Verwendung der Bausteine MC-PreServo und MC-PostServo · Die Organisationsbausteine MC-PreServo und...

Verwendung der Bausteine MC-PreServo und MC-PostServo

SIMATIC S7-1500

https://support.industry.siemens.com/cs/ww/de/view/109741575

Siemens Industry Online Support


Gewährleistung und Haftung

Verwendung MC-PreServo und MC-PostServo Beitrags-ID: 109741575, V1.0.1, 04/2018 2

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Gewährleistung und Haftung

Hinweis Die Anwendungsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Anwendungsbeispiele stellen keine kundenspezifischen Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bieten bei typischen Aufgabenstellungen. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Diese Anwendungsbeispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Anwendungsbeispiele erkennen Sie an, dass wir über die beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden können. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Anwendungsbeispiele jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Anwendungsbeispiel und anderen Siemens Publikationen, wie z. B. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang.

Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr. Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Applikationsbeispiel beschriebenen Beispiele, Hinweise, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z. B. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der groben Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadens-ersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Anwendungsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von der Siemens AG zugestanden.

Security-hinweise

Siemens bietet Produkte und Lösungen mit Industrial Security-Funktionen an, die den sicheren Betrieb von Anlagen, Systemen, Maschinen und Netzwerken unterstützen.

Um Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke gegen Cyber-Bedrohungen zu sichern, ist es erforderlich, ein ganzheitliches Industrial Security-Konzept zu implementieren (und kontinuierlich aufrechtzuerhalten), das dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Die Produkte und Lösungen von Siemens formen nur einen Bestandteil eines solchen Konzepts.

Der Kunde ist dafür verantwortlich, unbefugten Zugriff auf seine Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke zu verhindern. Systeme, Maschinen und Komponenten sollten nur mit dem Unternehmensnetzwerk oder dem Internet verbunden werden, wenn und soweit dies notwendig ist und entsprechende Schutzmaßnahmen (z.B. Nutzung von Firewalls und Netzwerksegmentierung) ergriffen wurden.

Zusätzlich sollten die Empfehlungen von Siemens zu entsprechenden Schutzmaßnahmen beachtet werden. Weiterführende Informationen über Industrial Security finden Sie unter http://www.siemens.com/industrialsecurity.

Die Produkte und Lösungen von Siemens werden ständig weiterentwickelt, um sie noch sicherer zu machen. Siemens empfiehlt ausdrücklich, Aktualisierungen durchzuführen, sobald die entsprechenden Updates zur Verfügung stehen und immer nur die aktuellen Produktversionen zu verwenden. Die Verwendung veralteter oder nicht mehr unterstützter Versionen kann das Risiko von Cyber-Bedrohungen erhöhen.

Um stets über Produkt-Updates informiert zu sein, abonnieren Sie den Siemens Industrial Security RSS Feed unter http://www.siemens.com/industrialsecurity.

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Inhaltsverzeichnis


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Inhaltsverzeichnis Gewährleistung und Haftung ...................................................................................... 2

1 Aufgabe............................................................................................................... 4

2 Lösung ................................................................................................................ 5

2.1 Positionserfassung mit MC-PreServo .................................................. 5 2.2 Sollwertanpassung mit MC-PostServo ................................................. 5 2.3 Hard- und Software-Komponenten ...................................................... 6 2.3.1 Gültigkeit............................................................................................... 6 2.3.2 Verwendete Komponenten ................................................................... 6

3 Grundlagen ......................................................................................................... 7

3.1 Motion Control ...................................................................................... 7 3.2 MC-PreServo und MC-PostServo ........................................................ 8

4 Funktionsweise .................................................................................................. 9

4.1 Gesamtübersicht .................................................................................. 9 4.2 Funktionalität MC-PreServo .............................................................. 10 4.2.1 Standardtelegramm 81 ....................................................................... 10 4.2.2 Baustein "SimpleEnc" ......................................................................... 11 4.2.3 Datenbaustein "EncoderTel81" .......................................................... 14 4.3 Funktionalität MC-PostServo.............................................................. 15 4.3.1 Kennlinienverlaufs eines hydraulischen Ventils ................................. 15 4.3.2 Linearisierung des Kennlinienverlaufs ............................................... 16 4.3.3 Baustein "NonLin" .............................................................................. 17 4.3.4 Datenbaustein "SetPoints" ................................................................. 19

5 Konfiguration und Projektierung ................................................................... 20

5.1 Konfiguration der S7-1500-Station ..................................................... 20 5.2 Erstellung des S7-Programms ........................................................... 22 5.2.1 Einfügung und Projektierung der Bausteine....................................... 22 5.2.2 Konfiguration des Technologieobjekts ............................................... 24

6 Installation und Inbetriebnahme .................................................................... 26

6.1 Installation der Hardware ................................................................... 26 6.2 IP-Adressen und Gerätenamen ......................................................... 26 6.3 Einstellungen am PG/PC.................................................................... 27 6.4 Download vom Projekt in die Komponenten ...................................... 28

7 Bedienung ........................................................................................................ 29

8 Literaturhinweise ............................................................................................. 30

9 Historie.............................................................................................................. 30

1 Aufgabe


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1 Aufgabe

Einführung/Einleitung

Die SIMATIC S7-1500 CPUs unterstützen die Anbindung von Antrieben als Drehzahl- oder Positionierachse über PROFINET, PROFIBUS oder über eine analoge Antriebsanbindung. Ab dem TIA Portal V14 besteht zusätzlich die Möglichkeit, durch das Anwenderprogramm in die Schnittstelle zwischen Achse und Antrieb bzw. zwischen Achse und Geber einzugreifen.

In diesem Anwendungsbeispiel wird folgendes gezeigt:

Verwendung eines analogen Gebers für eine Positionierachse.

Einbau einer Linearisierungskennlinie zwischen Achse und Antrieb.

Überblick über die Automatisierungsaufgabe

Die Abbildung 1-1 gibt einen Überblick über die Automatisierungsaufgabe.

Abbildung 1-1: Automatisierungsaufgabe

SIMATIC S7-1500

Geber

TankPumpe

Proportional-

Wegeventil

Hydraulikzylinder

Anforderungen an die Automatisierungsaufgabe

Die Automatisierung erfüllt folgende Anforderungen:

Tabelle 1-1: Anforderungen der Automatisierungsaufgabe

Anforderungen Erläuterungen

Potenziometer als Positionsgeber verwenden.

Als Positionsgeber des Antriebs wird ein Potenziometer mit einer Ausgangsspannung von 0 bis 10 V verwendet.

Drehzahlsollwert mit Kennlinie vorgeben.

In dem vorliegenden Anwendungsbeispiel wird ein Hydraulikzylinder als Positionierachse betrieben. Hydraulische Ventile weisen jedoch ein nicht lineares Streckenverhalten auf. Daher muss der Drehzahlsollwert für das Ventil angepasst werden.

2 Lösung


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2 Lösung

2.1 Positionserfassung mit MC-PreServo

Die aktuelle Position bzw. die aktuelle Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders wird über ein Wegmesssystem (Geber) der Steuerung mitgeteilt. Dieser Istwert wird in die CPU über einen analogen Eingang eingelesen und bildet zusammen mit dem Sollwert die Eingangsgröße der Lageregelung.

Die Lageregelung erwartet die Geberdaten in einem standardisierten Telegramm mit einer definierten Struktur. Bei dem Einlesen des Geberwertes über einen analogen Eingang der Steuerung, muss dieses Gebertelegramm im Anwenderprogramm erzeugt werden. Dieser Programmteil wird mit dem Organisationsbaustein MC-PreServo aufgerufen.

Abbildung 2-1: Positionserfassung mit MC-PreServo

Geber

TankPumpe

Wegeventil

LagereglerGeber-

telegramm

erzeugen

Sollwert der

Lageregelung

MC-PreServo MC-Servo

Die Funktionalität des Organisationsbausteins MC-PreServo wird im Kapitel 4.2 beschrieben.

2.2 Sollwertanpassung mit MC-PostServo

Eine hydraulische Achse besteht im Allgemeinen aus einem Hydraulikzylinder, der über ein Proportional-Wegeventil angesteuert wird. Das Ventil steuert den Fluss bzw. Druck des Hydrauliköls im Zylinder, der über eine Pumpe bereitgestellt wird. Die Ansteuerung des Ventils erfolgt über einen analogen Ausgang der CPU.

Die Lageregelung des Technologieobjektes ist jedoch auf ein lineares Streckenverhalten ausgelegt, wie es bei elektrischen Achsen vorliegt. Das Streckenverhalten einer hydraulischen Achse ist jedoch nicht linear. Um eine hydraulische Achse optimal mit dem Technologieobjekt "Positionierachse" ansteuern zu können, müssen Sie den Sollwert anpassen. Diese Anpassung dient der Abbildung des linearen Stellsignals der Lageregelung auf das nichtlineare Verhalten der Hydraulikachse.

Die Anpassung des Sollwertes an das nicht lineare Streckenverhalten der hydraulischen Achse erfolgt mit dem Funktionsbaustein "NonLin". Dieser Baustein ist Teil der "Bibliothek mit generellen Funktionen" (LGF) und wird im Organisationsbaustein MC-PostServo aufgerufen.

Abbildung 2-2: Sollwertanpassung mit MC-PostServo

Geber

TankPumpe

Wegeventil

Anpassung

des

Sollwertes

Lageregler

MC-Servo MC-PostServo

2 Lösung


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Die Funktionalität des Organisationsbausteins MC-PostServo wird im Kapitel 4.3 beschrieben.

Abgrenzung

Dieses Anwendungsbeispiel enthält keine Beschreibung der folgenden Punkte:

S7-1500 Motion Control Anweisungen

Projektierung eines Antriebs zur Ansteuerung durch digitale und analoge Ein- und Ausgänge

2.3 Hard- und Software-Komponenten

2.3.1 Gültigkeit

Dieses Anwendungsbeispiel ist gültig für folgende Produkte:

STEP 7 Professional ab der Version V14

SIMATIC S7-1500 Steuerungen ab der Firmware V2.0

2.3.2 Verwendete Komponenten

Hardware-Komponenten

Tabelle 2-1: Hardware-Komponenten

Komponente Anz. Artikelnummer Hinweis

SIMATIC CPU 1513-1 PN/DP

1 6ES7513-1AL01-2AB0 Alternativ können auch andere vergleichbare Komponenten verwendet werden.

SIMATIC S7-1500 Analogeingabemodul AI 8xU/I HS

1 6ES7531-7NF10-0AB0

SIMATIC S7-1500 Analogausgabemodul AO 4xU/I ST

1 6ES7532-5HD00-0AB0

Proportionales- Wegeventil 0-10V

1 - -

Potenziometer zur Positionserfassung

1 - -

Software-Komponenten

Tabelle 2-2: Software-Komponenten

Komponente Anz. Artikelnummer Hinweis

STEP 7 (TIA Portal) Professional V14

1 6ES7822-1AA04-0YA5 -

Beispieldateien und Projekte

Tabelle 2-3: Beispieldateien und Projekte

Komponente Hinweis

109741575_MC_PreServo_and_MC_PostServo_v10.zip

Diese gepackte Datei enthält das STEP 7 Projekt.

109741575_MC_PreServo_and_MC_PostServo_v10_de.pdf

Dieses Dokument.

3 Grundlagen


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3 Grundlagen

3.1 Motion Control

S7-1500 Motion Control unterstützt das geregelte Positionieren und Verfahren von Achsen und ist integrierter Bestandteil jeder S7-1500 sowie jeder S7-1500SP. Die Technologie-CPU S7-1500T bietet zusätzliche Motion Control-Funktionen.

Die Motion Control-Funktionalität unterstützt die folgenden Technologieobjekte:

Drehzahlachse

Positionierachse

Gleichlaufachse

Externer Geber und Messtaster

Nocken und Nockenspur

Kurvenscheibe (bei der S7-1500T)

Antriebe mit PROFIdrive-Unterstützung und analoger Sollwertschnittstelle werden über standardisierte Motion Control-Anweisungen gemäß PLCopen gesteuert.

Die Achssteuertafel und umfangreiche Online- und Diagnosefunktionen unterstützen die Inbetriebnahme und Optimierung von Antrieben.

In dem vorliegenden Anwendungsbeispiel wird ein positionsgeregelter Betrieb eines hydraulischen Ventils mit dem Technologieobjekt "Positionierachse" realisiert. Das Ventil erhält dabei den Sollwert über die analoge Sollwertschnittstelle.

Als Lagegeber wird ein Potenziometer genutzt, dessen Spannungswert über eine analoge Eingangsbaugruppe in die Steuerung eingelesen wird. Damit wird eine Positionserfassung realisiert, die die erfasste Position als analoges Signal von 0 bis 10 Volt liefert.

Abbildung 3-1: Projektierung des Technologieobjekts

Hinweis Eine ausführliche Beschreibung von S7-1500 Motion Control finden Sie im Funktionshandbuch "SIMATIC S7-1500 Motion Control" \3\.

https://support.industry.siemens.com/cs/de/de/view/109739589


3 Grundlagen


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3.2 MC-PreServo und MC-PostServo

Zu Beginn der Lageregelung einer Achse (durch den OB MC-Servo [OB 91]) wird das Antriebs- bzw. Gebertelegramm gelesen. Am Ende der Lageregelung wird der Ausgangsbereich des Antriebs- bzw. Gebertelegramms beschrieben.

Abbildung 3-2: Lageregelung MC-Servo

MC-Servo

[OB91]

Zustandswörter

und

Geberwerte

Steuerwörter

und

Sollwerte

Antriebs- bzw.

Gebertelegramm

Antriebs- bzw.

Gebertelegramm

Den Eingangsbereich des Telegramms (Zustandswörter und Geberwerte) können Sie über den Organisationsbaustein MC-PreServo [OB 67] bearbeiten, bevor dieser vom MC-Servo verarbeitet wird. Der MC-PreServo wird vor dem MC-Servo aufgerufen.

Den Ausgangsbereich des Telegramms (Steuerwörter und Sollwerte) können Sie über den Organisationsbaustein MC-PostServo [OB 95] bearbeiten, bevor dieser an die Ausgabebaugruppe bzw. den Kommunikationspartner ausgegeben wird. Der MC-PostServo wird nach dem MC-Servo aufgerufen.

Abbildung 3-3: Aufrufstruktur der Organisationsbausteine

MC-Servo

[OB91]

MC-PreServo

[OB67]

MC-PostServo

[OB95]

Die Organisationsbausteine MC-PreServo und MC-PostServo sind anwenderseitig programmierbar und müssen über den Befehl "Neuen Baustein hinzufügen" hinzugefügt werden.

Hinweis Eine ausführliche Beschreibung der Organisationsbausteine MC-PreServo und MC-PostServo finden Sie im Funktionshandbuch "SIMATIC S7-1500 Motion Control" \3\.



4 Funktionsweise


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4 Funktionsweise

4.1 Gesamtübersicht

Die Abbildung 4-1 zeigt die Aufrufstruktur und die Funktionen der Organisationsbausteine (OBs).

Abbildung 4-1: Gesamtübersicht

MC-PreServoEinlesen des Gebersignals und Konfiguration des Standardtelegramms 81

MC-ServoBearbeitung des Technologieobjektes „Positionierachse“

MC-PostServoManipulation des Drehzahlsollwertes über Stützpunkte

Geberinformationen

Drehzahlsollwert

Anwenderprogramm

Anwenderprogramm

Systemfunktion

Organisationsbaustein MC-PreServo

In dem vorliegenden Anwendungsbeispiel wird ein Potenziometer als Lagegeber verwendet. Der Spannungswert des Potenziometers (0 bis 10 V) wird durch einen analogen Eingang der S7-1500 Steuerung eingelesen.

Der OB MC-PreServo hat nun die Aufgabe die Geberinformationen in die Struktur zu konvertieren, die dem Standardtelegramm 81 entspricht. In dieser Struktur können anschließend die Geberinformationen an den MC-Servo übergeben werden (siehe Kapitel 4.2).

Organisationsbaustein MC-PostServo

Die Lageregelung im OB MC-Servo berechnet einen Drehzahlsollwert, der für die Positionierung des Antriebs notwendig ist. In diesem Anwendungsbeispiel wird dieser Drehzahlsollwert so manipuliert, dass der Verlauf des Sollwerts einer vordefinierten Kennlinie entspricht (siehe Kapitel 4.3).

4 Funktionsweise


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Programmübersicht

Das in diesem Anwendungsbeispiel enthaltene TIA Portal V14 Programm, hat die folgende Struktur:

Abbildung 4-2: Programmübersicht

Anwenderprogramm Datenbausteine

Main

[OB1]

MC-Servo

[OB91]

MC-

Interpolator

[OB92]

MC-PreServo

[OB67]

MC-

PostServo

[OB95]

SimpleEnc

[FB 10]

SimpleEnc_

DB

[DB 10]

Encoder

Tel81

[DB 11]

NonLin

[FB 20]

NonLin_DB

[DB 20]

SetPoints

[DB 21]

4.2 Funktionalität MC-PreServo

Die Aufgabe des Organisationsbausteins MC-PreServo ist die Bereitstellung der Geberdaten in der Struktur des Standardtelegramms 81. Diese Aufgabe wird in diesem Anwendungsbeispiel von dem Funktionsbaustein "SimpleEnc" erfüllt.

Hinweis Eine Auflistung der Statusinformationen des Organisationsbausteins MC-PreServo können Sie der TIA Portal V14 Online-Hilfe entnehmen.

4.2.1 Standardtelegramm 81

Das Technologieobjekt verwendet für die Bereitstellung der Geberdaten das Standardtelegramm 81. In diesem sind alle Parameter enthalten, die für die Auswertung und die Ansteuerung eines Lagegebers notwendig sind.

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Tabelle 4-1: Aufbau des Standardtelegramms 81

PZD 1 PZD 2 PZD 3 PZD 4 PZD 5 PZD 6

STW2 G1_STW - - - -

ZSW2 G1_ZSW G1_XIST1 G1_XIST2

Tabelle 4-2: Sendetelegramm zum Antrieb

Parameter Bedeutung

STW2 Steuerwort 2

G1_STW Geber 1 Steuerwort

Tabelle 4-3: Empfangstelegramm vom Antrieb

Parameter Bedeutung

ZSW2 Zustandswort 2

G1_ZSW Geber 1 Zustandswort

G1_XIST1 Geber 1 Lageistwert 1

G1_XIST2 Geber 1 Lageistwert 2

4.2.2 Baustein "SimpleEnc"

Der Funktionsbaustein "SimpleEnc" wird im OB MC-PreServo aufgerufen und stellt für die Lageregelung, die im OB MC-Servo erfolgt, die Geberinformationen zur Verfügung. Dabei wird der Geberwert als 32-Bit Ganzzahl eingelesen und in der Datenstruktur des Standardtelegramms 81 ausgegeben.

Der Funktionsbaustein "SimpleEnc" hat folgende Aufgaben:

Kontrolle des eingelesenen Geberwerts auf Überläufe.

Ermittlung und Bereitstellung des Lageistwerts 1 (G1_XIST1).

Erzeugung und Quittierung von Sensorfehlern.

Bereitstellung des Lageistwerts 2 (G1_XIST2) auf Anforderung.

Kontrolle des eingelesenen Geberwerts auf Überläufe

Das hier beschriebene Beispiel zeigt, wie Sie einen analogen Geber einbinden. Diese Geber arbeiten in einem begrenzten Wertebereich. Der Baustein "SimpleEnc" ist jedoch darauf vorbereitet, auch andere Geberarten zu verwenden.

Zum Beispiel könnte die Lageinformation von einem 16-Bit-Zähler stammen und der daran angeschlossene Pulsgeber kontinuierlich in die gleiche Richtung drehen. Der Zählerwert würde in diesem Fall nach 2

16 Pulsen überlaufen und wieder bei

Null beginnen. Der FB "SimpleEnc" berechnet aus der Lageinformation vom Geber grundsätzlich einen kontinuierlich laufenden 32-Bit-Wert (G1_XIST1), der bei Vorwärtsdrehung aufwärts und bei Rückwärtsdrehung abwärts zählt.

Damit die Überläufe des Geberwerts erkannt werden können, muss dem Funktionsbaustein "SimpleEnc" die Größe (Bitanzahl) des eingelesenen Geberwerts mitgeteilt werden. Dies erfolgt über den Bausteineingang "numberOfBits".

Durch die Größe des Geberwerts ergibt sich der maximal darstellbare Wert. Der Funktionsbaustein "SimpleEnc" erkennt nun einen Überlauf des Geberwerts, wenn die Änderung des Geberwerts zwischen zwei Aufrufen den halben maximal darstellbaren Wert überschreitet.

4 Funktionsweise


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Beispiel:

Der Geberwert hat eine Größe von 8-Bit. Daraus ergibt sich ein maximal darstellbarer Wert von 255. Damit ist der Wert von 256 nicht mehr darstellbar.

Der Funktionsbaustein "SimpleEnc" erkennt nun einen Überlauf des 8-Bit Geberwerts, wenn sich der eingelesene Geberwert zwischen zwei Aufrufen des Bausteins um mehr als den Wert 128 vergrößert bzw. verkleinert.

Abbildung 4-3: 8-Bit Geberwert mit Überlauf

Bausteinaufruf n-2

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

10011111100Bit

Geberwert = 249

Bausteinaufruf n-1

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

00111111100Bit

Geberwert = 252

Bausteinaufruf n

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

11111111100Bit

Geberwert = 255

Bausteinaufruf n+1

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

01000000000Bit

Geberwert = 2

Zwischen den Bausteinaufrufen n und n+1 wird nun vom Funktionsbaustein "SimpleEnc" ein Überlauf des Geberwerts erkannt, weil sich der Geberwert um mehr als 128 verkleinert hat. Dies hat in diesem Fall zur Folge, dass der eingelesene Geberwert um den Wert 256 addiert werden muss, um die tatsächliche Lageänderung im letzten Zyklus berechnen zu können. Diese Lageänderung wird zum aktuellen Wert von G1_XIST1 aufaddiert.

Ermittlung und Bereitstellung des Lageistwerts 1 (G1_XIST1)

Dem Funktionsbaustein "SimpleEnc" wird der Geberwert als 32-Bit Ganzzahl übergeben und vom Baustein mit dem Doppelwort-Datentyp als Lageistwert 1 (G1_XIST1) ausgegeben. Dabei ermittelt der Baustein bei jedem Aufruf die Änderung des Geberwerts und passt den Lageistwert entsprechend an.

Erzeugung und Quittierung von Sensorfehlern

Wenn das Geber-Steuerwort nicht unterstützte Funktionen anfordert, erzeugt der Baustein "SimpleEnc" einen Sensorfehler. Ein aktiver Sensorfehler wird im Geber-Zustandswort angezeigt und der Fehlercode 16#0F01 wird im Lageistwert 2 (G1_XIST2) eingetragen.

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Für die Erzeugung und Quittierung von Geberfehlern werden folgende Einträge des Geber-Steuerworts ausgewertet, bzw. Einträge des Geber-Zustandsworts gesetzt.

Tabelle 4-4: Steuerwort G1_STW

Bit Funktion Bemerkung

4 Gewählte Funktion starten/stoppen/lesen (von eingesetztem Antrieb abhängig)

Diese Funktionen werden vom Baustein "SimpleEnc" nicht unterstützt. Bei Signalzustand TRUE wird ein Sensorfehler generiert.

5

6

14 Parkender Geber anfordern

13 Absolutwert zyklisch anfordern

Bei dem Einsatz eines inkrementellen Geberwerts (Eingang "isAbsolute" = FALSE), führt der Signalzustand TRUE zu einem Sensorfehler.

15 Sensorfehler quittieren Quittierung des Sensorfehlers

Tabelle 4-5: Zustandswort G1_ZSW


15 Sensorfehler Gibt einen Sensorfehler an. Der Fehlercode 16#0F01 wird in G1_XIST2 übertragen.

Bereitstellung des Lageistwerts 2 (G1_XIST2) auf Anforderung

Wenn Sie beim Hochlauf der Steuerung einen Absolutwertgeber einsetzen, wird von dem Technologieobjekt der absolute Positionswert angefordert. Dieser Wert wird im Lageistwert 2 (G1_XIST2) eingetragen.

Für die Bereitstellung des Lageistwerts 2 werden folgende Einträge des Geber-Steuerwortes ausgewertet, bzw. Einträge des Geber-Zustandswortes gesetzt:

Tabelle 4-6: Steuerwort G1_STW


13 Absolutwert zyklisch anfordern

Zyklische Übertragung des absoluten Positionswerts anfordern.

Tabelle 4-7: Zustandswort G1_ZSW


13 Absolutwert zyklisch übertragen

Der absolute Positionswert wird in G1_XIST2 übertragen.

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Bausteinaufruf

Die Abbildung 4-4 zeigt den Bausteinaufruf des Funktionsbausteins "SimpleEnc" im OB MC-PreServo.

Abbildung 4-4: Bausteinaufruf "SimpleEnc"

Bausteinparameter

Die Parameter des Funktionsbausteins "SimpleEnc" sind nachfolgend aufgelistet.

Tabelle 4-8: Eingangsparameter

Parameter Datentyp Anfangswert Funktion

position DINT 0 Einlesen des Geberwerts

init BOOL FALSE Wird beim ersten Aufruf des Bausteins einmalig aktiviert.

isAbsolute BOOL FALSE Bei dem Wert am Eingang "position" handelt es sich um folgende Zustände: FALSE = Inkrementellen Wert

TRUE = Absoluten Wert

hasOverflows BOOL FALSE Geberwert kann einen Überlauf aufweisen

numberOfBits UINT 0 Bitanzahl des Geberwerts

Tabelle 4-9: Durchgangsparameter


tel81 "PD_TEL81" - Datenbaustein zur Ablage der Geberdaten (siehe Kapitel 4.2.3)

4.2.3 Datenbaustein "EncoderTel81"

Der Datenbaustein "EncoderTel81" dient als Schnittstelle zwischen dem Baustein "SimpleEnc" und der Bearbeitung des Technologieobjekts im OB MC-Servo. Dabei wird im Datenbaustein "EncoderTel81" das Standardtelegramm 81 nachgebildet. Daher haben der Datenbaustein und das Standardtelegramm die gleiche Struktur.

Hinweis Die Struktur des Datenbausteins "EncoderTel81" muss der Struktur des Standarttelegramms 81 entsprechen. Projektieren Sie den Datenbaustein "EncoderTel81" daher nicht mit optimiertem Bausteinzugriff.

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Abbildung 4-5: Datenbaustein "EncoderTel81"

Der Datenbaustein "EncoderTel81" ist die Datenverbindung des Gebers und wird dementsprechend im Technologieobjekt projektiert. Diese Projektierung ist im Kapitel 5.2.2 dargestellt.

4.3 Funktionalität MC-PostServo

Der Organisationsbaustein (OB) MC-PostServo wird direkt nach dem OB MC-Servo aufgerufen. Damit bietet ein im OB MC-PostServo hinterlegtes Programm die Möglichkeit, auf den Drehzahlsollwert der Lageregelung zuzugreifen. Die Lageregelung findet bei dem Technologieobjekt "Positionierachse" im OB MC-Servo statt.

Hinweis Eine Auflistung der Statusinformationen des Organisationsbausteins MC-PostServo können Sie der TIA Portal V14 Online-Hilfe entnehmen.

4.3.1 Kennlinienverlaufs eines hydraulischen Ventils

Eine typische Anwendung für eine Veränderung des Sollwerts der Lageregelung sind hydraulische Ventile. Dabei besteht ein nicht linearer Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom und dem Stellsignal (Sollwert).

Abbildung 4-6: Stellwert beim hydraulischen Ventil

Stellsignal

Volumenstrom

Diese Ventile mit geknickter Kennlinie erfüllen die Forderung nach größerer Auflösung im unteren Signalbereich und ausreichendem Volumenstrom im oberen Signalbereich.

4 Funktionsweise


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Abbildung 4-7: Schema einer geknickten Ventilkennlinie

obere

Signalbereich

untere

Signalbereich

Nennstellsignal

Volumenstrom

4.3.2 Linearisierung des Kennlinienverlaufs

Die Lageregelung des Technologieobjektes ist auf ein lineares Streckenverhalten ausgelegt, wie es bei elektrischen Achsen vorliegt. Wenn ein hydraulisches Ventil angesteuert werden soll, müssen Sie die nichtlineare Kennlinie von diesen Ventilen durch eine inverse Kennlinie für den Sollwert kompensieren. Damit wird für die Lageregelung im Technologieobjekt eine Linearisierung des Streckenverlaufs hergestellt. Eine solche Kennlinie, die zum Verlauf der Ventilkennlinie invers ist, wird als Kompensationskennlinie bezeichnet.

Abbildung 4-8: Kompensationskennlinie

Nennstellsignal

Volumenstrom

Der Verlauf der Kompensationskennlinie wird mit dem Funktionsbaustein "NonLin" in Form einer Stützpunkttabelle vorgegeben (siehe Kapitel 4.3.3).

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Abbildung 4-9: linearisierte Kennlinie

Nennstellsignal

Volumenstrom

Ventilkennlinie

KompensationskennlinielinearisierteKennlinie

Durch eine Linearisierung des Streckenverhaltens hat nun eine Verdopplung des von der Lageregelung erzeugten Sollwertes auch eine Verdopplung der Geschwindigkeit der Lageänderung des Hydraulikzylinders zur Folge.

4.3.3 Baustein "NonLin"

Der Baustein "NonLin" realisiert eine Kennlinie. Diese Kennlinie wird über eine Stützpunkttabelle mit linearer Interpolation zwischen den Stützpunkten vorgegeben. Ein vorgegebener Eingangswert generiert in jedem Zyklus anhand der Kennlinie aus der Stützpunkttabelle einen Ausgangswert.

Bausteinaufruf

Die Abbildung 4-10 zeigt den Bausteinaufruf des Funktionsbausteins "NonLin" im OB MC-PostServo.

Abbildung 4-10: Aufruf "NonLin"

4 Funktionsweise


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Bausteinparameter

Die Parameter des Funktionsbausteins "NonLin" sind nachfolgend aufgelistet.

Tabelle 4-10: Eingangsparameter


inputValue REAL 0.0 Eingangswert zur Berechnung des Ausgangswerts über die definierte Kennlinie.

defaultOutValue REAL 0.0 Standard-Ausgangswert ohne Nutzung der Kennlinie.

onDefaultOutValue BOOL FALSE Aktivierung des Standard-Ausgangswerts.

track BOOL FALSE Direkte Weiterleitung des Eingangswerts an den Ausgangswert ohne Nutzung der Kennlinie.

reset BOOL FALSE Zurücksetzen des Bausteins.

Tabelle 4-11: Ausgangsparameter


outputValue REAL 0.0 Ausgangswert anhand des Eingangswerts über die definierte Kennlinie berechnet.

Tabelle 4-12: Durchgangsparameter

Parameter Datentyp Funktion

setpoints typeNonLinSetpoint Stützpunkttabelle zur Definition der Kennlinie.

Der Baustein "NonLin" berechnet anhand des Eingangswerts und der vorgegebenen Kennlinie einen Ausgangswert. Dabei werden folgende Besonderheiten berücksichtigt:

Solange der Eingang "onDefaultOutValue" gesetzt ist, wird der über den Parameter "defaultOutValue" definierte Wert als Ausgangswert ausgegeben.

Solange der Eingang "reset" gesetzt ist, wird der Suchindex innerhalb der Kennlinie zurückgesetzt und als Ausgangswert wird der Wert 0.0 ausgegeben.

Solange der Eingang "track" gesetzt ist, wird als Ausgangswert direkt der Eingangswert ohne Berücksichtigung der Kennlinie ausgegeben.

Anhand des Eingangswerts wird über die linear interpolierte Stützpunkttabelle ein Kennlinienwert berechnet und als Ausgangswert ausgegeben.

– Befindet sich der Eingangswert zwischen zwei Stützpunkten innerhalb der Stützpunkttabelle, wird der Ausgangswert als Schnittpunkt mit der Verbindungsgeraden zwischen dem vorhergehenden und nachfolgenden Stützpunkt berechnet (siehe Abbildung 4-11).

– Befindet sich der Eingangswert vor dem ersten Stützpunkt (geringster Wert der in der Stützpunkttabelle definiert wurde), wird der Ausgangswert als Schnittpunkt der Geraden berechnet, die aus den ersten beiden Stützpunkten der Stützpunkttabelle gebildet wird.

– Befindet sich der Eingangswert hinter dem letzten Stützpunkt (höchster Wert der in der Stützpunkttabelle definiert wurde), wird der Ausgangswert als Schnittpunkt der Geraden berechnet, die aus den letzten beiden Stützpunkten der Stützpunkttabelle gebildet wird.

4 Funktionsweise


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Abbildung 4-11: Beispielhafter Verlauf des Ausgangssignals

Eingangssignal

Ausgangssignal

Der Verlauf des Ausgangssignals des Bausteins "NonLin" entspricht der Kompensationskennlinie (siehe Kapitel 4.3.2).

4.3.4 Datenbaustein "SetPoints"

Die Stützpunkttabelle wird durch eine Variable vom Datentyp Array realisiert. Der Typ des Arrays entspricht dem PLC-Datentyp "typeNonLinSetpoint".

Die Stützpunkttabelle können Sie in einem beliebigen globalen Datenbaustein anlegen. Die Größe des Arrays ist dabei von der Anzahl der Stützpunkte abhängig.

Abbildung 4-12: Datenbaustein "SetPoints"

5 Konfiguration und Projektierung


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5 Konfiguration und Projektierung Die nachfolgenden Schritttabellen zeigen Ihnen, wie Sie die SIMATIC S7 CPU projektieren. Es wird vorausgesetzt, dass Sie die Software entsprechend Tabelle 2-2 auf Ihrem PG/PC installiert haben.

Hinweis Die in den folgenden Schritttabellen beschriebene Vorgehensweise stellt eine Möglichkeit dar, die SIMATIC S7-1500-Steuerung zu konfigurieren. Es gibt im TIA Portal mehrere Lösungsmöglichkeiten, die sich mehr oder weniger von der hier vorgestellten Vorgehensweise unterscheiden.

5.1 Konfiguration der S7-1500-Station

Tabelle 5-1: Konfiguration der Steuerung

Nr. Aktion Anmerkung

1. Öffnen Sie das TIA Portal und legen Sie ein neues Projekt an.

2. Doppelklicken Sie auf "Neues Gerät hinzufügen" (Add new device).

3. Fügen Sie den von Ihnen gewünschten Controller ein:

1. Wählen Sie "Controller".

2. Wählen Sie die gewünschte CPU. Achten Sie darauf, dass die Version der gewählten CPU mindestens V2.0 beträgt.

3. Klicken Sie abschließend auf "OK".



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4. Konfigurieren Sie anschließend in der Gerätekonfiguration die PROFINET-Schnittstelle der CPU:

1. Öffnen Sie die "Eigenschaften" (Properties) der CPU.

2. Wählen Sie eine "Ethernet-Adressen" aus.

5. Fügen Sie in der Gerätesicht (Device view) die verwendete analoge Eingangsbaugruppe ein.

6. Projektieren Sie in den Eigenschaften der Baugruppe einen Kanal für die Spannungsmessung.

7. Fügen Sie anschließend die verwendete analoge Ausgangsbaugruppe ein.

8. Projektieren Sie in den Eigenschaften der Baugruppe einen Kanal als Spannungsausgang von +/- 10V.

9. Speichern Sie abschließend die Projektierung.

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5.2 Erstellung des S7-Programms

5.2.1 Einfügung und Projektierung der Bausteine

Tabelle 5-2: Konfiguration des S7-Programms


1. Fügen Sie die Organisationsbausteine MC-PreServo und MC-PostServo in das Steuerungsprogramm ein.

1. Selektieren Sie den entsprechenden Organisationsbaustein.

2. Bestätigen Sie mit "OK".

2. Fügen Sie einen Datenbaustein in das Programm ein und strukturieren Sie ihn wie in Kapitel 4.2.3 beschrieben.

Deaktivieren Sie in den Eigenschaften des Datenbausteins das Attribut "Optimierter Bausteinzugriff" ("Optimized block access").

3. Fügen Sie einen Funktionsbaustein in das Programm ein und projektieren Sie diesen Baustein wie in Kapitel 4.2.2 (SimpleEnc) beschrieben.

Deaktivieren Sie in den Eigenschaften des Funktionsbausteins das Attribut "Optimierter Bausteinzugriff" ("Optimized block access").

4. Fügen Sie die Variablen für den Geberwert (Encoder) und den Drehzahlsollwert (Setpoint) ein.

5. Rufen Sie den in Schritt 3 angelegten Funktionsbaustein im OB MC-PreServo auf.



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6. Öffnen Sie die Bibliothek mit generellen Funktionen (LGF), die unter \5\ als Download zur Verfügung steht.

7. Fügen Sie den Funktionsbaustein "NonLin" und des PLC-Datentypen "typeNonLinSetpoint" aus der Bibliothek LGF in das Programm ein. Projektieren Sie den Baustein wie in Kapitel 4.3.3 beschrieben.

8. Fügen Sie einen globalen Datenbaustein in das Programm ein. Konfigurieren Sie den Datenbaustein als Stützpunkttabelle wie im Kapitel 4.3.4 dargestellt.

9. Rufen Sie den Funktionsbaustein "NonLin" im OB MC-PostServo auf.



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10. Der Baustein "NonLin" arbeitet mit Variablen vom Datentyp REAL. Damit der Drehzahlsollwert des Antriebs (Vorgabe über analogen Ausgang mit Datentyp INT) mit dem Baustein verändert werden kann, müssen Sie den Sollwert in den Datentyp REAL konvertiert werden.

11. Speichern Sie die Projektierung. -

5.2.2 Konfiguration des Technologieobjekts

Tabelle 5-3: Konfiguration des Technologieobjekts


1. Fügen Sie das Technologieobjekt "Positionierachse" ("TO_PositioningAxis") in das Steuerungsprojekt ein.

1. Selektieren Sie das Technologieobjekt "Positionierachse".

2. Klicken Sie abschließend auf "OK".

2. Tragen Sie bei den Grundparametern des Antriebs als Antriebstyp (Drive type) den Eintrag "Analoge Antriebsanbindung" ("Analog drive connection") ein. Den Eintrag "Analogausgang" ("Analog output") selektieren Sie zu dem analogen Ausgang der Steuerung, mit dem der Drehzahlsollwert zum Antrieb ausgegeben werden soll.



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3. Bei der Parametrierung des Gebers ist als "Datenanbindung" ("Data connection") der Eintrag "Datenbaustein" ("Data block") auszuwählen. Tragen Sie in diesen Eintrag den Datenbaustein ein, in dem das Standardtelegramm 81 nachgebildet ist.

Als "Gebertyp2 ("Encoder type") tragen Sie "Absolut" ein.

4. In dem Datenaustausch "Geber" ("Data exchange with encoder") müssen Sie ein lineares Messsystem (Measuring system) projektieren.

Für die Feinauflösung (Fine resolution) gilt der Wert Null.

5. Um mechanische Schäden am Antriebssystem zu vermeiden, können Sie "Positionsgrenzen" ("Position limits") projektieren.

6. Nach dem Anlegen der Technologieobjekte, müssen Sie der analogen Eingangs- und Ausgangsbaugruppe den MC-Servo zuweisen.

Hinweis Eine Beschreibung der Projektierung des Technologieobjekts "Positionierachse" finden Sie im Funktionshandbuch "S7-1500 Motion Control im TIA Portal" \3\.



6 Installation und Inbetriebnahme


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6.1 Installation der Hardware

Die Abbildung 6-1 zeigt den Hardwareaufbau der Anwendung.

Abbildung 6-1: Hardwareaufbau

DC 10 V

L+ M

PN

SIMATIC S7

CPU 1513-1

PN/DP

DC 24 V

AI 8xU/I

HSAO 4xU/I

ST

L+ M L+ M

3 4 4 1 CH0 CH0

DC 24 V DC 24 V

DC 0-10 V

Lagegeber

Hydraulik Wegeventil

6.2 IP-Adressen und Gerätenamen

Tabelle 6-1: IP-Adressen und Gerätenamen

Komponenten Gerätename IP-Adressen

SIMATIC S7-1513-1 PN/DP PLC 192.168.0.1

PG/PC - 192.168.0.200

Die Netzwerkmaske ist immer 255.255.255.0 und es wird kein Router verwendet.



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6.3 Einstellungen am PG/PC

Um eine Verbindung zwischen den Komponenten des Anwendungsbeispiels und Ihrem Erstellsystem (PG/PC) herzustellen, müssen Sie der Netzwerkkarte des PG/PC eine feste IP-Adresse vergeben. Diese IP-Adressen stellen Sie in der Systemsteuerung des PG/PC ein.

Tabelle 6-2: Einstellungen am PG/PC


1. Stellen Sie in der Systemsteuerung die PG/PC-Schnittstelle ein. Wählen Sie "S7ONLINE (STEP 7)" als Zugangspunkt des Anwendungsbeispiels und "TCP/IP -> verwendete Netzkarte" als benutzte Schnittstellenparametrierung.

2. Vergeben Sie an die verwendete Netzwerkkarte eine freie, feste IP-Adresse 192.168.0.x (z.B. x = 200) und die Subnetzmaske 255.255.255.0.

Mit diesen Einstellungen können Sie die Komponenten des Anwendungsbeispiels erreichen.



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6.4 Download vom Projekt in die Komponenten

Tabelle 6-3: Download in die Komponenten


1. Dearchivieren Sie das als Zip-Datei vorliegende Projekt "109741575_MC_PreServo_and_MC_PostServo_v10.zip" in ein lokales Verzeichnis.

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2. Um das Projekt im TIA Portal zu öffnen doppelklicken Sie auf die ap13-Datei im soeben dearchivierten Projektordner.

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3. Wenn sich das TIA Portal in der Portalsicht öffnet, schalten Sie unten links in die "Projektsicht" ("Project view") um.

4. Laden Sie das Programm der SIMATIC Steuerung:

1. Markieren Sie im Projektbaum die S7-Steuerung.

2. Laden Sie das Projekt in die Steuerung.

7 Bedienung


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7 Bedienung

WARNUNG

Achten Sie darauf, dass durch den fahrenden Antrieb keine Personen oder Anlagenteile gefährdet werden.

Ergreifen Sie geeignete Maßnahmen, um ggf. zu verhindern, dass der Antrieb über technisch oder mechanisch vorgegebene Grenzen hinaus fahren kann.

Für die Bedienung der Achse eignet sich die Achssteuertafel. Diese ist eine übersichtlich aufgebaute Bedienoberfläche für das Referenzieren und das Positionieren des Antriebs.

Abbildung 7-1: Achssteuertafel

Für den Betrieb der Achssteuertafel ist kein Anwenderprogramm notwendig. Mit der Achssteuertafel übernehmen Sie die Steuerungshoheit für ein Technologieobjekt und steuern die Bewegungen der Achse.

Hinweis Eine Beschreibung der Funktion und des Aufbaus der Achssteuertafel finden Sie im Funktionshandbuch "S7-1500 Motion Control im TIA Portal" \3\.



8 Literaturhinweise


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8 Literaturhinweise Tabelle 8-1: Literaturhinweis

Thema

\1\ Siemens Industry Online Support https://support.industry.siemens.com

\2\ Downloadseite des Beitrages https://support.industry.siemens.com/cs/ww/de/view/109741575

\3\ Funktionshandbuch "SIMATIC S7-1500 S7-1500 Motion Control V3.0 im TIA Portal V14”


\4\ Funktionshandbuch "SIMATIC S7-1500 S7-1500T Motion Control V3.0 im TIA Portal V14"


\5\ Bibliothek mit generellen Funktionen (LGF) für STEP 7 (TIA Portal)


9 Historie Tabelle 9-1: Historie

Version Datum Änderung

V1.0 02/2017 Erste Ausgabe

V1.0.1 04/2018 Erweiterung der Schritttabelle 5-3

https://support.industry.siemens.com/





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