SIMOTIOND435实例剖析.docx
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SIMOTIOND435实例剖析
SIMOTION项目实战—D435Beginner
1概述
本文档通过一个实际项目来介绍SIMOTION项目组态、配置和编程的过程。
在SIMOTIONSCOUT软件的安装包里提供了一个供初学者学习的项目“D435_BEGINNER”，该项目位于软件光盘路径...\Utilities_Applications\src\Examples\ExampleForBeginners文件夹内，该项目提供了完整的项目文件和介绍文档，该项目可以在SIMOTIOND435演示设备上模拟运行。
图1项目实战图示
该项目要实现的功能是将生产线上的空盒子吹出生产线，其工作过程如下：
按下起动按钮后，盒子在传送带上从上游运输到下游，如果在运输途中被检测出是空的，那么载有喷嘴的吹出器会跟随空盒子运动，建立同步以后在指定的位置打开喷嘴将空盒子吹出传送带，然后吹出器重新返回等待位置。
在运行过程中，如果安全门被打开，那么生产线立即停止，在安全门关上以后，又自动恢复运行。
复位起动按钮后，生产线停止。
该项目中使用的运动控制功能有：
•齿轮同步Gearing
•凸轮同步Camming
•快速点输出OutputCam
2项目中使用的硬件和软件
2.1项目中使用的硬件
项目使用的硬件基于SIMOTIOND435（可以转换到其他SIMOTION硬件），具体的产品如下表所示。
编号
名称
数量
订货号/备注
1
SIMOTIOND435
1
6AU1435-0AA00-0AA1
2
CF卡
1
6AU1400-2PA01-0AA0
3
SIMOTION多轴授权包
1
6AU1820-0AA43-0AB0
4
端子板TB30
1
6SL3055-0AA00-2TA0
5
智能型电源模块SLM5KW
1
6SL3130-6AE15-0AB0
6
双轴电机模块DMM2×1.6KW
1
6SL3120-2TE13-0AA3
7
传送带电机
1
1FK7022-5AK71-0LG0
8
吹出器电机
1
1FK7022-5AK71-0AG0
9
起动按钮
1
数字量输入，常开点
10
安全门
1
数字量输入，常闭点
11
空盒子传感器
1
数字量输入，常开点
12
吹出器喷嘴阀门
1
数字量输出
13
连接电缆
若干
动力电缆、信号电缆等
表1本项目所使用的硬件列表
2.2项目中使用的软件
编号
名称
版本
1
WindowsXP
SP3,Professional
2
STEP7
V5.5SP2HF1
3
SIMOTIONSCOUT
V4.3SP1HF3
4
WinCCFlexible
2008SP2Upd12
5
SIMOTIOND435Firmware
V4.3，withSINAMICSV2.6.2
表2本项目所使用的软件列表
3项目配置
SIMOTIONSCOUT项目的基本配置步骤如下：
1.配置驱动器
2.配置工艺对象TO
3.编写程序并分配执行系统
4.连接HMI设备
3.1配置驱动器
本项目中有两台电机，由双轴电机模块驱动，可以参考下载中心应用文档编号A0309（视频教程）来完成驱动器配置文档名称《SIMOTIOND435调试入门》，其下载网址如下：
http:
//
配置完成以后，可以将驱动重命名为conveyor和eject，项目如下图所示：
图2项目配置
配置完成以后，重新进行对SIMOTION和SINAMICS进行下载并保存数据（CopyRAMtoROM）。
此时本项目中SINAMICS_Integrated的基本配置已结束，接下来的工作需要在SIMOTIOND435中继续配置。
3.2配置工艺对象TO
SIMOTION运行系统摒弃了传统的面向各种功能的执行方式，采用了更为先进的面向对象的方式，而每一个对象即为各种不同类型的TO（TechnologyObject，工艺对象）。
这些TO被用于工艺和运动控制，每个TO都集成了特定的功能，例如，一个轴TO包含了与驱动的通讯功能、测量值的处理功能、位置控制功能。
在组态的时候这些TO被创建并进行参数化之后，便可以在SIMOTION系统的内核中运行了，在用户程序中编写合适的命令就能够使用TO的各种功能。
除了轴TO以外，外部编码器、同步操作、CAM曲线等等都可以配置成一个TO。
每个TO都独立地处理各自的任务，同时输出相应的状态信息，如下图所示。
图3SIMOTION中TO示意图
本项目中有两个实轴Conveyorbelt和Ejector，分别对应SINAMICS_Integrated中的两个驱动conveyor和eject。
另外，为了提高系统可靠性，我们引入一个虚轴作为整个系统的主轴MasterAxis，Conveyorbelt轴与MasterAxis轴作齿轮同步，Ejector轴与Conveyorbelt轴作凸轮同步，凸轮曲线需要根据工艺绘制。
快速点输出（CamOutputTO）根据Ejector轴的位置控制吹出器的喷嘴。
所以本项目中使用的TO有：
•轴TO：
MasterAxis、Conveyorbelt、Ejector
•齿轮同步TO：
Conveyorbelt与MasterAxis之间的齿轮同步
•凸轮TO：
Ejctor与Conveyorbelt之间的位置凸轮曲线
•凸轮同步TO：
Ejector与Conveyorbelt之间的凸轮同步
•快速点输出TO：
Valve，由Ejector的位置决定喷嘴的通断
3.2.1轴TO的配置
在创建轴TO的过程中，需要指定轴的名称、类型、工艺、单位、连接的驱动、编码器等信息。
根据工艺要求，需要配置的三个轴的属性如下表所示。
名称Name
类型Type
工艺Technology
连接的驱动Drive
MasterAxis
虚轴，旋转轴
位置轴
无
Conveyorbelt
实轴，旋转轴
跟随轴
Conveyor
Ejector
实轴，直线轴
跟随轴
Eject
表3本项目中轴TO的属性
1.创建虚主轴MasterAxis，步骤如下。
AXES，双击insertaxis可以插入一个轴。
在弹出的窗口中配置轴的名称为MasterAxis，工艺为Positioning（即为位置轴）。
在离线情况下，在SCOUT软件中依次打开D435
图4插入轴
点击OK进入下一步，选择轴的类型为旋转轴Rotary、虚轴Virtual，单位采用默认值。
图5选择轴类型
点击Next进入最后一步，这里可以看到所有配置的摘要信息，点击Finish结束配置。
图6轴配置完成
2.创建实轴Conveyorbelt，步骤如下。
AXES，双击insertaxis可以插入一个轴。
在弹出的窗口中配置轴的名称为Conveyorbelt，工艺为Synchronousoperation（即为跟随轴）。
在离线情况下，在SCOUT软件中依次打开D435
图7插入同步轴
点击OK进入下一步，选择轴的类型为旋转轴Rotary，电气轴Electrical，模式为标准轴Standard，单位采用默认单位。
图8选择轴类型
点击Next进入下一步，选择需要连接的驱动为SINAMICS_Integrated中的conveyor。
图9选择轴的驱动
点击Next进入下一步，编码器的数据会自动识别出来，默认选择使用的编码器为驱动器的Encoder_1，该编码器为绝对值编码器。
图10选择轴的编码器
点击Next进入最后一步，这里可以看到所有配置的摘要信息，点击Finish结束配置。
图11结束轴配置
打开ConveyorBelt轴得机械配置部分进行模态轴的组态：
图12组态轴参数
设置该轴为模态轴：
图13配置模态轴
3.创建实轴Ejector，注意修改轴的类型为直线轴，回零方式修改为编码器零脉冲（Encoderzeromarkonly），Conveyorbelt使用的是绝对值编码器，所以无需设定回零模式。
图14配置Ejector轴的回零
步骤与Conveyorbelt基本相同，这里不再赘述。
保存并且编译下载后，可以使用控制面板对实轴进行测试。
3.2.2齿轮同步TO的配置
在轴TO配置完成以后，需要配置跟随轴Conveyorbelt与主轴MasterAxis的互联，在SCOUT软件中，依次打开D435→ AXES→Conveyorbelt→Conveyorbelt_SYNCHRONOUS_OPERATION（Conveyorbelt_GLEICHLAUF），双击其中的Interconnections，在右侧窗口选择使用虚主轴MasterAxis的设定值Setpoint。
图15同步配置
3.2.3凸轮TO的配置
在配置Ejector轴与Conveyorbelt轴之间的凸轮同步操作之前，需要先定义凸轮曲线。
根据工艺要求，如果检测到有空盒子，那么Ejector轴开始跟随传送带移动，在1mm处建立同步以后，喷嘴打开吹出吹盒子，然后在4mm处关闭喷嘴，同时Ejector轴开始返回初始位置。
这个操作过程中，Ejector轴与Conveyorbelt轴的位置关系可以用下面的曲线（横纵坐标显示为位置）来描述。
图16凸轮曲线
•第1段：
建立同步过程中
•第2段：
已建立同步
•第3段：
返回初始位置
可以使用凸轮绘制工具CamTool来绘制这条曲线，CamTool软件需要预先安装好。
在SCOUT软件中，依次打开D435→CAMS，双击InsertcamwithCamTool即可打开编辑器，输入CAM曲线的名称为CAM_Ejector。
如果没有安装CamTool软件，也可以通过描点法插入这条CAM曲线，本文档以CamTool为例进行说明。
图17创建CAM曲线
在编辑窗口插入两个插补点和一个线段。
点击工具栏上的插补点工具，在起点和终点附近插入两个插补点，使用直线工具在两个插补点之间插入一条直线。
图18创建CAM曲线
在画出雏形以后，使用工具栏上的箭头工具，设定插入的各个对象的参数。
双击第一个插补点，在弹出的属性窗口中指定其参数为x=0，y=0。
同理可以设定直线段和第二个插补点的参数，如下图所示。
图19设定插入各个对象的参数
在参数修改完成以后，曲线如图20所示：
图20完成后的CAM曲线
最后指定坐标的范围，在工作区的右键菜单中选择TargetDeviceParameters，在Scaling选项卡中设置主轴范围为360，从轴范围为10，如下图所示。
这样，就将Ejector轴与Conveyorbelt轴的位置对应了起来，在Conveyor轴到36º（0.1）时，Ejector轴到达1mm（0.1）位置，此时即已建立同步，同理在4mm（0.4）位置处开始解除同步，并返回初始位置。
图21指定坐标的范围
3.2.4凸轮同步TO的配置
在凸轮曲线配置完成以后，可以配置轴Ejector与Conveyorbelt的互联，在SCOUT软件中依次打开D435→AXES→Ejector→Ejector_SYNCHRONOUS_OPERATION（Ejector_GLEICHLAUF），双击其中的Interconnections，在右侧窗口选择使用Conveyorbelt轴的设定值，并选择互联的CAM曲线为Cam_Ejector。
图22配置轴的CAM互联
3.2.5快速点输出TO的配置
OUTPUTCAM是SIMOTION中用于快速点输出的TO。
本项目中吹出器喷嘴的控制可以使用OUTPUTCAM功能实现，喷嘴的通断由Ejector轴的位置决定，所以需要为Ejector轴配置一个OUTPUTCAMTO。
该TO通过SIMOTIOND435集成的CU320上的DO点输出。
Control_Unit，双击其中的Inputs/outputs，在右侧窗口中Bidirectionaldigitalinputs/outputs选项卡下，设置P0728.8为输出点，如下图所示。
SINAMICS_Integrated 本项目中使用DI/DO8作为该OUTPUTCAM的输出通道，所以首先要将该通道配置为数字量输出。
在SCOUT软件中，依次打开D435
图23设置P0728.8为输出点
然后插入快速点输出TO。
在SCOUT软件中，依次打开D435→AXES→Ejector→OUTPUTCAM，双击其中的Insertoutputcam，创建一个名称为Valve的OUTPUTCAMTO。
图24插入快速点输出TO
然后配置该TO的通过SINAMICS_Integrated中的DO8输出。
在SCOUT软件中，依次打开D435→EjectorAXES→OUTPUTCAM→Valve，双击其中的Configuration，在右侧窗口中，选择激活输出
，选择Fastdigitaloutput（DO）（D4xx,C240）,然后点击Output中的
按钮，可以浏览到SINAMICS_Integrated中配置的DO8。
图25配置TO
在OUTPUTCAMTO配置完毕以后，如下图所示。
图26TO配置完毕
这样，本项目中所使用的TO就都配置完成了，此时的项目导航栏如下图所示。
图27本项目TO配置完毕
3.3编写程序并分配执行系统
SIMOTION提供的编程环境方便而灵活，可以使用不同的编程语言实现相同的功能，这完全取决于个人的编程习惯。
SIMOTION程序的执行系统清晰而全面，不管是周期性执行，还是单次执行，不管是时间触发，还是事件触发，都可以按照优先级高低顺序进行程序的分配。
通过程序在执行系统中的合理分配，可以方便的实现各种运动控制功能，SIMOTION的执行系统的示意图如下图所示。
图28SIMOTION的执行系统示意图
图29项目功能分解
在使用SIMOTION创建项目时，首先需要对程序结构进行规划，根据工艺要求，将所需的功能分解，编写成多个独立的程序，再将程序分门别类地分配到执行系统当中。
在本项目中，根据工艺的要求，可以将程序分成几部分，再将程序分配到相应的执行系统中，如图29所示。
PROGRAMS即可插入程序。
SIMOTION设备支持的程序语言有ST、MCC、LAD/FBD、DCC等，这些编程语言各有特点，其中使用MCC语言可以方便地编写运动控制程序，使用LAD/FBD语言可以方便地实现逻辑控制功能，使用DCC可以方便地实现工艺控制功能，使用ST语言可以方便地实现复杂的运动、逻辑和工艺控制功能。
在SCOUT软件中，依次打开D435
图30插入程序
本项目中使用了ST、MCC和LAD/FBD三种编程语言。
在使用MCC和LAD/FBD时，需要先插入程序单元（Unit），再在单元中插入程序（Program）。
本项目中，使用ST编写了pInit（）和pHMIout（）程序，使用MCC编写了pAuto（），pEject（），pHoming（），pProtDoor（），pTecFault（）程序，使用LAD/FBD编写了pLADFBD（），pPLCopenProg（）程序，如图31所示。
图31项目中的程序
ExecutionSystem即可以打开分配执行系统的画面，分配结果详见本文档3.4.3节。
然后在线连接设备，编译并下载项目后，系统就可以正常运行了。
在程序编写并编译完成以后，再分门别类地分配到执行系统中。
在SCOUT软件中，依次打开D435
与SIMATICPLC的程序不同的是，SIMOTION中没有数据块DB的概念，所有程序都对变量进行操作，所在在缩写SIMOTION程序时，需要按照以下步骤进行：
1.声明变量
2.编写程序
3.分配执行系统
3.3.1声明变量
在编写程序之前，需要声明变量。
SIMOTION设备中的变量分为系统变量、全局变量和局部变量。
其中系统变量在TO创建完成后，就已经由系统自动生成，比如轴TO的运行状态等。
全局变量包括IO变量、设备全局变量和程序单元变量三类，其中IO变量可以通过SCOUT软件中的ADDRESSLIST来创建，设备全局变量可以通过GLOBALDEVICEVARIABLES来创建（本项目中没有使用），而程序单元变量需要在程序单元中创建，可以在程序单元内使用。
一个程序单元中的全局变量通过互联，也可以用于其他程序单元。
局部变量在单个程序中创建，只可以在本程序中使用。
图32变量说明
3.3.1.1创建IO变量
在SCOUT软件中，双击D435下的ADDRESSLIST，即可在软件下半窗口中配置全局的IO变量。
在Name列输入变量名称，在I/Oaddress一列指定输入输出类型以后，就可以直接在Assignment列点击按钮浏览到系统中的IO变量。
本项目中的IO变量配置如下图所示。
其中iboEject为空盒子传感器的DI信号，iboProtDoor为安全门的DI信号，iboStartBelt为生产线起动的DI信号。
图33创建IO变量
3.3.1.2创建程序单元变量和局部变量
根据编程语言的不同，程序单元变量的创建方式也不同。
（1）在ST语言中的声明变量
使用ST语言时，可以在INTERFACE段声明全局变量，其格式如下：
变量名:
数据类型（:
=初始值）;
比如pDefInit程序单元中一个名称为gboProgEnd的布尔型变量，需要按以下格式声明：
INTERFACE
VAR_GLOBAL
gboProgEnd:
BOOL:
=FALSE;
END_VAR
END_INTERFACE
这里声明的全局变量只能在本程序单元中使用。
如果需要在其他程序单元中访问这些变量，那么需要在其他程序的INTERFACE段内添加USES语句，比如在pHMIout程序单元中就有这样的语句，其格式如下：
INTERFACE
USESpDefInit;
END_INTERFACE
另外，在程序中IMPLEMENTATION段也可以声明全局变量，这里声明的变量只能在本程序单元中使用，无法被其他程序单元访问，在本项目中并没有在IMPLEMENTATION段中声明全局变量。
局部变量在程序内部的PROGRAM段内声明，仅供本程序使用，无法被其他程序或程序单元访问，其声明格式与全局变量相同。
本项目中也没有在PROGRAM段声明局部变量。
（2）在MCC程序单元中声明变量
PROGRAM，双击其中的InsertMCCUnit即可插入一个程序单元，此时在右侧的窗口中可以定义本程序单元的全局变量。
在SCOUT软件中，依次打开D435
MCC程序单元中的全局变量在数据表格中声明，变量声明的位置与ST语言是一致的。
如果是全局变量，并希望被其他程序单元访问，那么变量在INTERFACE段声明，如果不希望被其他程序单元访问，那么变量在IMPLEMENTATION段声明。
比如在pProtDoor程序单元中定义了下面的全局变量。
图34MCC程序单元中声明变量
如果要访问其他程序单元的变量，只需要在INTERFACE段的Connection选项卡下进行连接即可，这与ST语言中使用USES语句的功能相同，比如在pAuto程序单元中要引用在ST程序pDefInit中定义的全局变量，那么可按下图所示的方法进行访问。
图35连接需访问变量的程序单元
在每个程序单元里都有一个插入程序的选项，比如pAuto程序单元中双击InsertMCCChart即可以在右侧窗口中打开程序的主编辑界面。
在顶部的表格里，可以声明本程序的局部变量，比如在图中
选项卡下，将变量名称、数据类型和初始值填入表格即可，本项目中没有定义局部变量。
图36本项目无局部变量
（3）在LAD/FBD程序单元中声明变量
LAD/FBD程序单元中声明变量的操作与MCC类似，这里不再赘述。
另外，在LAD/FBD程序编辑窗口中也可以直接声明不存在的变量。
比如在pLADFBD（）程序中，将局部变量boResult修改为boResult1，此时系统会自动弹出一个变量boResult1的声明窗口，在这里可选择数据类型和变量类型等。
这种声明变量的方式非常方便。
图37在LAD/FBD程序单元中声明变量
3.3.2编写程序
项目程序需要根据实际工艺编写，本项目中将工艺分解为回零、传送带运行、吹出器动作、安全门控制、错误处理等部分，分别编程进行处理，最后通过程序在执行系统中的分配，达到各程序协调工作的目的。
由于相同的功能，可以使用不同的编程语言实现，所以编程方式十分自由。
本项目中使用ST语言编写了数据初始化pDefInit和与HMI的数据交换pHMIout两段程序，使用MCC语言编写了与运动控制相关的程序，使用LAD/FBD编写了周期性执行的逻辑控制程序。
3.3.2.1使用ST语言编写程序
PROGRAMS，双击其中的InsertSTsourcefile即可插入一段ST程序，在右侧窗口会自动打开ST程序编程器。
使用ST语言编写的程序需要放在IMPLEMENTATION段中，以PROGRAM关键字开头，以END_PROGRAM关键字结尾。
程序编写完成后，还需要在INTERFACE段进行声明。
比如pDefInit（）程序的ST程序如下。
在SCOUT软件中，依次打开D435
INTERFACE
VAR_GLOBAL //声明全局变量
gboProgEnd:
BOOL :
=FALSE;
gboProtDoorOpen
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