湖南嘉普云自动化设备有限公司

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西门子6ES7288-1CR60-0AA0

1. 概述
串口模块ET200S 1SI（订货号：6ES7 138-4DF01-0AB0）是一款用于ET200S上的串口模块，支持两种软件协议（ASCII和3964(R)），通过接线区分可支持三种硬件接口（RS232C、RS422和RS485）。
在Step 7硬件组态中选择模块时，硬件目录中有以下六种版本的模块：
? ASCII （4B）
? ASCII（8B）
? ASCII（32B）
? 3964(R) （4B）
? 3964(R) （8B）
? 3964(R) （32B）
4/8/32字节代表数据传输的吞吐率大小，字节数越大，吞吐率越大，即数据传输越快，但是在ET200S机架上占用的I/O存储区也越多，如果从传输速率考虑，选择32B快，如果从占用的I/O区小考虑，选择4B占用少，根据具体应用要求选择。
模块信息及指示灯含义，如下图1所示。

图1 模块指示灯含义

RS232C、RS422和RS485三种接口通讯的终端模块端子分配和电缆连接，如下图2/3/4所示。

图2-1 RS232C接口终端模块端子分配

图2-2 RS232C接口终端模块电缆连接

图3-1 RS422接口终端模块端子分配

图3-2 RS422接口终端模块电缆连接

图4-1 RS485接口终端模块端子分配

图4-2 RS485接口终端模块电缆连接

注意：RS485接口内部已经短接，不需要外部短接处理，只要直接连接1，2，8。

2. 软件环境

2.1 STEP7 V5.4 SP5
用于编写S7-300/400程序，此软件需要从西门子购买，本文档中的部分代码使用Step7 V5.4 SP5的软件编写。

2.2 ET200S 1SI 串行接口模块的功能块
STEP 7 软件中不包含ET200s 1SI模块做串口通讯的功能块，需要单独安装一个软件，然后在Libraries下才有ET200sSI的库，功能块可供通讯调用，该软件从以下的链接下载。25358470

2.3 串口调试器
第三方提供的串口调试工具，可以从互联网上免费下载，可用于测试串口通讯。

3. 硬件列表和接线

3.1 硬件列表

表1 硬件设备

3.2 硬件接线示意图
以RS232C的方式接线为例说明，1 Si 模块按照RS232C的接线方式连接到电脑的232口，连接示意图如下所示。

图5 硬件结构和接线示意图

4.组态设置和编程

4.1 组态和配置

1．打开STEP7，点击File->New...创建一新项目，项目名称为et200s ASCII。

图6新建项目对话框

2．用鼠标右键点击项目名称，选择Insert New Object->SIMATIC 300 Station，更改站的名称为 317-2PN/DP ，如下图7所示。

图7 插入S7-300站

3. 在硬件组态中按订货号和硬件安装次序依次插入机架、CPU和ET200S标准从站模块，如下图8所示，注意所选串行接口模块为32字节的1SI ASCII （这里仅考虑数据传输的吞吐率，不考虑占用的I/O存储区的大小）。

图8组态硬件

4．双击1 SI ASCII 模块，点击Parameter选项，配置串口通信 参数。

图9 参数分配

本例中，“Interface”设为RS232C接口，勾选断线诊断，流量控制：无。通信波特率：9.6kb/s，数据位：8位，停止位：1位，奇偶效验：无，字符延迟时间：4ms，其他的参数都采用默认设置。注意：设定的参数要和通讯伙伴的相 同。

部分参数说明：

1．接口的选择

图10 接口设置

三种接口中：RS232C和RS422接口可以选择“断线检测”和“数据流量控制” 的功能， RS485/422可以设置“接收线路的初始化状态”。
2．字符桢的格式：支持10位和11位的字符桢格式，包括数据传输的波特率，数据位，停止位和奇偶校验位。
3．接收字符桢结束判断条件

图11 结束判断条件

On expiration of character delay time: 以固定的字符延迟时间为每帧数据的结束方式；
On receipt of end-of-text character: 以结束字符作为每帧数据的结束方式；
On receipt of fixed number of characters: 以固定的字符长度作为每帧数据的结束方式。

4．缓冲区处理方式

图12 缓冲区设置

Dynamic Message frame buffer：如果勾上，模块就可以缓冲多个不同长度的消息；
Prevent message frame buffer overwrite：如果勾上，防止接收到的新消息覆盖缓冲区中的消息桢，这可以防止丢失以前接收到的消息桢；
Delete receive buffer during CPU startup：如果勾上，当CPU的工作模式从STOP切换到RUN（CPU启动）时，模块的接收缓冲区自动清空。
更多关于串口接口模块的组态和参数设置，请参考手册《ET 200S 串行接口模块》第2.9章节的内容，手册链接：9260793

4.2 编程

4.2.1 PLC侧编程

1．程序调用：从库Libraries -> ET200s SI -> ET200S Serial Interface -> ET200s SI中调用功能块，调用发送 FB3（S_SEND）和接收 FB2（S_RCV），并为其分配背景数据块分别为DB30和DB20，将块参数LADDR设为硬件组态中1 SI模块的起始逻辑地址256。

图13 ET200S串口模块的逻辑地址

2．创建发送数据块DB1和接收数据块DB2

图14发送/接收数据块DB1/DB2

3．调用发送功能块
ET200S 1SI 的发送功能块FB3 S_SEND 的参数设置见下表2。

表2 FB3 S_SEND 的参数定义

图15 在程序中调用FB3 S_SEND

4．调用接收功能块
ET200S 1SI的接收功能块FB2 S_RCV的参数设置见下表3。

表3 FB2 S_RCV的参数定义

图16 在程序中调用FB2 S_RCV

4.2.2 PC机参数设置
参数分配：串口选择COM1（默认），传输波特率为9.6Kb/s， 8位数据位，无校验，1位停止位，这些参数要和ET200s中1SI ASCII模块设置*，同时将串口调试软件打开。

图17 串口调试软件参数设置

4.3 通讯测试

1．ET200S 1SI发送数据，调试软件接收数据
首先将硬件配置和程序下载到PLC，将DB1中前10个字节设为十六进制的01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 ，然后将FB3的M0.0从FALSE置成TRUE，ET200S将发送数据10个字节数据，可以从串口调试软件的接收字符窗口中看到收到的数据（十六进制），结果如下图18所示。

图18 ET200S 1SI发送数据调试软件接收数据测试结果

2．调试软件发送数据，ET200S 1 SI接收数据
首先将硬件配置和程序下载到CPU中，将FB2的M0.1设为TRUE，使能ET200S 接收。在PC机的串口软件打开，在发送字符输入窗口输入16进制数据1122334455667788 9900，然后点击“手动发送”按钮发送数据，则在PLC侧DB2的前10个字节能接收到数据，接收的长度为10，测试结果如下。

图19调试软件发送数据ET200S 1SI接收数据测试结果

1 概述

S7--200提供了三种方式的开环运动控制：
? 脉宽调制（PWM）--内置于S7--200，用于速度、位置或占空比控制。
? 脉冲串输出（PTO）--内置于S7--200，用于速度和位置控制。
? EM253位控模块--用于速度和位置控制的附加模块。

S7—200的内置脉冲串输出提供了两个数字输出通道（Q0.0和Q0.1），该数字输出可以通过位控向导组态为PWM或PTO的输出。

当组态一个输出为PTO操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电机的速度和位置的开环控制。内置PTO功能仅提供了脉冲串输出。您的应用程序必须通过PLC内置I/O或扩展模块提供方向和限位控制。

PTO按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波（占空比50％），如图1。PTO可以产生单段脉冲串或者多段脉冲串（使用脉冲包络）。可以脉冲数和周期（以微秒或毫秒为增加量）:
? 脉冲个数： 1到4,294,967,295
? 周期： 10μs(100K)到65535μs或者2ms到65535ms。

图1

200系列的PLC的大脉冲输出频率除 CPU224XP 以外均为20kHz。CPU224XP可达100kHz。如表1所示：

表1

2 MAP库的应用

2.1 MAP库的基本描述
现在，200系列 PLC 本体 PTO 提供了应用库MAP SERV Q0.0 和 MAP SERV Q0.1，分别用于 Q0.0 和 Q0.1 的脉冲串输出。如图2所示：

图2

注： 这两个库可同时应用于同一项目。

各个块的功能如表2所示：

表2

总体描述
该功能块可驱动线性轴。
为了很好的应用该库，需要在运动轨迹上添加三个限位开关，如图3：
? 一个参考点接近开关（home），用于定义位置 C_Pos 的零点。
? 两个边界限位开关，一个是正向限位开关(Fwd_Limit)，一个是反向限位开关(Rev_Limit)。
? 位置? C_Pos 的计数值格式为 DINT ，所以其计数范围为(-2.147.483.648 to +2.147.483.647). ?
? 如果一个限位开关被运动物件触碰，则该运动物件会减速停止，因此，限位开关的安置位置应当留出足够的裕量?ΔSmin 以避免物件滑出轨道尽头。

图3

2.2 输入输出点定义
应用MAP库时，一些输入输出点的功能被预先定义，如表3所示：

表3

2.3 MAP库的背景数据块
为了可以使用该库，必须为该库分配 68 BYTE（每个库）的全局变量，如图4所示：

图4

下表是使用该库时所用到的重要的一些变量（以相对地址表示），如表4：

表4

2.4 功能块介绍
下面逐一介绍该库中所应用到的程序块。这些程序块全部基于PLC-200 的内置PTO输出，完成运动控制的功能。此外，脉冲数将通过的高速计数器 HSC 计量。通过 HSC 中断计算并触发减速的起始点。

2.4.1 Q0_x_CTRL
该块用于传递全局参数，每个扫描周期都需要被调用。功能块如图5，功能描述见表5。

图5

表5

Velocity_SS 是小脉冲频率，是加速过程的起点和减速过程的终点。
Velocity_Max 是大小脉冲频率，受限于电机大频率和PLC的大输出频率。
在程序中若输入超出（Velocity_SS，Velocity_Max）范围的脉冲频率，将会被Velocity_SS 或 Velocity_Max 所取代。
accel_dec_time 是由 Velocity_SS 加速到 Velocity_Max 所用的时间（或由Velocity_Max 减速到 Velocity_SS 所用的时间，两者相等），范围被规定为 0.02 ~ 32.0 秒，但好不要小于0.5秒。

警告：超出 accel_dec_time 范围的值还是可以被写入块中，但是会导致定位过程出错！

2.4.2 Scale_EU_Pulse
该块用于将一个位置量转化为一个脉冲量，因此它可用于将一段位移转化为脉冲数，或将一个速度转化为脉冲频率。功能块如图6，功能描述见表6。

图6

表6

下面是该功能块的计算公式：

2.4.3 Scale_ Pulse_EU
该块用于将一个脉冲量转化为一个位置量，因此它可用于将一段脉冲数转化为位移，或将一个脉冲频率转化为速度。功能块如图7，功能描述见表7。

图7

表7

下面是该功能块的计算公式：

表14

注意：使用该块将使得原参考点失效，为了清晰地定义位置，必须重新寻找参考点。

2.5 校准

该块所使用的算法将计算出减速过程（从减速起始点到速度终达到Velocity_SS）所需要的脉冲数。但时在减速过程中所形成的斜坡有可能会导致计算出的减速斜坡与实际的包络不完全*。此时就需要对 “Tune_Factor” 进行校正。

校正因子 “Tune_Factor”
“Tune_Factor” 的优值取决于大、小和目标脉冲频率以及大减速时间。如图15：

图15

如图所示，运动的目标位置是B，算法会自动计算出减速起始点，当计算与实际不符时，当轴已经运动到B点时，尚未到达低速度，此时若位 ”Disable_Auto_Stop” = 0，则轴运动到B点即停止运动，若位 ”Disable_Auto_Stop” = 1，则轴会继续运动直至到达低速度。图中所示的情况为计算的减速起始点出现的太晚了。

确定调整因子

注意：一次新的校准过程并不需要将伺服驱动器连接到CPU。
步骤如下：
1. 置位 ”Disable_Auto_Stop”，即令 ”Disable_Auto_Stop” = 1。
2. 设置 “Tune_Factor” = 1。
3. 使用 Q0_x_LoadPos 功能将当前位置的位置设为0。
4. 使用 Q0_x_MoveRelative，以的速度完成一次相对位置运动（留出足够的空间以使得该运动得以顺利完成）。
5. 运动完成后，查看实际位置 HC0。Tune_Factor 的调整值应由 HC0，目标相对位移 Num_Pulses，预估减速距离 Est_Stopping_Dist 所决定。Est_Stopping_Dist 由下面的公式计算得出：

Tune_Factor由下面的公式计算得出：

6. 在调用 Q0_x_CTRL 的网络之后插入一条网络，将调整后的 Tune_Factor 传递给全局变量 +VD1，如图16。

图16

7. 复位 ”Disable_Auto_Stop”，即令 ”Disable_Auto_Stop” = 0。

2.6 寻找参考点的若干种情况
在寻找参考点的过程中由于起始位置、起始方向和终止方向的不同会出现很多种情况。

一个总的原则就是：从起始位置以起始方向 Start_Dir 开始寻找，碰到参考点之前若碰到限位开关，则立即调头开始反向寻找，找到参考点开关的上升沿（即刚遇到参考点开关）即减速到寻找低速 Homing_Slow_Spd，若在检测到参考点开关的下降沿（即刚离开遇到参考点开关）之前已经减速到 Homing_Slow_Spd，则比较当前方向与终止方向 Final_Dir 是否*，若*，则完成参考点寻找过程；若否，则调头找寻另一端的下降沿。若在检测到参考点开关的下降沿（即刚离开遇到参考点开关）之前尚未减速到 Homing_Slow_Spd，则在减速到 Homing_Slow_Spd 后调头加速，直至遇到参考点开关上升沿，重新减速到 Homing_Slow_Spd，后判断当前方向与终止方向 Final_Dir 是否*，若*，则完成参考点寻找过程；若否，则调头找寻另一端的下降沿。（Final_Dir 决定寻找参考点过程结束后，轴停在参考点开关的哪一侧）

下面的图形会反应不同情形下寻找参考点的过程。

Start_Dir=0, Final_Dir=0，如图17：

图17

Start_Dir=0, Final_Dir=1，如图18：

图18

Start_Dir=1, Final_Dir=0，如图19：

图19

Start_Dir=1, Final_Dir=1，如图20：

图20

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