05轴和驱动的参数配置.doc

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1、目录页码SIMOTION 轴和驱动 2SIMOTION 轴-驱动.3驱动的集成.4标准报文的结构（1） .5标准报文的结构（2） .6概述：驱动连接.7SIMOTION中的工艺对象（TO） .8工艺对象”轴” .9创建和配置一个轴.10轴的基本配置.11单独撤消使能.12机械系统参数.13基本配置 编码器类型和模式.14“周期性实际值”的设置.15“绝对实际值”的设置.16绝对值编码器的编码类型设置.17缺省值设置.18限位开关和最大速度的参数设置.19限定最大加速度和加加速.20运行到固定停止点的设置.21用于主控值耦合的实际值滤波.22SIMOTION中的位置控制器.23不带前馈控制的位置

2、控制器优化.24带有前馈控制的位置控制.25选择均衡滤波器的合适类型.26均衡时间常数 （vTc） 的优化 27PROFIDrive DSC 结构图 .28目录页码带有前馈控制和DSC的位置控制 .29同步轴的动态响应补偿.30测试动态补偿 .31定位与零速监视 .32速度控制模式的运动-零速信号 .33跟随误差和速度误差监控功能.34编程实现轴运动.35使能/禁用轴.36处理运动命令.37运动命令的转换特性.38带有运动命令的程序步使能.39程序执行的同步和异步.40用于定位命令的动态设置 41在位置控制模式或者速度控制模式下启动轴 .42停止轴.43继续运动.44使用增量型测量系统的轴回参

3、考点.45带有/不带零脉冲的主动回参考点.46带有/不带零脉冲的被动回参考点.47绝对值编码器调整.48偏移测量系统.49轴的诊断 服务总览.50通过系统变量查询轴的状态.51服务总览的含义.52工艺报警.53配置工艺报警.54确认工艺报警 . .55概述在SIMOTION运动控制系统中仍然保留了传统的控制器与驱动系统的分类方式。SIMOTION提供了包括定位控制在内的完整运动控制功能，驱动设备只处理速度控制，而不使用其中的任何运动控制功能。控制器控制器负责处理执行指定的运动程序，并控制整个机器的I/O。在插补器中，运动命令被转换为轴的目标位置、速度以及加速度的信息。位置设定值作为位置控制器的

4、给定。位置控制器根据位置设定值和实际值计算速度设定值。这个速度值被传送到驱动系统，可以通过数字的方式（PROFIBUS）或者模拟的方式（+/- 10 V）进行传送。驱动系统驱动系统将该信息转换为一个速度信号。电机以该速度运转，使轴在指定的时间内/以指定速度到达所需的目的位置。驱动系统包括变频器、电机和编码器。与驱动的接口速度给定接口形成了到驱动的功能接口。数字驱动和模拟驱动都可以直接连接到SIMOTION C2xx系统。对SIMOTION P350 和SIMOTION D4xx，数字驱动可通过PROFIBUS直接连接，模拟驱动则通过ADI4连接。PROFIBUS通过PROFIBUS可以在驱动系

5、统和SIMOTION之间交换所有的数据。通过标准上的驱动报文传送PROFIBUS上数字驱动的给定信号和带有编码器信息的反馈信号。驱动必须支持所选的报文类型，该类型决定了所能支持的轴的最大功能。当然，轴只能执行所连接的驱动也支持的SIMOTION功能。位置控制模式下的轴必须使用支持时钟同步的PROFIBUS MC连接，才能确保正常地工作 。对于简单的速度控制应用，使用非时钟同步的PROFIBUS DP即可，这种方式也可以连接所有标准的不支持时钟同步工作的DP从站。模拟驱动/模拟驱动可以直接连接到C2xx系统，或者通过PROFIBUS连接到ADI4或IM74，步进电机 通过模拟量输出向驱动器提供+

6、/-10V 的信号。实际位置值既可以从SIMOTION C上的编码器直接获得，也可从ADI4上的编码器上获得，或是从转换器的编码器映像中获得(例如，ASE=角度步进编码器) 。相应的数字I/O可以用于报警确认和控制器使能。从V3.2版本起，步进电机也可直接连接到C2xx。PROFIBUS连接当通过PROFIBUS将驱动系统和SIMOTION相连时，两者间的所有信息通过标准的报文按照PROFIDRIVE Profile V3.0协议进行交换。报文的编号以一种明确的方式决定了交换信息的结构和类型。 标准报文1 设计用于简单的速度控制应用，该报文有一个控制字和一个状态字，用于处理有关启动、停止、脉冲

7、和控制器使能等基本功能。一个16位的数据字用于传送速度设定值，速度实际值也用16位的数据字从驱动传回。该报文只能用于“速度轴”功能。标准报文2设计用于更为复杂的速度控制应用。除了控制字和状态字之外，速度设定值通过一个32位的数据字进行传送，速度实际值也用32位的数据字从驱动传回。此外，该报文有第二套控制字和状态字用于处理 “运行至固定停止点” 功能。（必须在驱动中配置夹紧力矩，工艺不以这种形式使用“运行至固定停止点” 功能）。该报文只用于“速度轴”功能。标准报文3设计用于定位应用，为此包含一个编码器控制字和一个编码器状态字以及一个到测量系统的4个字的接口。例如回参考点和测量输入的功能可以通过编

8、码器控制字实施。标准报文3可以用于“定位轴”功能。标准报文4当定位轴具有第二套测量系统时，使用该报文连接第二个编码器。标准报文5设计用于定位应用，类似于标准报文3。然而在给定中提供了两个附加的双字，用于传送跟随误差和伺服增益。在集成的工艺中这些附加的双字对于DSC（动态伺服控制）功能是必需的。当选择了这个功能时，位置控制器的动态部分从工艺转移到驱动，并以速度控制器的处理周期进行计算。作为该过程的一部分，跟随误差XERR和伺服增益KPC也被从工艺移动到驱动。得益于驱动中更快的处理周期，此时位置控制可以以更高的伺服增益进行工作。 标准报文6类似于带有DSC的标准报文4，或者带有第二编码器的标准报文

9、5。该报文用于具有第二套测量系统的定位轴。SIEMENS 报文通过在给定（控制字CW2 之后 ）或者反馈（状态字STW2 之后 ）中插入一个102 . . . 106附加的字，可在相关的标准报文2到6的基础上创建SIEMENS报文102到106。该附加字对于驱动上的动态力矩限幅是必需的。力矩极限值在给定中指定，在反馈中驱动返回是否达到力矩极限值（当前限值）以及其它结果。这些附加信息在工艺中使用，以执行 “带力矩限幅的运动” 和 “运行至固定停止点” 功能。 PROFIBUS MC 下列情况适用于连接到PROFIBUS的驱动：上的驱动如果驱动符合PROFIDRIVE V3.0协议，则可以以时钟同

10、步模式在时钟同步的PROFIBUS MC上进行操作。所有其它设备（标准从站）可以连接到时钟同步的PROFIBUS MC上，但是不能以时钟同步模式工作。 通过硬件组态还可集成下列驱动：SIMODRIVE 611USIMODRIVE POSMO CASIMODRIVE POSMO CDSIMODRIVE POSMO SIADI4 MASTERDRIVE MCMASTERDRIVE VCMICROMASTER 420/430/440COMBIMASTER 411SINAMICS S120使用SIMOTION SCOUT，可以直接组态，参数化和调试MICROMASTER 420/430/440。工艺对

11、象在SIMOTION中由可加载的工艺包中提供工艺对象。每个工艺包为各个工艺提供了完整的功能。例如，“位置”工艺包包含了移动和定位的所有功能。 在 SIMOTION中，为每个“物理”自动化对象创建一个工艺对象（TO），例如轴、外部编码器、测量输入。在SIMOTION中，每个TO具有： 配置数据： 创建的对象通过配置数据根据具体的自动化任务需求进行调整。 系统数据： TO通过系统数据提供有关当前状态的信息，因此TO轴的系统数据将显示例如位置设定值、位置实际值和跟随误差。通过系统变量还可以读取/分配缺省值和设置。系统功能： 用户程序中使用系统功能来驱动相关物理对象。例如一个TO轴会提供功能强大的系统

12、功能用于定位、回参考点、制动等动作。这些轴的动作顺序通过运动命令控制。可以随时查询动作状态，并且可以通过用户程序选择性地干预动作。可以中断、替换、增添和叠加运动。报警： 如果在一个工艺对象中出现了一个事件（错误、消息），该 TO将发出一个工艺报警。 TO报警将触发系统响应，对于每个报警设置了不同的响应，而且这些设置可以根据特定的任务需求进行调整。TO轴 在SIMOTION中轴的运动控制功能通过工艺对象（TO）轴进行实施。当通过SIMOTION SCOUT创建一个轴时具有如下的工艺差别：速度轴：运动通过不带位置控制的速度规定，如果在轴上配置了编码器可以监视实际速度。 定位轴：轴的位置和动态特性被

13、指定，运动以位置控制模式执行，包含速度轴的功能。定位轴的位置控制器在SIMOTION中，对于电气轴的速度控制由驱动完成。 同步轴：功能与定位轴相同，此外具有按齿轮或凸轮与主值耦合的功能。 插补轴：从V4.1版本起，SIMOTION提供轨迹插补功能。该功能允许最多3个插补轴沿某条轨迹运动。此外，一个定位轴可与插补轴同步运动。轨迹可由2D和3D的直线、圆弧和多项式插补段组成。另外该功能还支持下列运动：-笛卡尔坐标轴-SCARA-滚轴筛-2D/3D拣选机-关节臂工艺对象轴可用于电气轴，液压轴和虚拟轴。配置 TO 在使用工艺对象之前，需要执行下列多个步骤。第一步，创建一个具体的工艺对象。通过SCOUT

14、工程开发系统配置该TO， 可以使用各种向导（参数画面）帮助配置和说明对象。 在项目导航的轴目录中，通过双击 “Insert axis” 可以插入一个轴，此时会自动启动向导，帮助用户执行创建和配置。 某些特定对象属性在第一次配置时确定，例如速度轴、定位轴、同步轴。这个定义还确定了”规模“，即工艺对象的系统变量和配置数据的数量。因此后期不允许再对诸如速度轴、定位轴等属性进行更改。如果要将一个速度轴转换为一个定位轴，则必须删除原来的速度轴并插入一个新的定位轴。 配置数据通常确定了一个TO的静态属性，但某些属性还可以在运行过程中更改。 专家列表除了通过向导和参数画面访问配置数据和系统变量，还可以通过专

15、家列表直接访问数据。使用快捷菜单（Expert - Expert List ）可以打开一个对象的专家列表，前提是必须先在项目导航中选中该对象。用户定义列表使用V4.0版本，用户可以创建自己的系统变量和配置数据列表，称之为用户定义列表，在此处用户可以加入对于编程和诊断最重要的变量。 基本配置轴的基本配置用于定义其基本属性。当使用SIMOTION SCOUT创建一个新的轴对象时，会连续出现多个配置对话框。 更改基本配置如果不得不更改基本配置数据，例如当安装一个具有内置电机编码器的不同类型的电机时，有必要重新打开各个配置对话框，并在相应对话框中输入新的数值。可以通过单击按钮“Configure di

16、splayed data set”，陆续打开各配置对话框。转换数据组SIMOTION 对于TO轴支持数据组和数据组切换的概念。在下列情况下通常要使用不同的数据组： 必须改变当前编码器必须在运行时更改位置控制回路的参数设置在配置过程中对于一个轴可以创建多个数据组，还可以定义当上电后激活哪个数据组。使用系统功能_setAxisDataSetActive() ，可以在系统运行时切换到其它数据组。 如果通过数据组切换改变了当前的测量系统，使用系统功能_setAndGetEncoderValue() ，可以在转换之前同步两个测量系统。这样可以避免发生位置偏差时所产生的不必要的补偿动作。 处理周期 可以在

17、下面这个选择框中定义轴插补运算的执行级别，选项为：IPO 用于动态特性要求高的轴IPO2 用于动态需求较低的辅助轴驱动的设置在V4.0版本中使用命令RELEASE_DISABLE 可以单独撤消控制字1（CW1）中的使能信号。 例如如果使用电机抱闸，可以通过命令_disableAxis()和RELEASE_DISABLE 先去除OFF3（CW1.Bit2） ，当抱闸闭合之后再关断电源OFF2（CW1.Bit1）。响应规定取决于配置数据driveControlConfig.releaseDisableMode使用PROFIdrive对于数字连接的驱动，PROFIdrive 技术定义了下列停止模式：

18、停止模式 CW1 bit 0 = 0： 斜坡减速停止驱动按照速度斜坡以可调整的减速度，逐渐降为零速。可以中断停止过程并再次启动驱动。停止之后，会执行脉冲抑制并切换到准备启动的待机状态。CW1 bit 1 = 0： 自由停止驱动立刻进入脉冲抑制，并且状态切换到禁止启动状态。 CW1 bit 2 = 0： 快速停止驱动以极限力矩降到零速，停止过程不能被中断。停止之后，会执行脉冲抑制并切换到禁止启动状态。容差如果编码器发生故障，但并未涉及闭环控制，系统既不停止轴也不关闭驱动。概述基本配置之后，第二步是为工艺对象分配参数。通过参数分配可以定义很多功能的细节。参数分配与使用SCOUT工程系统进行驱动配置

19、的方法类似。在项目导航中的轴下面提供了各种数据项，通过这些数据项可以打开各自的画面用于参数分配。参数分配的结果存储在对象的配置数据和系统变量中，并下载到目标系统中。 机械当通过工艺对象轴控制一个驱动时，SIMOTION只使用速度设定接口，不使用定位接口，因此不向驱动提供有关位移等方面的信息。所有的有关长度、丝杠螺距等机械数据在SIMOTION中定义。 机械方面的设定包括给定和反馈中的传动比以及编码器系统的类型。必须设置下列信息： 驱动方向 给定侧的传动比 直线轴的丝杠螺距对于编码器还需要下列附加信息： 反馈侧的传动比 反向间隙补偿编码器的安装方式编码器参数编码器设置可以在下列对话框中控制，为了

20、更改这些值必须打开专家列表或者重新配置TO。编码器类型使用V4.0版本，可以把SINAMICS中离线的编码器数据传送到SIMOTION中。但这种方法不适用于没有集成到SCOUT中的SIMODRIVE或者MASTERDRIVE等驱动设备。这种情况下只能直接在SCOUT中手工配置编码器。基本配置提供了下列编码器类型以供选择：绝对值编码器绝对值编码器，循环绝对值增量式编码器编码器模式在“编码器模式” 选择框中，对于绝对值编码器，可以使用下列选项：Endat 编码器 （编码器数据接口）旋转变压器SSI 编码器 （同步串行接口） 对于增量式编码器支持下列选项：正余弦编码器方波 TTL 编码器旋转变压器E

21、ndat 编码器参数分配错误报警 当配置数据和驱动中的编码器参数设置不同时，如果控制器和驱动器/编码器之间已建立连接，并在控制器中下载了TO，则会触发下列工艺报警：Error 20005： device type：2, log.address：1234 faulted. （bit：0, base： 0x80h）按照PROFIdrive中的定义，使用驱动器/编码器参数P979（传感器格式）执行参数设置的后台比较。如果驱动器或者编码器不支持参数 P979，配置数据作为有效被接受并且不产生报警。周期性实际值增量式编码器和绝对值编码器都使用“周期性实际值”Gn_XIST 1（n=1或2，编码器编号）在

22、循环传送中向SIMOTION发送轴的实际位置值。根据该值以及丝杠螺距，参考点值（对于增量式编码器），或者绝对值编码器上电后发送的绝对值，SIMOTION周期性地计算轴的实际位置值。当接通变频器时，不论轴的实际位置，都输出Gn_XIST 1=0 ，之后每次轴运动都通过Gn_XIST 1 进行通讯。SIMOTION 根据”编码器每转脉冲数“和”倍频数“的设置解析Gn_XIST 1中的位。只有当SIMOTION中的设置符合变频器中Gn_XIST 1的设置，必然也符合实际编码器数据时，解析才正确。 倍频对于正余弦编码器或者旋转变压器 ，变频器不但向Gn_XIST 1中输出脉冲个数的信息，而且通过内部处

23、理正余弦信号来提高所连接编码器的总分辨率。分辨率：编码器脉冲x2n （n： 精调分辨率, 用于内部倍频值的位数）对于编码器脉冲数：编码器脉冲 =1个周期正弦信号（正余弦编码器1 Vpp ）脉冲个数和精调分辨率在变频器参数中输入。Gn_XIST 1中的精调分辨率必须在SIMOTION “Multiplication factor of the cyclic actual value” 一栏中输入，输入值=2n 。输入值0代表标准倍频数211=2048，这种情况下0意味着2048。绝对实际值 当连接绝对值编码器时，控制器或者变频器启动后，SIMOTION 通过”绝对实际值“Gn_XIST 2 （n

24、=1或2，编码器编号）得到轴的实际位置。通过传送的值和存储的多圈溢出值，SIMOTION计算轴的实际位置值。 SIMOTION 根据“数据位数”和“Gn_XIST 2 中的倍频数”的设置解析Gn_XIST 2的位信息。 数据位数“数据位数” 为多圈的位数与编码器脉冲数位数之和。SIMOTION中的设置必须与变频器中的相应设置相一致，否则上电后无法正确计算和显示实际位置。倍频通过Gn_XIST 2 ，变频器不但将编码器圈数的信息（多圈编码器的情况）和编码器脉冲个数，而且还包括一个倍频值。Gn_XIST 2的倍频要比Gn_XIST 1的倍频低，因为所有的信息只能存放在一个32位的双字中。 标准的多

25、圈编码器具有4096圈（12位），编码器脉冲数为2048（11位），这样一来只剩余9位，即512的倍频。因此，在 “Multiplication factor of the absolute actual value”中，输入数值0代表29 = 512。注意事项 编码器位置双字Gn_XIST 2不仅用在上电后传送绝对实际值，还用在测量输入和回参考点功能中传送位置值。然而这种情况下，位置值根据Gn_XIST 1的格式设置进行编码。编码器模式当选择了绝对值编码器时，在轴配置的编码器分配对话框中的 “Encoder type” 输入区域内，有下列两个选项： Absolute encoder这种情况下

26、，绝对实际值的溢出部分，例如多圈溢出信息在SIMOTION关机时不储存。 当下一次上电时，实际位置值只根据变频器在Gn_XIST 2中发送给SIMOTION 的绝对实际值得出。4096圈和10mm/rev的丝杠螺距形成的数值通常在在0m到40m之间。 Absolute encoder, cyclic absolute 这种情况下，多圈溢出信息存储在SIMOTION的可保持存储区中，并且在下次上电计算实际位置值时予以考虑。 当绝对值编码器的圈数没有覆盖轴的整个运动范围，或者由于绝对值编码器安装不当，使得在运动范围内发生多圈溢出时，必须选择该设置。注意事项有关轴的多圈溢出值和绝对值编码器调整值在下

27、列情况下将被删除：SIMOTION存储器复位下载已修改的编码器设置数据动态响应的当调用系统功能时，如果参数赋值USER_DEFAULT，则系统总是使用缺省值。缺省值这意味着可以集中一次性定义每个轴的动态值，而无需在调用系统功能时重复输入。可以在该对话框中预先指定轴的下列动态变量的取值： 速度 加速度减速度加加速速度曲线制动时间制动时间当运行中的轴以“Emergency stop in pre-defined time” 方式制动时，使用的时间在“Stopping time ” 中指定。速度曲线速度曲线定义了启动，制动和速度变化过程中轴的响应。 有两种曲线可以选择： Trapezoidal该曲线

28、用于正反运动方向的线性加速。 Smooth该曲线给出了一个平滑的加速特性且加加速可控。硬限位开关通过数字输入和限位开关监视运动范围极限。硬限位开关总是设计为一个常闭触点，并且在轴超出了允许的运动范围时激活。到达限位开关时触发一个工艺报警。需要指定正负运动方向上限位开关所连接的输入的地址，该地址必须在过程映像区以外(=64)。其位地址即正负运动方向上限位开关所连接的输入点。软限位开关可以指定和激活软限位开关，激活通过系统变量(Swlimit.State)。软限位开关应当总是在硬限位开关之内。 “Homing” 数据项中对配置数据Homing.referencingNecessary 的设置可决定

29、软限位是否总是激活，或是仅当轴回过参考点后激活。Homing.referencingNecessary = NO 总是激活软限位开关Homing.referencingNecessary = YES 回参考点后激活软限位开关还可规定一个回退的容差窗口。当轴到达软限位时，运动停止并输出40106号报警。报警被确认之后，轴可沿反向运动，或是沿同向运动不超出软限位的容差窗口。最大速度在SIMOTION中有两个不同的速度极限：最大速度： 该速度不可超越，TO 会自动将速度降低到该数值。最大编程速度： TO将编程速度降低到该值。加速度SIMOTION 的最大加速度和加加速分为两种，一种是在配置数据中规定

30、的硬限加加速幅，一种是可方便地由用户程序修改的系统变量规定的软限幅。在编程的运动中，TO 自动将加速度和/或加加速降到硬限幅或软限幅规定之下。加加速的限幅监控只有在加加速控制模式下或连续加速度模式下运动时才生效。如果选项 “Direction-dependent dyn. resp.” 被激活，可以根据方向规定不同的加速度和加加速限幅。以预定义的当轴以急停方式被停止并采用” Rapid stop with emergency stop ramp relative to 斜坡制动actual value” 参数时，该设置值生效。时间常数从V4.0版本起，可以指定一个时间常数用于平滑处理控制变量的变化作为控制器改变的结果。在所有状态转换/改变时，如果控制变量出现偏移，激活该平滑滤波器。在数据组中齿轮的改变不被平滑处理。运行到固定 “Travel to fixed endstop” 命令在其它轴命令引起的轴运动的同时，并行激活运行停止点到固定停止点的监控。此外，驱动的最大转矩由命令中的参数值限定，用于一般运动中的跟随误差监控被关闭。该功能需要驱动支持转矩限幅，也就是说该功能只有选择了报文103，104，105或106时才能使用。