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摘要：安全PLC可以實(shí)現(xiàn)安全控制功能，符合EN ISO 13849-1以及 IEC 61508等控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文主要介紹了基于 S7-1200 FC安全PLC的伺服控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)特種設(shè)備旋轉(zhuǎn)角度定位控制 功能。

關(guān)鍵詞：安全PLC；伺服控制；PROFINET控制

Abstract: A safety PLC can realize safety control functions and meets the requirements of EN ISO 13849-1 and IEC 61508 and other standards for safety-related components of control systems. This article mainly introduces the servo control system based on S7-1200 FC safety PLC to realize the rotation angle positioning control function of special equipment.

Key words: Safety PLC; Servo control; PROFINET control

1　前言

與普通PLC不同，安全PLC不僅具有普通PLC的功 能，更可實(shí)現(xiàn)安全控制功能，符合EN ISO 13849-1以 及IEC 61508等控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件標(biāo)準(zhǔn)的要求。市 場主流的安全PLC有皮爾磁的PSS 3000和PSS 4000、 西門子S7-1200 FC系列等。這些安全PLC所有元器件 采用的是冗余多樣性結(jié)構(gòu)，兩個(gè)處理器處理時(shí)進(jìn)行交叉 檢測，每個(gè)處理器的處理結(jié)果儲(chǔ)存在各自內(nèi)存中，只有 處理結(jié)果完全一致時(shí)才會(huì)進(jìn)行輸出，如果處理期間出現(xiàn) 任何不一致，系統(tǒng)立即停機(jī)。本文介紹了安全PLC與伺 服在特種設(shè)備旋轉(zhuǎn)角度定位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2　安全PLC的硬件設(shè)計(jì)

某特種設(shè)備旋轉(zhuǎn)角度定位控制系統(tǒng)采用安全PLC CPU1214FC C DC/DC/DC對(duì)V90 PN伺服驅(qū)動(dòng)器（訂 貨號(hào)6SL3210-5FE10-8UF0）及S-1FL6伺服電動(dòng)機(jī)（訂 貨號(hào)1FL6044-1AF61-2LB1）進(jìn)行連接與控制，要求如 下：通過外部啟動(dòng)和停止按鈕對(duì)該設(shè)備進(jìn)行啟停控制， 啟動(dòng)后伺服電動(dòng)機(jī)抱閘打開，進(jìn)入KTP900 Basic觸摸 屏操作，包括伺服手動(dòng)回零、伺服手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)、伺服 手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)、絕對(duì)位置定位（包括位置設(shè)定）以及顯 示是否原點(diǎn)位置、當(dāng)前具體位置信息。

圖1為本實(shí)例電氣原理圖，其中CPU1214C FC DC/ DC/DC通過交換機(jī)與KTP900 Basic觸摸屏、V90 PN進(jìn) 行PROFINET連接。表1為輸入輸出定義。

圖1 電氣原理圖

表1 輸入輸出定義

3　PROFINET連接配置

選擇配置好PLC和觸摸屏，并設(shè)置好IP地址，需要 將SINAMICS V90 PN V1.0拖拽入設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)視圖，完 成后如圖2所示。

圖2 設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)

雙擊SINAMICS V90 PN V1.0設(shè)備后，選擇西門 子報(bào)文111，PZD-12/12，其設(shè)備概覽如圖3所示。

圖3 設(shè)備概覽

4　觸摸屏畫面組態(tài)和伺服FB塊編程

圖4為KTP900 Basic觸摸屏的畫面組態(tài)，包括兩部 分：伺服點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)+、伺服手動(dòng)回零、伺服點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)、 伺服已回原點(diǎn)指示；絕對(duì)位置設(shè)定值、伺服當(dāng)前位置 和絕對(duì)定位按鈕。

圖4 觸摸屏畫面組態(tài)

伺服FB塊編程基本思路如下：

（1）定義V90_DB數(shù)據(jù)塊用來存放調(diào)用FB284相 關(guān)的定位參數(shù)。

（2）本實(shí)例用到ModePos運(yùn)行模式2（絕對(duì)定 位）、4（主動(dòng)回零）和7（按指定速度點(diǎn)動(dòng)）等三種。

（3）在絕對(duì)定位時(shí)，通過輸入?yún)?shù)Position、 Velocity，即指定目標(biāo)位置及速度。

FB程序段如圖5所示，具體說明如下：

程序段1：啟動(dòng)按鈕動(dòng)作，伺服運(yùn)行命令 EnableAxis置位；停止按鈕動(dòng)作或來自于“安全 DB”.ESTOP信號(hào)，EnableAxis復(fù)位。

程序段2：當(dāng)EnableAxis為ON時(shí)，打開伺服電動(dòng) 機(jī)抱閘信號(hào)。

程序段3：設(shè)備剛啟動(dòng)時(shí)，如果未設(shè)置參考點(diǎn)，則 設(shè)定伺服ModePos運(yùn)行模式4（主動(dòng)回零）。

程序段4：觸摸屏伺服回零按鈕動(dòng)作，制定目標(biāo)位 置Position為0。

程序段5：當(dāng)前位置為伺服原點(diǎn)時(shí)，如果此時(shí) 執(zhí)行模式4（主動(dòng)回零），則ConfigEPOS=16#47， 即零點(diǎn)開關(guān)信號(hào)、激活軟件限位、OFF3停止、 OFF2停止均為1；如果此時(shí)在執(zhí)行其他模式，則 ConfigEPOS=16#7，即激活軟件限位、OFF3停止、 OFF2停止為1。

程序段6：如果已設(shè)置參考點(diǎn)，則觸摸屏“絕對(duì)定位”按鈕動(dòng)作時(shí)，設(shè)置ModePos運(yùn)行模式2（絕對(duì)定位）。

程序段7：在絕對(duì)定位時(shí)，設(shè)置Positive為ON，即 正方向，表示模態(tài)軸。需要注意的是，在其他情況下， 運(yùn)行方向按照最短路徑運(yùn)行至目標(biāo)位置，此時(shí)輸入?yún)?shù) Positive及Negative為0。

程序段8：絕對(duì)定位時(shí)，計(jì)算實(shí)際位置與設(shè)定位置 的距離。

程序段9：絕對(duì)定位時(shí)，設(shè)定速度。

程序段10：伺服模式激活，即通過ExecuteMode 的上升沿觸發(fā)回零運(yùn)動(dòng)。回零完成后“AxisRef”輸出 為1。觸發(fā)ExecuteMode的高電平保持時(shí)間不能太短， 建議保持10ms以上，因此這里采用M0.2（即2.5Hz） 與觸摸屏的“可以移動(dòng)”開關(guān)信號(hào)M40.3進(jìn)行串聯(lián)。

程序段11：調(diào)用FB284（SINA_POS）塊。

程序段12：復(fù)位信號(hào)處理。

程序段13：在觸摸屏上進(jìn)行伺服點(diǎn)動(dòng)（+、-），即 正向、反向，此時(shí)設(shè)置ModePos運(yùn)行模式7（按指定速 度點(diǎn)動(dòng)）。

程序段14：伺服位置設(shè)置計(jì)算。

程序段15：伺服位置顯示計(jì)算。

圖5 FB2梯形圖

在OB1塊中，只需要調(diào)用FB2即可。

5　V90 PN伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)置

采用SINAMICS V-ASSISTANT V90調(diào)試軟件進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)器設(shè)置。選擇相同型號(hào)的驅(qū)動(dòng)和電機(jī)，設(shè)置 控制模式為“基本定位控制器（EPOS）”。在設(shè)置 PROFINET選項(xiàng)“選擇報(bào)文”中，選擇當(dāng)前報(bào)文為 “西門子報(bào)文111，PZD-12/12”，如圖6所示。

圖6 選擇“西門子報(bào)文111，PZD-12/12”

接下來配置網(wǎng)絡(luò)IP協(xié)議，包括IP地址 192.168.0.2、子網(wǎng)掩碼255.255.255.0等。此外還可以 設(shè)置機(jī)械結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)，包括絲杠、圓盤、皮帶輪、齒 輪齒條、輥式帶等。

以上步驟設(shè)置完成后，需要重啟V90 PN驅(qū)動(dòng)器才 能使得參數(shù)設(shè)置生效。

6　結(jié)束語

S7-1200 FC安全PLC不提供定位模塊，但它可以采 用PROFINET方式連接驅(qū)動(dòng)器，采用PROFIdrive報(bào)文 進(jìn)行通訊，以實(shí)現(xiàn)高精度的定位控制。

作者簡介：

李方園（1973-），男，浙江舟山人，副教授，高級(jí)工 程師，碩士，現(xiàn)就職于浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長期 從事智能制造新技術(shù)應(yīng)用與研究工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李方園. 智能工廠設(shè)備配置研究[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2018.

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年11月刊