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西门子6ES73146BH040AB0
产品名称:

西门子6ES73146BH040AB0

更新时间:

2021-11-23

产品描述: 西门子6ES73146BH040AB0
6ES7314-6BH04-0AB0
SIMATIC S7-300,CPU 314C-2 PTP 带 MPI 的紧凑型 CPU, 24 DE/16 DA,4AE,2AA,1 Pt100, 4 个快速计数器(60 kHz), 集成接口 RS485, 集成电源 24V DC, 工作存储器 192 KB, 前连接器(2x 40 极)和 需要微型存

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一.简述:
软件冗余又称软冗余,和S7-400 H硬件冗余系统相对应,顾名思义是用户使用程序来完成 PLC 系统的冗余功能,可以应用于对主备系统切换时间为秒级的控制系统中,硬件平台一般是S7-300/400, 是Siemens 实现提高系统可用性的一种低成本解决方案,这种PLC软冗余方案已在国内外很多行业和项目中使用。而WinAC RXT 从版本2008起,也开始支持软冗余功能,其原理和编程方式与S7-300/400的软冗余方式基本相同。它不仅能有效提升系统的可用性,又可借助主流PC实现高性能多任务运算,同时具有良好的开放性,是一种高性价比的方案。

WinAC RTX 软冗余系统结构示意图:

 

系统构成:

A. 两台装有WinAC RTX 2008 的PC作为冗余的控制器(对于较恶略的运行环境,可以使用嵌入式Windows XP作为操作系统,使用无风扇、无硬盘采用电子盘的工业PC硬件平台,实现抗震防尘,比如西门子 MicroBox 427B等)。若其中一台PC可以作为编程设备,也可以使用第三台PC作为PG;

B. 使用 CP5611/5613作为Profibus主站的通讯接口;
C. 作为从站,每个ET200M从站上插有两个IM153-2接口模块,分别与两台WinAC RTX控制器的Profibus相连;
D. 可以选用以太网连接实现两台控制器间的快速数据同步,用户需要在初始化程序(OB100)中定义冗余数据同步区,包括:M区,DB块,过程映像区,IEC定时器/IEC计数器。

该系统结构可以实现:

A. 控制器(PC)冗余;
B. Profibus总线系统冗余(包括:通讯接口,总线接头,总线电缆等)
C. IM153-2冗余

软冗余的基本原理:

 

本文的实验中所使用的实验设备:

西门子工控机Simatic PC840 V2 配置:

A. 计算机名:CHN840
B. WinXP SP2
C. WinAC RTX 2008 SP1
D. Simatic Net 2008
E. Step7 5.4 SP4
F. 软冗余软件包 V1.2
G. CP5611
H. 板载以太网卡

兼容PC配置 :

A. 计算机名:chnd
B. WinXP SP2
C. WinAC RTX 2008 SP1
D. Simatic Net 2008
E. 板载以太网卡
F. CP5613

ET200M从站:

A. 6ES7-153-2BA02-0XB0
B. BM IM153/IM153 (6ES7-195-7HD10-0XA0)
C. BM 2X40(6ES7-195-7HB00-0XA0)
D. 8DI/DO SM374 (6ES7-374-2XH01-0AA0)

关于软冗余原理和ET200M更多信息请参考:下载中心A0039 文档《软冗余的原理、调试和例程》,不再复述,本文档只关注用WinAC RTX实现软冗余的过程。


二.组态步骤:

1. 建立项目
使用PC840 为编程设备,打开Simatic Manager,插入两个PC station,分别是CHN840 和chnd,并在组态计算机上设置“PG/PC interface”, S7ONLINE(STEP7)指向“PC internal(local)”。

 

2. 硬件组态
分别组态两个站的硬件配置:
从硬件目录中分别找到“SIMATIC PC Station”->“Controller”->“ WinLC RTX”->“6ES7 611-4SB00-0YB7”->“V4.4” “V4.4”目录下找到“CP5611/CP5612”和 “CP Industrial Ethernet”->“IE General”,插入PC机架,如下图:

注:V4.4版本的WinLC RTX需要单独安装

CP5611地址为2,为其添加主站系统,并插入ET200M站(6ES7-153-2BA02-0XB0)和IO模块。
两个PC站做相似的硬件配置,此例中:
两个PC站的Profibus站址都为2,ET200M站的站址为5;
在两个PC站的硬件组态中该ET200M站都要存在,并且组态参数相同;
两个PC站的IE General的IP地址分别为192.168.10.222和192.168.10.12,并将它们接入相同的子网(Ethernet1)。


3. 建立连接
进入 NetPro, 为两个PC Station建立S7 连接:
右键点击选中其中一个站的WinLC RTX,在弹出菜单中选择“Insert New Connection”

 

在弹出对话框中选择通讯伙伴,并选择连接类型为:“S7 connection”。

点击OK确认。弹出S7连接属性对话框,确认连接接口和 Local ID号。该ID号在程序中会使用到。

点击OK确认,退出。

西门子6ES73146BH040AB0

保存编译。通过菜单View -> With DP-Slaves/IO Devices,可以查看系统的网络结构图:


4. 编写软冗余程序
在两个PC Station中添加冗余程序块:
在Step7中打开Soft Redundancy V1.2的例子程序:“SWR_400_MIN”,或从函数库中找到功能块:FB101,FB105,FC100,FC102,拷贝到Step7 项目中。

FC100 “SWR_START”:初始化程序块,定义系统运行的参数;
FB101“SWR_ZYK”:循环调用同步块,将主系统的冗余数据复制到备用系统;
FC102“SWR_DIAG”:诊断功能块,在OB86中调用,将得到的诊断数据提供给FB101使用;
FB105“SWR_SFBCOM”:在该块内部调用SFB12“BSEND”和SFB13“BRCV”功能块,实现数据同步。

分别在两台PC中插入OB100,其中调用冗余初始化程序:

上图中,分别显示了两台PC中各自OB100调用FC100的参数分配情况。关于FC100参数的说明请参考下表:


分别在两台PC中的OB35中实现冗余数据同步:

添加相应的故障处理块:OB80, OB82,OB83,OB85,OB86,OB122等。在OB86中调用FC102“SWR_DIAG”

 

 

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:

功能
Q0_x_CTRL参数定义和控制
Q0_x_MoveRelative执行一次相对位移运动
Q0_x_MoveAbsolute执行一次位移运动
Q0_x_MoveVelocity按预设的速度运动
Q0_x_Home寻找参考点位置
Q0_x_Stop停止运动
Q0_x_LoadPos重新装载当前位置
Scale_EU_Pulse将距离值转化为脉冲数
Scale_Pulse_EU将脉冲数转化为距离值

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:

名称MAP SERV Q0.0MAP SERV Q0.1
脉冲输出Q0.0Q0.1
方向输出Q0.2Q0.3
参考点输入I0.0I0.1
所用的高速计数器HC0HC3
高速计数器预置值SMD 42SMD 142
手动速度SMD 172SMD 182

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:

符号名相对地址注释
Disable_Auto_Stop+V0.0默认值=0意味着当运动物件已经到达预设地点时,即使尚未减速到Velocity_SS,依然停止运动; =1时则减速至Velocity_SS时才停止
Dir_Active_Low+V0.1方向定义,默认值 0 = 方向输出为1时表示正向。
Final_Dir+V0.2寻找参考点过程中的后方向
Tune_Factor +VD1调整因子(默认值=0
Ramp_Time +VD5Ramp time = accel_dec_time(加减速时间)
Max_Speed_DI+VD9大输出频率 = Velocity_Max
SS_Speed_DI+VD13小输出频率 = Velocity_SS
Homing_State+VB18寻找参考点过程的状态
Homing_Slow_Spd+VD19寻找参考点时的低速(默认值 = Velocity_SS)
Homing_Fast_Spd+VD23寻找参考点时的高速(默认值 = Velocity_Max/2)
Fwd_Limit+V27.1正向限位开关
Rev_Limit+V27.2反向限位开关
Homing_Active+V27.3寻找参考点激活
C_Dir+V27.4当前方向
Homing_Limit_Chk+V27.5限位开关标志
Dec_Stop_Flag+V27.6开始减速
PTO0_LDPOS_Error+VB28使用Q0_x_LoadPos时的故障信息(16#00 = 无故障, 16#FF = 故障)
Target_Location+VD29目标位置
Deceleration_factor+VD33减速因子 =(Velocity_SS – Velocity_Max) /
accel_dec_time (格式: REAL)
SS_Speed_real+VD37小速度 = Velocity_SS (格式: REAL)
Est_Stopping_Dist+VD41计算出的减速距离 (格式: DINT)

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

参数类型格式单位意义
Velocity_SSINDINTPulse/sec.启动/停止频率,必须是大于零的数
Velocity_MaxINDINTPulse/sec.大频率
accel_dec_timeINREALsec.大加减速时间
Fwd_LimitINBOOL 正向限位开关
Rev_LimitINBOOL 反向限位开关
C_PosOUTDINTPulse当前位置

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

参数类型格式单位意义
InputINREALmm or mm/s欲转换的位移或速度
PulsesINDINTPulse /revol.电机转一圈所需要的脉冲数
E_UnitsINREALmm /revol.电机转一圈所产生的位移
OutputOUTDINTPulse or pulse/s转换后的脉冲数或脉冲频率

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

参数类型格式单位意义
InputINREALPulse or pulse/s欲转换的脉冲数或脉冲频率
PulsesINDINTPulse /revol.电机转一圈所需要的脉冲数
E_UnitsINREALmm /revol.电机转一圈所产生的位移
OutputOUTDINTmm or mm/s转换后的位移或速度

表7

下面是该功能块的计算公式:

2.4.4 Q0_x_Home
功能块如图8,功能描述见表8。


图8

参数类型格式单位意义
EXECUTEINBOOL 寻找参考点的执行位
PositionINDINTPulse参考点的位移
Start_DirINBOOL 寻找参考点的起始方向
0=反向,1=正向)
DoneOUTBOOL 完成位(1=完成)
ErrorOUTBOOL 故障位(1=故障)

表8

该功能块用于寻找参考点,在寻找过程的起始,电机首先以 Start_Dir 的方向,Homing_Fast_Spd 的速度开始寻找;在碰到limit switch (“Fwd_Limit” or “Rev_Limit”)后,减速至停止,然后开始相反方向的寻找;当碰到参考点开关(input I0.0; with
Q0_1_Home: I0.1)的上升沿时,开始减速到 “Homing_Slow_Spd”。如果此时的方向与 “Final_Dir” 相同,则在碰到参考点开关下降沿时停止运动,并且将计数器HC0的计数值设为 “Position” 中所定义的值。

如果当前方向与 “Final_Dir” 不同,则必然要改变运动方向,这样就可以保证参考点始终在参考点开关的同一侧(具体是那一侧取决于 “Final_Dir”)。

 

西门子6ES73146BH040AB0

 

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