驱动器的IP地址，使其不会与CPU地址冲突。

图1.4：更改驱动器的IP地址。

接下来，我们需要定义要与驱动器通信的消息类型。这些是称为电报的标准化消息（或数据块）。每种类型包含一定数量的不同长度的数据。

根据官方文档，要访问编码器位置值，我们必须使用电报3或更高版本。

图1.5：PROFIdrive标准电报。

在参数屏幕的左侧，单击"电报配置"。您会发现默认电报设置为"SIEMENS电报105"，这是Simatic驱动器专用的。要访问任何伺服驱动器，我们必须使用"标准电报"。

图1.6：驱动器的电报配置

单击电报部分的滚动条，选择"标准电报3"。这将允许我们访问控制字、设定速度、实际速度和编码器值。

图1.7：将驱动器的电报设置为标准电报3。

您可以在网络配置中找到电报在CPU中影响的数据地址。您可以将地址编辑为任何想要的内存区域。这些值已保持为其默认值。

图1.8：电报的本地内存地址。

对于本示例，数据寻址如下：

• IW256：ZSW 1
• ID258：NIST
• IW262：ZSW 2
• IW264：G1 ZSW
• ID266：G1 XIST1
• ID270：G1 WIST2
• QW256：STW 1
• QD258：NSOLL
• QW262：STW 2
• QW264：G1 STW

在绝对寻址中，您可以通过直接在程序中读写地址来完美控制伺服驱动器。但正如您将在本教程后面看到的，有一种更有效的工具，可以让我们更轻松、更清晰地控制伺服电机。

接下来，我们必须正确配置驱动器和CPU之间的通信。在项目树中单击"设备和网络"。

图1.9：项目树中的设备和网络按钮。

您会注意到CPU未连接到PN/IE_1网络。单击CPU上的绿色端口，将其拖到PN/IE_1线上。

图1.10：CPU和驱动器未连接到同一子网。

图1.11：将PLC_1分配给驱动器。

现在我们必须告诉驱动器它必须与该CPU通信。单击CPU的绿色端口PLC_1作为主要合作伙伴。

图1.12：CPU和驱动器已连接并相互分配。

对于下一部分，我们需要指定使用的实际物理端口。单击"拓扑视图"。

图1.13：拓扑网络视图。

如您所见，两个设备未物理连接。单击CPU上的端口，将其拖到驱动器的其中一个端口。

图1.14：CPU和驱动器已物理连接。

现在所有设备都已正确配置。我们可以跳到下一步，即为伺服电机编程定位指令。

2、使用TO_PositioningAxis进行编程

同一个系统中存在许多冗余应用程序，例如多个运动控制或PID调节。为了简化此类应用程序的编程，西门子开发了技术对象（TO）。这些是基于开放库（主要是PLC Open）的接口，允许用户在管理多个复杂操作（如在同一程序中控制多个伺服电机）时统一其程序。

您不必手动处理与每个驱动器交换的数据，并根据您的机械系统计算正确的速度设定点以实现所需的行为。您可以简单地为每个驱动器创建一个技术对象。每个对象将包含其系统的所有机械参数，并将根据您指定的位置设定点自动计算并向驱动器发送正确的命令。使编程方式更简单、更清晰。

让我们首先创建技术对象。在项目树中，打开"技术对象"树，然后单击"添加新对象"。

图2.1：项目树中的添加新对象按钮。

将打开"添加新对象"窗口。在运动控制选项卡中，选择对象"TO_PositioningAxis"，为其命名，然后单击"确定"。

图2.2：创建TO_PositioningAxis对象。

TO_PositioningAxis是模拟机械轴的对象。使用适当的机械参数配置它后，您只需提供位置设定点即可执行定位操作。

创建对象后，TO的参数窗口将自动打开。在基本参数中，选择"Profidrive"作为通信方式。

图2.3：将通信设置为PROFIdrive。

接下来，单击"驱动器"选项卡。在"选择Profidrive驱动器"部分，单击带有"..."的按钮，选择"Drive unit_1"，然后选择"Drive control"。单击下面的绿色标记进行确认。

图2.4：将驱动器链接到技术对象。

下一步，单击"编码器"选项卡，在编码器部分，单击"..."按钮，选择"编码器电报"，然后选择"Drive control"。用绿色标记确认。这告诉伺服的编码器连接到驱动器，其数据将通过PROFINET发送。

图2.5：在技术对象中配置编码器。

在扩展参数中，您可以设置轴的所有其他参数：

运动类型（旋转或线性）、运动方向、模数、位置限制（包括使用传感器的软件和物理限制）、归位等。

值已保持为其默认值。即具有1对1耦合的简单旋转轴。

图2.6：技术对象的扩展参数。

现在，开始编程。打开"程序块"，然后单击"Main [OB1]"。

图2.7：打开主程序OB1。

在右侧的"指令"部分，打开"技术"文件夹，然后打开"运动控制"文件夹，将"MC_Power"指令拖放到网络1中。

图2.8：MC_Power指令位置。

将打开"调用选项"。为块命名，然后单击"确定"。

图2.9：MC_Power调用选项窗口。

注意：每次创建新的运动控制指令时，此窗口都会显示。

• MC_Power是指令，用于启用链接到它的驱动器。此指令必须始终存在于您的程序中。否则，您将无法操作驱动器。

按照以下方式编辑指令的参数。

图2.10：MC_Power参数。

• 轴参数必须包含我们创建的技术对象（Axis_1）。
• 使能参数必须包含一个布尔值。它可以是任何内存位或设置为TRUE或FALSE。在我们的例子中，它设置为TRUE，因此驱动器将始终启用。
• StartMode和StopMode是定义指令在某些条件下（如报警或故障）行为的参数。您可以保持其默认值。

为了控制伺服电机，我们将使用两个最常用的指令：

• MC_MoveAbsolute：命令伺服移动到轴上的绝对位置。伺服的原点是位置0。
• MC_MoveRelative：命令伺服移动到相对于其实际位置的位置。

图2.11：MC_MoveAbsolute和MC_MoveRelative指令位置。

将MC_MoveAbsolute拖放到网络2中，并按照以下方式填写参数。

图2.12：MC_MoveAbsolute参数。

• 轴参数必须包含TO（Axis_1）。
• 执行参数必须包含将触发指令的位存储器（例如HMI按钮）。
• 位置和速度参数是设定点整数（例如，可以在HMI中设置）。

接下来，将MC_MoveRelative拖放到网络3中，并按照以下方式填写参数。

图2.13：MC_MoveRelative参数。

该指令的参数遵循与前一个相同的逻辑。唯一的区别是MC_MoveAbsolute移动到某个固定位置，而MC_MoveRelative从其实际点开始移动一定距离。

3、结束语

在本教程中，您学习了如何配置PLC和伺服驱动器之间的PROFINET配置，如何创建运动控制技术对象，以及如何简单地执行基本定位指令。

如您所见，西门子提供了许多强大的工具，如TO，允许用户大幅减少开发时间、复杂性和难度。使其成为最好的工业环境之一。

原文链接：An Introduction to Servo Motor Programming in Siemens TIA Portal

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