SIMOTIOND435实例剖析.docx

1、SIMOTIOND435实例剖析SIMOTION项目实战 D435 Beginner1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SIMOTION SCOUT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_ApplicationssrcExamplesExampleForBeginners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SIMOTION D435 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

2、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Output Cam2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SIMOTION D435（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1S

3、IMOTION D43516AU1435-0AA00-0AA12CF卡16AU1400-2PA01-0AA03SIMOTION多轴授权包16AU1820-0AA43-0AB04端子板TB3016SL3055-0AA00-2TA05智能型电源模块SLM 5KW16SL3130-6AE15-0AB06双轴电机模块DMM 21.6KW16SL3120-2TE13-0AA37传送带电机11FK7022-5AK71-0LG08吹出器电机11FK7022-5AK71-0AG09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

4、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1Windows XPSP3, Professional2STEP7V5.5 SP2 HF13SIMOTION SCOUTV4.3 SP1 HF34WinCC Flexible2008 SP2 Upd125SIMOTION D435 FirmwareV4.3，with SINAMICS V2.6.2表2 本项目所使用的软件列表3项目配置 SIMOTION SCOUT项目的基本配置步骤如下：1. 配置驱动器2. 配置工艺对象TO3. 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

5、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SIMOTION D435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（Copy RAM to ROM）。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SIMOTION D435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

6、向对象的方式，而每一个对象即为各种不同类型的TO （Technology Object，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3 SIMOTION中TO示意图 本项目中有两个实轴Conveyorbelt和E

7、jector，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（CamOutput TO）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：

8、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DriveMasterAxis虚轴，旋转轴位置轴无Conveyorbelt实轴，旋转轴跟随轴ConveyorEjector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

9、MasterAxis，步骤如下。AXES，双击insert axis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insert axis可以插入一个轴。在弹出的窗口中配置轴的名称为Conveyorbelt

10、，工艺为Synchronous operation（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

11、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（Encoder zero mark only），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

12、轴MasterAxis的互联，在SCOUT软件中，依次打开D435AXESConveyorbeltConveyorbelt_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

13、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D435CAMS，双击Insert cam with CamTool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

14、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Target Device Parameters，在Scaling选项卡中设置主轴范围为

15、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36（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D435AXESEjectorEjector_SYNCHRONOUS_OPERATION(Ejector_GLEICHLAUF)，双击其中的Interconnection

16、s，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 OUTPUT CAM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OUTPUT CAM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OUTPUT CAM TO。该TO通过SIMOTION D435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 Bidirectional digital inputs/ou

17、tputs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OUTPUT CAM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D435AXESEjectorOUTPUT CAM，双击其中的Insert output cam，创建一个名称为Valve的OUTPUT CAM TO。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

18、次打开D435EjectorAXESOUTPUT CAMValve，双击其中的Configuration，在右侧窗口中，选择激活输出，选择 Fast digital output(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OUTPUT CAM TO配置完毕以后，如下图所示。图26 TO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

19、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28 SIMOTION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2

20、9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

21、()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Execution System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SIMATIC PLC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，

22、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ADDRESS LIST来创建，设备全局变量可以通过GLOBAL DEVICE VARIABLES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

23、，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ADDRESS LIST，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/O address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

24、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_VAREND_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

25、的语句，其格式如下：INTERFACE USES pDefInit;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Insert MCC Unit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

26、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34 MCC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

27、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Insert MCC Chart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 bo

28、Result1，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/F

29、BD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Insert ST source file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D435INTERFACEVAR_GLOBAL /声明全局变量 gboProgEnd : BOOL := FALSE; gboProtDoorOpen