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https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/ 109742662

操作指南 10/2016

S7-1200通过 PROFINET连接SINAMICS V90 PN 实现位置闭环控制 S7-1200 、PROFINET 、SINAMICS V90、位置反馈、闭环

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目录

1 摘要.................................................................................................................. 3

2 简介.................................................................................................................. 4

2.1 S7-1200运动控制功能 ....................................................................... 4

2.1.1 S7-1200 V3.0 固件 ............................................................................ 4

2.1.2 S7-1200 V4.0 固件 ............................................................................ 4

2.1.3 S7-1200 V4.1 固件 ............................................................................ 5

2.2 SINAMICS V90 PN ............................................................................ 5

2.3 PROFINET 通信 ................................................................................ 6

3 应用项目配置示例 ............................................................................................. 7

3.1 自动化任务概述 ................................................................................. 7

3.2 使用环境 ............................................................................................ 7

3.2.1 硬件部分 ............................................................................................ 7

3.2.2 软件部分 ............................................................................................ 8

3.3 V-ASSISTANT 端 90 PN 参数配置 ..................................................... 8

3.3.1 配置报文 ............................................................................................ 8

3.3.2 配置 IP 地址和设备名称（可选） ....................................................... 8

3.3.3 配置斜坡函数发生 .............................................................................. 9

3.4 项目配置 ............................................................................................ 9

3.4.1 新建项目并添加 S7-1200 CPU ........................................................... 9

3.4.2 添加 SINAMICS V90 PN 到项目 ....................................................... 11

3.4.3 S7-1200 CPU 设备组态 ................................................................... 13

3.4.4 SINAMICS V90 PN设备组态 ........................................................... 14

3.4.5 连接 SINAMICS V90 PN 和 S7-1200 CPU ....................................... 14

3.5 位置控制 .......................................................................................... 16

3.5.1 插入工艺对象（TO） ....................................................................... 16

3.5.2 工艺对象配置 – 基本参数（常规） ................................................... 16

3.5.3 工艺对象配置 – 基本参数（驱动器） ................................................ 17

3.5.4 工艺对象配置 – 基本参数（编码器） ................................................ 18

3.5.5 工艺对象配置 – 扩展参数 ................................................................. 18

3.5.6 组态应用循环时间 ............................................................................ 19

3.5.7 设备调试 .......................................................................................... 20

4 文章声明......................................................................................................... 24

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d 1 摘要

本文主要介绍了如何使用 CPU 1217C 通过 PROFINET 连接 SINAMICS V90 伺

服系统实现位置闭环控制。其中对 S7-1200 V4.0、V4.1 固件版本的运动控制功

能、工艺对象的组态和 V90 PN 的相关参数设置作了简要介绍。

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d 2 简介

2.1 S7-1200 运动控制功能

2.1.1 S7-1200 V3.0 固件

S7-1200 CPU 固件版本从 V3.0 开始已经支持最多 4路 PTO 输出，以

CPU1214C（6ES7214-1AG31-0XB0）为例，其 CPU 本体支持 4 路 PTO 输出，

其中 PTO 1、PTO 2 的频率范围为 2 Hz ≤ f ≤ 100 kHz，PTO 3 、PTO 4 的频

率范围为 2 Hz ≤ f ≤ 20 kHz。

2.1.2 S7-1200 V4.0 固件

S7-1200 CPU V4.0 固件版本虽然也只支持 4 路 PTO 输出，但是 PTO 的信号类

型可以进行选择，支持的信号类型见表 2-1 PTO 信号类型所示。

信号类型 脉冲发生器输出数目

脉冲 A 和 方向 B（禁用方向输出） 1

脉冲 A 和 方向 B 2

加计数 A 和减计数 B 2

A/B 相移 2

A/B 相移 - 四倍频 2

表 2-1 PTO 信号类型

V4.0 固件版本的 CPU 高速脉冲信号发生器输出地址可以自由分配给 PTO，输

出地址分配与输出频率范围见表 2-2 脉冲信号发生器地址分配所示。

CPU 本体 Q0.

0

Q0.

1

Q0.

2

Q0.

3

Q0.

4

Q0.

5

Q0.

6

Q0.

7

Q1.

0

Q1.

1

CPU1211C

(DC/DC/DC)

100

KHz

100

KHz

100

KHz

100

KHz — — — — — —

CPU1212C

(DC/DC/DC)

100

KHz

100

KHz

100

KHz

100

KHz

30K

Hz

30K

Hz — — — —

CPU1214C

(DC/DC/DC)

100

KHz

100

KHz

100

KHz

100

KHz

30K

Hz

30K

Hz

30K

Hz

30K

Hz

30K

Hz

30K

Hz

CPU1215C

(DC/DC/DC)

100

KHz

100

KHz

100

KHz

100

KHz

30K

Hz

30K

Hz

30K

Hz

30K

Hz

30K

Hz

30K

Hz

CPU1217C

(DC/DC/DC)

1MH

z

1MH

z

1MH

z

1MH

z

100

KHz

100

KHz

100

KHz

100

KHz

100

KHz

100

KHz

表 2-2 脉冲信号发生器地址分配

以 CPU1214C CPU 本体输出地址(6ES7214-1AG40-0XB0)为例，示例几种可能

的 PTO 信号类型组合方式，见表 2-3 脉冲方向组态所示：

示例 1：4-100KHz PTO，不带方向输出。

示例 2：2-100KHz PTO 和 2-30KHz PTO，脉冲 A+方向 B 输出。

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示例 3：4-100KHz PTO，脉冲 A+方向 B 输出，其中脉冲 A 100KHz，方向

B 30KHz。

Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7

PTO1 P

PTO2 P

PTO3 P

PTO4 P

PTO1 P D

PTO2 P D

PTO3 P D

PTO4 P D

PTO1 P D

PTO2 P D

PTO3 P D

PTO4 P D

示例3

P = 脉冲D = 方向

CPU 板载输出

100KHz输出 30KHz输出

示例1

示例2

表 2-3 脉冲方向组态

2.1.3 S7-1200 V4.1 固件

S7-1200 CPU V4.1 固件版本不仅支持通过 PTO 输出方式对伺服电机进行开环

控制，而且支持通过 PROFIdrive 或者模拟量输出（AQ）方式对伺服电机进行

闭环控制，见表 2-4 驱动器连接方式所示。本文中例子就是使用 PROFIdrive 方

式对 SINAMICS V90 PN 进行闭环控制。

驱动器连接 轴的闭环/开环控制 编码器连接

PTO 速度控制、开环 -

模拟量输出 位置控制、闭环

• 高速计数器 (HSC) 上的编码器

• 工艺模块 (TM) 上的编码器

• PROFIdrive 编码器（位于 PROFINET)

PROFIdrive 位置控制、闭环

• 驱动器上的编码器

• 高速计数器 (HSC) 上的编码器

• 工艺模块 (TM) 上的编码器

• PROFIdrive 编码器（位于 PROFINET)

表 2-4 驱动器连接方式

2.2 SINAMICS V90 PN

SINAMICS V90 是西门子推出的一款小型、高效便捷的伺服系统。SINAMICS

V90 驱动器与 SIMOTICS S-1FL6 电机组成的伺服系统是面向标准通用伺服市场

的驱动产品，覆盖 0.05kW～7kw 功率范围。

2016 年 7 月底，推出了带 PROFINET 接口的 V90 驱动器，配合 SIEMENS

PLC, 能够组成一套完善的、经济的、可靠的运动控制解决方案。SINAMICS

V90 PROFINET (PN) 版本有 2 个 RJ45 接口用于与 PLC 的 PROFINET 通信连

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接，支持 PROFIdrive 运动控制协议。它也可以集成到博途中与 S7-1200，S7-

1500 连接。

当前版本 V90 PN (V10000)重要信息及限制：

(1) 不支持驱动中的 IPos 控制方式，不支持 SIMATIC 控制器的 SINA_POS 功

能块，只支持 SINA_SPEED 功能块。

(2) SINAMICS V90 PN 支持 SIMATIC PLC 的工艺对象(TO)，可通过 TO 实现

位置及速度的控制，如 S7-1500 T-CPU, S7-1500 及 S7-1200。

(3) 机器的动态响应与负载及电机的转动惯量比有关，建议不要大于 5:1。对于

低速运行、高精度或高动态响应的应用，不建议选择 TTL 编码器的电机。

(4) SINAMICS V90 PN 版本独立于当前的 SINAMCIS V90 脉冲串的控制器，它

不支持 PTI、脉冲加方向、模拟量和 USS/Modbus RTU 通信等控制方式。

(5) SINAMICS V90 PN 只支持 PROFINET 通信，支持西门子标准报文 1，2，3，

5，102，105，支持 DSC 控制。

注：本例中 SINAMICS V90 PN 需要选择标准报文 3。

2.3 PROFINET 通信

PROFINET IO 是一种基于以太网的实时协议。在工业自动化应用中作为高级网

络使用。一个完整的 POFINET IO 网络包括以下设备：

IO 控制器：典型的是 PLC，用于控制整个系统

IO 设备：一个分散式 IO 设备（例如，编码器，传感器），通过 IO 控制器

控制

IO 检测器：HMI（人机接口）或个人计算机，用于诊断或调试

PROFINET 提供两种实时通信，PROFINET IO RT（实时）和 PROFINET IO

IRT（等时实时）。实时通道用于 IO 数据和报警的传输。在 PROFINET IO RT

通道中，实时数据通过优先以太网帧进行传输。没有特殊的硬件要求。

SINAMICS V90 PN 基于 PROFINET IO RT（实时），其循环周期可达到 4 ms。

基于 PROFINET IO IRT 通道可用于传输具有更加精确时间要求的数据。其循环

周期可达 2 ms，但需要具有特殊硬件的 IO 设备和开关的支持。

所有的诊断和配置数据通过非实时（NRT）通道进行传输。使用 TCP/IP 协议。

因而，没有可确定的循环周期，其循环周期可能超过 100 ms。

SIMATIC S7-1200 目前仅支持 PROFINET IO RT 通讯，所以后面章节所讲的与

SINAMICS V90 PN 连接做位置控制是通过 PROFINET IO RT 通讯来实现的。

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d 3 应用项目配置示例

3.1 自动化任务概述

图 3-1 提供了自动化任务的概述。S7-1200 CPU 通过 PROFINET 网络控制

V90 PN 伺服驱动器。

图 3-1 自动化任务概述

3.2 使用环境

本文例子基于以下使用环境创建。

3.2.1 硬件部分

组件 数量 订货号 注解

SIMATIC S7-1200 CPU 1 6ES7 217-1AG40-0XB0 V4.1.3

SINAMICS V90 PN 200V 1 6SL3210-5FB10-1UF0 100W

SIMOTICS S-1FL6 motor 1 1FL6024-2AF21-1AA1 100W

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3.2.2 软件部分

组件 数量 注解

TIA Portal 1 V13 SP1

SINAMICS V-ASSISTANT 1 V1.04.00

3.3 V-ASSISTANT 端 90 PN 参数配置

3.3.1 配置报文

选择报文列表如图 3-2。本例中选择标准报文 3。

图 3-2 选择报文

3.3.2 配置 IP 地址和设备名称（可选）

图 3-3 配置 IP 地址和设备名称

1.配置设备名称：在本例中，设备名称为 sinamics-v90-pn。

2.配置 IP 地址：在本例中，IP 地址为 192.168.0.2。

3.在配置完设备名称以及 IP 地址之后，必须保存参数并重启驱动来激活配置。

4.配置完的信息可以在右侧栏中查看。

注：配备名称和 IP 地址也可以在 TIA Portal 中进行配置。

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3.3.3 配置斜坡函数发生

图 3-4 配置斜坡函数发生器

注：由于 S7-1200 轴工艺对象中已经组态了轴运行的加减速时间，所以在

SINAMICS V-ASSISTANT 侧需要激活斜坡功能模块并将斜坡上升时间和斜坡下

降时间设置为 0.0000 S 即可。

3.4 项目配置

3.4.1 新建项目并添加 S7-1200 CPU

1.打开 TIA 博途软件并创建新项目

图 3-5 创建新项目

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2.进入到项目视图添加 S7-1200 CPU 到项目

图 3-6 添加 S7-1200 CPU 到项目

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3.进入到网络视图并打开硬件目录

图 3-7 网络视图

3.4.2 添加 SINAMICS V90 PN 到项目

可以在以下网址下载 V90 的 GSD 文件。

SINAMICS V90: PROFINET GSD file

https://support.industry.siemens.com/cs/ww/en/view/109737269

1.安装 GSD 文件

图 3-8 安装 GSD 文件

2.找到 GSD 文件，点击安装。

图 3-9 点击安装

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3.右侧硬件目录树中“其他现场设备”中选择 V90 PN。

图 3-10 选择 V90 PN

4.双击 V90 PN 或拖拽 V90 PN 到网络视图

图 3-11 网络视图

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3.4.3 S7-1200 CPU 设备组态

双击 PLC CPU 进入 CPU 属性。

图 3-12 进入 CPU 属性

在“PROFINET 接口（X1）”中可以设置 IP 地址，设备名称等信息。

图 3-13 设置 IP 地址，设备名称等信息

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3.4.4 SINAMICS V90 PN 设备组态

1. 双击 SINAMICS V90 PN 进入属性区域。在“PROFINET 接口（X1）”中

可以设置 IP 地址，设备名称等信息。

图 3-14 设置 IP 地址，设备名称等信息

2.硬件目录下，在子模块中选择标准报文

图 3-15 选择标准报文 3

3.4.5 连接 SINAMICS V90 PN 和 S7-1200 CPU

组态完 SINAMICS V90 PN 和 S7-1200 CPU 后，需要连接 SINAMICS V90 PN

和 S7-1200 CPU。

1.在网络视图单击“未分配”，选择 PLC_1.PROFINET 接口_

图 3-16 选择 PLC_1.PROFINET 接口_

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2.连接后网络视图如下所示：

图 3-17 网络视图

3. 然后在网络视图中右键单击 PROFINET 网络为 SINAMICS V90 PN “分配设

备名称”。

图 3-18 分配设备名称

注：PROFINET 设备名称非常重要，一定要确保设备名称的正确。

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3.5 位置控制

3.5.1 插入工艺对象（TO）

在左侧“工艺对象”列表下双击“插入新对象”。在弹出的“新增对象”对话框中选

择“TO_PositioningAxis”，并为新增对象命名，然后点击“确定”按钮插入一个新的

工艺对象。

图 3-19 插入新对象

3.5.2 工艺对象配置 – 基本参数（常规）

1.在“基本参数”的“常规”页面下，你可以对添加的工艺对象轴的名称进行配

置。

2.驱动器类型选择“PROFIdrive”。

3.测量单位默认为 mm，你可以从下拉列表中选择其它单位，如 m、in、ft、脉

冲以及度等。

图 3-20 基本参数配置

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3.5.3 工艺对象配置 – 基本参数（驱动器）

1.在“基本参数”的“驱动器”页面下，需要选择驱动器。

2.在选择好驱动器后，你可以对数据交换的参数进行配置。例：最大转速，本例

中为 3000.0 r/min。

图 3-21 驱动器参数配置

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3.5.4 工艺对象配置 – 基本参数（编码器）

1.在基本参数的“编码器”页面中，选择编码器的连接方式。对本例来说，选择

“驱动装置上的编码器”。

2.在选择完编码器的连接方式之后，需要配置编码器的类型以及高精度参数进行

配置。对于本例来说，我们使用的是 2500 ppr 增量式编码器，细分精度为 2。

图 3-22 编码器参数配置

3.5.5 工艺对象配置 – 扩展参数

工艺对象的扩展参数，具体介绍请参考：

S7-1200 连接 SINAMICS V90 实现位置闭环控制

http://support.automation.siemens.com/CN/view/zh/109477411

工艺对象一般的组态方法请参考：

《SIMATIC STEP 7 S7-1200 Motion Control V13 SP1》。

http://support.automation.siemens.com/CN/view/zh/108577079。

本文只描述针对于本例的组态。

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在扩展参数下，可以配置如下参数：

参数 说明

机械 • 编码器安装类型

• 位置参数，即电机每转对应的负载位移。

模数 • 启用模态轴

• 配置模态轴参数

位置限制 设置位置限制相关的参数

动态 • 设置速度限幅

• 设置加减速时间

• 设置加速度

• 设置急停参数，如加减速时间等

回原点 • 设置回零模式

• 设置各种回零模式下的回零参数等

位置监视 • 设置定位监控参数

• 设置跟随误差

• 设置停止信号相关的参数

控制回路 设置位置环的增益和前馈时间

表 3-1 扩展参数

3.5.6 组态应用循环时间

S7-1200 CPU 在创建闭环运动控制工艺对象时，会自动地创建用于执行工艺对

象的组织块，其中 MC-Servo[OB91]用于位置控制器的计算，MC-

Interpolator[OB92]用于生成设定值、评估运动控制指令和位置监控功能。这两

个组织块彼此之间出现的频率关系始终为 1:1，MC-Servo[OB91]总是在 MC-

Interpolator[OB92]之前执行。可以根据控制质量和系统负载需求，指定 MC-

Servo[OB91]的应用循环周期性调用时间，如果循环时间过短，则可能造成

CPU 发生溢出，造成 CPU 停机。鼠标右键 OB91 组织块，在弹出的 OB91 属

性对话框中可以修改其循环时间。可根据所使用的轴数量设置运动控制应用循环，

运动控制应用循环时间 = 2 ms +（位置控制轴的数量 x 2 ms）

图 3-23 组态循环时间

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3.5.7 设备调试

编译并将项目下载到 S7-1200 CPU 后，即可进行调试。

至此 S7-1200 与 V90 的组态配置已经初步完成，可以打开工艺对象的调试界面

进行调试，然后就可以编写运动控制程序了。运动控制程序的介绍可参考帮助文

档，这里不再详述。

另外，轴控制面板还提供调节功能，可用于调整 CPU 位置控制器的增益和预控

制值，并可以监视轴的运行轨迹。

图 3-24 轴控制面板

当 CPU 位置控制器的预控制值保持不变的情况下，修改“增益”参数可用于组

态控制回路的增益系数，轴的机械硬度越高，可设置的增益系数就越大；较大的

增益系数可以减少随动误差，实现更快的动态响应；但是过大的增益系数将会使

位置控制系统振荡。效果如下：

图 3-25 预控制 100.0%，增益 10.0

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图 3-26 预控制 100.0%，增益 30.0

图 3-27 预控制 100.0%，增益 50.0

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图 3-28 预控制 100.0%，增益 70.0

当 CPU 位置控制器的增益保持不变的情况下，修改“预控制”参数可用于修改

控制回路的速度预控制百分比。不同预控制值时的轴运行轨迹修改预控制值效果

如下所示。

图 3-29 预控制 100.0%，增益 20.0

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图 3-30 预控制 50.0%，增益 20.0

图 3-31 预控制 0.0%，增益 20.0

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d 4 文章声明

本文仅针对 CPU 1217C 连接 V90 PN 实现闭环运动控制进行了简单的描述，目

的是为了能够让初次接触该系统的用户能够快速的建立控制系统，本文无法替代

S7-1200 运动控制的相关硬件手册和功能手册。更多关于该功能的使用信息请参

考《SIMATIC STEP 7 S7-1200 Motion Control V13 SP1》手册。