深入浅出西门子运动控制器S7-1500T 使用指南(第2版)
定 价:109 元
丛书名:西门子工业自动化技术丛书
- 作者:西门子(中国)有限公司组编 张雪亮 王薇 王广辉 编著
- 出版时间:2022/8/1
- ISBN:9787111707103
- 出 版 社:机械工业出版社
- 中图法分类:TP24-62
- 页码:
- 纸张:胶版纸
- 版次:
- 开本:16开
自动化技术在不断地升级、创新,西门子公司作为自动化领域的领导者,不断地推出新产品和新技术。
本书主要介绍了学习和开发运动控制器的必备基础知识,第1章介绍了产品的软硬件结构及相关选型工具,典型方案的配置,并且以仿真软件为例进行运动控制编程的初期准备;第2章以PROFIdrive为基础进行通信的操作说明,介绍了西门子公司各种伺服驱动器的组态、优化和配置;第3~6章介绍了各种工艺对象的使用,并且给出了实战案例;第7章介绍了故障安全功能,通过安全运动控制器和驱动器的安全功能的结合从而保证人身和设备的安全;第8章以数字化概念为核心,通过多个案例介绍了数字化虚拟调试过程;第9章介绍了常用标准化、模块化的高效程序库 。
本书每个章节互相独立、深入浅出、内容完整,并配有大量的例图,便于读者学习和掌握。
本书具有较强的实用价值可供广大工业产品用户、系统工程师、工程技术人员和大专院校相关专业师生阅读。
2013年,自德国推出“工业4.0”概念以来,全球工业领域正在快速进入一个崭新的时代。在第四次工业革命到来之时,我国也在全面提升制造业发展质量和水平。随着人口红利的逐渐消失,许多国内企业都面临着全球化制造业加速竞争的挑战:在全球市场中,当低廉的劳动力成本不能再作为“中国制造”的优势标签时,企业对于变革的需求更为迫切,“机器换人”、智能制造必然成为当前我国制造业发展的主旋律。
自动化是实现工业强国的重要前提之一。随着我国日益旺盛的产业升级需求态势,广大的自动化设备厂商、生产企业均对产品和技术提出了更严苛的要求,以期实现更短的上市时间、更大的灵活性、更高的效率以及更好的质量。西门子公司始终以客户面临的挑战为驱动力,凭借卓越的工程技术与创新能力,以领先的电气化、自动化和数字化产品及其解决方案和服务,助力中国制造业的智能化转型升级,实现可持续发展。西门子SIMATIC作为种类繁多的工业自动化产品中的重要一员,是一个面向所有制造应用和所有行业独有的控制系统。
1958年,SIMATIC品牌在德国专利局注册商标,之后从第一代SIMATIC S3可编程序控制器到具有突破意义的可编程序控制器SIMATIC S5,从S7-300/400和全集成自动化TIA实现横向及纵向集成到S7-1200/1500和TIA博途平台成为数字化工厂的基石,SIMATIC控制器已经成为自动化领域不可或缺的产品,为众多用户熟知和喜爱。2016年,在运动控制领域中,SIMATIC控制器不断创新,随着TIA 博途 V14版本的发布,西门子公司推出了全新的工艺型CPU——SIMATIC S7-1500 T-CPU。它无缝扩展了中高级 PLC 的产品线,在标准型 / 安全型 CPU 功能基础上,实现了更丰富的运动控制功能。
为了帮助广大用户快速、全面地掌握这一新产品、新技术,我们特别邀请西门子资深工程师编写了本书。该书在知识结构上突出系统性,在内容上突出实践性,以工程应用为主线,力求概念清晰、叙述简洁、通俗易懂。书中大量实例来自生产实际和服务实践,融汇了作者长期积累的工作经验和研究成果。希望该书能够成为您学习基于SIMATIC运动控制器的实用工具书,在此感谢您对西门子品牌一直以来的关注和信赖!
西门子(中国)有限公司数字化工厂集团
自动化生产机械业务总经理段诚
2022年2月
前言
随着工业制造生产效率的不断提升,运动控制系统也在快速发展。在经历了从步进控制系统到总线型伺服控制系统等诸多阶段后,当前运动控制已经进入到高速、高精度的数字化控制系统阶段。传统的PLC正在适应这种发展,逐步集成了众多的运动控制功能。并且随着以太网在工业领域中的大量应用,传统的脉冲、模拟量控制已经开始向基于以太网的实时通信控制方向进行转换。其它新技术的引入,也使当前的自动化运动控制具有了越来越丰富的功能和属性,例如通过OPC UA通信实现标准化行业数据传递、驱动器与电动机通过通信的方式进行数据交换,以及统一的软件平台实现控制器、驱动器和人机界面的集成调试等。
数字化是工业领域发展的新阶段,随着大量的数字化技术与传统自动化技术的快速融合、交汇,数字化的理念逐渐被工业领域所熟悉并且接受。通过机械、电气以及自动化控制的有机结合,运动控制设备展现了蓬勃发展的强大生命力。利用虚拟调试技术极大地缩短了调试时间,利用统一的数字化平台使参与各个调试环节的工程师可以有效地沟通和协作,再加上生产和加工数据的大量采集和分析,使数字化为工业领域带来诸多优势和价值。
为了适应运动控制的发展趋势,为广大客户提供具有数字化基因的高端产品,西门子数字化工厂集团于2016年推出了新一代基于PLC平台的运动控制产品S7-1500T,它在PLC中集成专用的运动控制器内核,适用于所有执行运动控制任务的机器,从简单的调速控制到高性能的多轴协调运动,为众多运动控制任务提供一个简单而灵活的解决方案。通过便于操作的PLCopen指令和友好的编程测试环境,可以快速地实现定位、同步以及运动机构控制等功能。为了提高S7-1500T的可用性,提高工程师的编程效率并使项目规范化,西门子公司提供了种类丰富的标准化程序库供用户使用,可以缩短工程师编程以及调试的时间,降低了使用和维护难度。目前,S7-1500T已应用于印刷、包装、纺织、连续物料加工以及金属成型等行业。
为了在运动控制领域提供更多助力,满足现代机器和工厂多样的技术任务需求,SIMATIC T-CPU 增加了更多的功能,并且通过高效集成的方法,在运动控制方面开辟了新的途径,使得基于 T-CPU 构建的自动化解决方案为多种任务和复杂问题节省了宝贵的工程时间。此次更新针对新功能、新方法和新特点进行了增补介绍,为学习使用T-CPU提供帮助。
本书基于编者多年从事这方面工作的体会,详细介绍了西门子S7-1500T的性能特点及应用技术。在内容的编写上力求实用性与先进性并举,避免过多的抽象概念,更加偏重实用性,从产品综述、通信、工艺对象、运动系统功能、扩展功能介绍、安全功能、数字化实践及常用库等多方面为工程应用人员做了全面介绍,是一本非常好的实用型参考书。本书可作为自动化与驱动领域的工程技术人员及高等院校师生的参考书,也可作为培训教材。
本书即将出版之际,特别要感谢西门子(中国)有限公司数字化工厂集团工厂自动化生产机械业务总经理段诚先生为本书撰写序言。同时本书还得到了西门子工厂自动化有限公司相关领导和众多同事的大力支持和指导。本书作者张雪亮先生、王薇女士、王广辉先生对本书的编写和审核付出了辛勤汗水,在此一并表示深深的谢意!
由于时间紧迫、资料有限,受技术能力及编纂水平所限,难免存在错漏和不足之处,请各位专家、学者、工程技术人员等广大读者给予批评指正。
西门子(中国)有限公司数字化工业集团
高级副总裁兼工业客户服务部总经理
杨大汉
2022年2月
目录
序
前言
第1章西门子SIMATIC S7-1500T/TF
高级运动控制器
11硬件、工艺模块以及驱动器
111硬件结构及接口
112网络架构
113工艺模块扩展
114适用各种应用的驱动平台
12软件结构、运动控制资源及选型工具
121存储器
122组织块
123运动功能框架
124运动资源
125选型工具
13常用系统的控制结构
131PROFIdrive通信方式
132模拟量或者脉冲形式
133典型应用及配置方案
14软件环境的准备及与设备的连接
141TIA博途软件
142TIA博途软件“Portal视图”
143TIA博途软件“项目视图”
144工具栏和常用快捷键
145仿真软件PLCSIM/PLCSIM
Advanced
146PLCSIM调试举例
147其他相关的选件和工具
第2章SIMATIC S7-1500T/TF高级运动控制器与驱动的通信
21PROFIdrive通信
211应用类别
212常用报文
22PROFINET通信
221PROFINET IO系统
222PROFINET IO的RT和IRT
223等时模式
224IO设备的地址
23S7-1500T和V90 PN的通信实例
231V90 PN硬件组态和优化
232S7-1500T与V90 PN通信配置和轴配置实例
24S7-1500T和SINAMICS S210通信实例
241SINAMICS S210硬件组态和优化
242S7-1500T与SINAMICS S210通信配置和轴配置实例
25S7-1500T和SINAMICS S120驱动器(基于Startdrive软件)通信实例
251SINAMICS S120驱动器硬件组态和优化
252S7-1500T与SINAMICS S120通信配置和轴配置实例
第3章速度轴和定位轴
31轴的基本概念
311速度轴
312定位轴
313创建轴以及轴的基本参数
32轴的驱动装置设置
33轴及编码器机械参数的设置
331测量编码器数据的设置
332机械参数的设置
34动态默认值
35急停
36位置限制的设置
361位置限制
362动态限制
363扭矩限制
364固定停止检测
37回零(回原点)
371主动回零
372被动回零
373直接回零(设置原点位置)
374绝对值编码器校正
375回原点状态位的复位
38轴的位置监视功能
39轴的控制回路
391动态伺服控制功能
392控制回路
310运动控制基本命令编程
3101运动控制命令和时序
3102轴的使能与停止命令
3103速度轴和定位轴的控制命令
3104轴的扭矩限制及运行到固定挡块命令
3105“MC_SETAXISSTW”设置PROFIdrive报文控制字命令
3106“MC_WRITEPARAMETER”更改工艺对象的指定参数命令
3107指定运动设定值(MotionIn)命令
311工艺对象报警的查询与处理
312使用Trace功能跟踪记录工艺对象的状态
313练习1:S7-1500T速度及定位控制项目的创建和组态
第4章同步轴
41齿轮同步功能
411相对齿轮同步(MC_GearIn)
412绝对齿轮同步(MC_GearInPos)
413练习2:S7-1500T齿轮同步项目的创建和配置
42凸轮同步功能
421凸轮编辑工具
422凸轮同步
423练习3:S7-1500T凸轮同步项目的创建和配置
43实际值耦合(引导轴为实轴或者编码器)
44解除同步
45其它同步命令和功能
451静止时进行同步以及维持同步关系的方法
452读取凸轮曲线的数值
453跟随轴偏移
454分布式同步
第5章S7-1500T 运动机构功能
51运动机构工艺对象的基本概念
511运动机构工艺对象的基本工作原理
512坐标系的基本知识
513运动机构的类型
514运动机构的正逆变换
515运动机构的运动类型
516运动机构的多个运动衔接
517运动机构的区域监视
518运动机构工艺对象的配置
52运动机构的调试
521运动机构的控制面板
522运动机构的轨迹
523运动机构的校准
53运动机构编程
531运动状态和剩余距离
532中断、继续、停止和复位运动机构
533运动区域
534工具
535坐标系的设置
536传送带跟踪
537“MC_KinematicsMotionSimulation”运动机构仿真命令
54练习4:通过路径插补命令画“S”曲线
第6章扩展功能
61外部编码器
611外部编码器支持的硬件
612通过工艺模块(TM)连接编码器
613通过PROFINET/PROFIBUS(PROFIdrive)通信连接编码器
614通过驱动连接编码器
62测量输入
621支持测量输入功能的硬件
622测量输入功能
623用ET200SP TM Timer DIDQ作为测量输入的组态
624用SINAMICS S120 CU上的快速输入(带时间戳功能)作为测量输入的组态
625测量输入工艺对象的配置步骤
626测量输入命令
627练习5:S7-1500T测量输入在切标机中的应用
63输出凸轮和凸轮轨迹
631输出凸轮和凸轮轨迹使用的硬件
632输出凸轮及凸轮轨迹的功能
633用ET200SP TM Timer DIDQ作为输出凸轮的组态
634用数字量输出模块作为输出凸轮的组态
635输出凸轮及凸轮轨迹工艺对象的配置步骤
636输出凸轮及输出凸轮轨迹的命令
637练习6:S7-1500T电子齿轮同步及输出凸轮的应用
第7章故障安全功能
71故障安全规范
72实现机械安全的步骤
73驱动器的安全功能
731基本安全功能
732扩展安全功能
733高级安全功能
74安全PLC
75安全运动机构
76基于PROFIsafe实现安全功能的步骤
761配置驱动器和安全PLC
762配置驱动安全控制报文和编写安全控制程序
763配置驱动器的安全功能
764测试安全功能
第8章S7-1500T虚拟调试功能
81虚拟调试功能概述
82MCD功能块的应用
83虚拟调试应用案例一:定位控制的仿真
84虚拟调试应用案例二:凸轮曲线的MCD功能块仿真
85虚拟调试应用案例三:运动机构功能的仿真
86虚拟调试应用案例四:SIMATIC Machine Simulator虚拟调试软件包
第9章常用库
91轴控制功能库“LAxisCtrl”
911库中的功能块
912库文件的使用示例
92与驱动的非周期性通信功能库
“LAcycCom”
921库中的功能块
922库文件的使用示例
93驱动控制功能库“Drive_Lib”
931库中的功能块
932库文件的使用示例(FB284)
933库文件的使用示例(FB288)
94驱动基本定位工艺对象(BasicPosControl)
95动态生成Cam曲线的功能库
951通过编程动态生成Cam曲线
952库文件的使用示例
96飞锯功能库
97收放卷及张力控制功能库
98运动机构的控制功能库
981运动机构控制功能库的应用
982HMI运动机构手动控制模板
99编程规范及“OMAC”程序库
第10章参考资料及下载资料
101运动控制相关资料
102S7-1500T手册及软件工具
103S7-1500T轴数据块常用变量
104命令的超驰