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1 模塊介紹

1.1 模塊概述

ET200S 1STEP步進(jìn)模塊輸出脈沖控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，輸出脈沖數(shù)決定步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)的距離，輸出脈沖頻率決定步進(jìn)電機(jī)的速度。

模塊訂貨號(hào)：6ES7138-4DC00-0AB0

1.2 模塊特性

圖1 1STEP 步進(jìn)模塊

l  1個(gè)通道，可以用于控制1個(gè)步進(jìn)電機(jī)

l  參考點(diǎn)開關(guān)數(shù)字量輸入

l  外部停止或外部脈沖使能數(shù)字量輸入

l  脈沖和方向信號(hào)采用符合RS422電平差分輸出

l  輸出最大頻率204 kHZ

l  輸出最大脈沖數(shù) 1048575

l  4個(gè)LED狀態(tài)指示

l  2種操作模式：尋找參考點(diǎn)模式、增量模式

2 模塊接線

圖2 1STEP 端子接線圖

l  端子1、5：脈沖信號(hào)差分輸出

l  端子4、8：方向信號(hào)差分輸出

l  端子2、3：外部停止或外部脈沖使能數(shù)字量輸入DI（功能選擇見4.2節(jié)）

端子6、7：參考點(diǎn)開關(guān)數(shù)字量輸入

3 硬件配置

1STEP 步進(jìn)模塊可以安裝在ET200S接口模塊或ET200S CPU模塊后使用。

本文中以IM151–7 CPU模塊為例。 

表1 軟硬件配置

圖3 ET200S 站配置圖

4 硬件組態(tài)及參數(shù)配置

4.1 硬件組態(tài)

1)  按照?qǐng)D2、圖3完成ET200S站安裝和接線。

2)  打開STEP7,在管理器中新建一個(gè)項(xiàng)目，然后插入一個(gè)S7-300站。

3)  進(jìn)入硬件組態(tài)界面進(jìn)行配置。選中IM151-7 CPU直接拖拽到站配置窗口中。

圖4 插入IM151-7 CPU

4)  在4號(hào)槽和5號(hào)槽中分別插入PM-E DC24電源模塊和1STEP步進(jìn)模塊。

圖5 硬件組態(tài)

4.2 模塊參數(shù)配置

圖6 1STEP 模塊參數(shù)界面

4.2.1 模塊參數(shù)配置說明

1) Group Diagnostic：組診斷。

2) Base Frequency：基本頻率，單位Hz，記作Fb。

3) Multiplier n：倍增系數(shù) n，取值范圍1-255。此倍增系數(shù)決定啟動(dòng)停止頻率 Fss，計(jì)算公式Fss=Fb×n。

4) Time i：時(shí)間系數(shù)i，取值范圍1-255。此時(shí)間系數(shù)決定加速度和減速度a，單位為Hz/ms，計(jì)算公式為a = Fb ×R / (i×0.128 ms)。

5) Function DI：數(shù)字量DI輸入功能選擇，可以配置為外部脈沖使能輸入或外部停火輸入。缺省為外部脈沖使能輸入。

6) External Stop，Limit Stop：外部停止，限位停止信號(hào)類型，break contact為常閉信號(hào)，make contact為?？葱盘?hào)。缺省為常閉信號(hào)接入。

4.2.2 本文例子采用參數(shù)

本文例子參數(shù)配置即為圖6中顯示參數(shù)配置

1)         不激活組診斷。

2)         基本頻率4Hz。

3)         倍增系數(shù)1，啟動(dòng)停止頻率 4Hz。

4)         時(shí)間系數(shù)1，加速度減速度 31.25 Hz/ms。

5)         外部脈沖使能輸入。

6)         外部停止輸入、限位輸入信號(hào)類型為常閉信號(hào)輸入。

5 程序編制

5.1 模塊輸入輸出地址分配

1STEP 步進(jìn)模塊跟其它ET200S 功能模塊類似，都是通過直接讀寫I/O地址對(duì)模塊進(jìn)行控制訪問。

反饋信號(hào)（輸入），占用8個(gè)字節(jié)，輸入地址分配見表2。

控制信號(hào)（輸出），占用8個(gè)字節(jié)，輸出地址分配見表3。

輸入、輸出地址分配變量具體描述參見 ET200S 位置控制操作手冊(cè)，參考鏈接：

/cs/document/9260790?caller=view&lc=en-CN

表2 輸入地址分配

表3 輸出地址分配

5.2 項(xiàng)目示例程序

為了便于對(duì)該模塊地址中的位、字節(jié)、字等地址的讀寫，通過在梯形圖編程環(huán)境中使用MOVE指令，將輸入地址區(qū) PIB272-PIB279傳送到MB10-MB17，將MB20-MB27傳送到PQB272-PQB279。對(duì)1STEP模塊的讀寫訪問通過MB地址區(qū)完成。

1STEP 模塊IO地址分配見圖5。

圖7 項(xiàng)目示例程序

6 模式說明及示例

6.1 尋找參考點(diǎn)模式

通過執(zhí)行尋找參考點(diǎn)模式，對(duì)軸進(jìn)行同步，即建立機(jī)械零點(diǎn)與電氣零點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

6.1.1 尋找參考點(diǎn)模式說明

Mode=1

參考點(diǎn)開關(guān)為常開信號(hào)接入

尋找參考點(diǎn)輸出頻率 Fss、Fa

Fss 啟動(dòng)停止頻率，描述參見 4.2.1節(jié)

Fa 輸出頻率 Fa = Fb ×G × R

Fb：基本頻率。1STEP 模塊參數(shù)中配置，描述參見 4.2.1節(jié)。

Multiplier G：倍增系數(shù) G。取值范圍1-255，模塊輸出地址字節(jié)0，參見表3。

Reduction Factor R：減小系數(shù)R。模塊輸出地址字節(jié)4第7位，參加表3。模塊輸出地址4.7=0，R=1；模塊輸出地址4.7=1，R=0.1。

圖8 尋找參考點(diǎn)

6.1.2 尋找參考點(diǎn)模式示例

本文示例按照?qǐng)D8模式進(jìn)行，即正方向?qū)ふ覅⒖肌?/span>

1. 通過變量表寫輸出控制變量：

圖9 參考點(diǎn)模式控制變量

1) M24.0=1  尋找參考點(diǎn)模式Mode=1

2) M25.0=1、M25.1=1 由于之前模塊參數(shù)配置限位開關(guān)信號(hào)為常閉輸入，所以當(dāng)沒有軟限位開關(guān)激活時(shí)，應(yīng)該有信號(hào)輸入。參見4.2.2節(jié)。

3) M25.2=0  不激活軟件脈沖使能信號(hào)。由于之前模塊參數(shù)配置已經(jīng)使能DI為外部脈沖使能信號(hào)輸入，此時(shí)就不再使用內(nèi)部軟件脈沖使能信號(hào)。參見4.2.2節(jié)。

4) 置位M24.4，然后復(fù)位M24.4（下降沿信號(hào)有效），啟動(dòng)尋找參考點(diǎn)模式。脈沖輸出頻率為Fa。

5) MB20=1、M24.7=0 倍增系數(shù)G=1、減小系數(shù)R=1，Fa頻率值為
Fa = Fb ×G × R=4Hz×1×1=4Hz。

2．通過變量表讀輸入狀態(tài)變量：

圖10 參考點(diǎn)模式狀態(tài)變量

1) M15.2=1外部脈沖使能信號(hào)激活。

2) M15.0=1 驅(qū)動(dòng)使能。

3) 尋找參考點(diǎn)啟動(dòng)后，M14.0=1 位置任務(wù)激活，M15.7=1 位置操作執(zhí)行中。等待參考點(diǎn)開關(guān)信號(hào)M15.1。

4) M15.1=1 參考點(diǎn)信號(hào)達(dá)到，尋找參考點(diǎn)完成。M14.4=1，同步操作完成，M14.2=1 位置到達(dá)，M15.3=1 尋找參考點(diǎn)停止。

6.2 增量模式

增量模式是1STEP 主要工作模式。通過該工作模式可以控制步進(jìn)電機(jī)按照給定的速度移動(dòng)給定的距離。

6.2.1 增量模式說明

Mode=0

輸出脈沖數(shù)決定步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)的距離，最大脈沖數(shù)1048575

輸出脈沖頻率決定步進(jìn)電機(jī)的速度

增量模式輸出頻率  Fss、Fa

方向信號(hào)作為啟動(dòng)信號(hào)

注意：脈沖數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)際位移量和脈沖頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際速率由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器確定，不再1STEP模塊中進(jìn)行設(shè)置。

6.2.2 增量模式示例

1. 通過變量表寫輸出控制變量：

圖11 增量模式控制變量

1) M24.0=0  增量模式Mode=0

2) M25.0=1、M25.1=1 由于之前模塊參數(shù)配置限位開關(guān)信號(hào)為常閉輸入，所以當(dāng)沒有軟限位開關(guān)激活時(shí)，應(yīng)該有信號(hào)輸入。參見4.2.2節(jié)。

3) MB20=1、M24.7=0 倍增系數(shù)G=1、減小系數(shù)R=1，輸出頻率 Fa為
Fa = Fb ×G × R=4Hz×1×1=4Hz。

4) 輸出脈沖數(shù)，通過MB21-23組成20位地址長(zhǎng)度用于存放脈沖數(shù)，最大值即為 0xFFFFF=1048575

    MB21 輸出脈沖數(shù)（位16-位19）

    MB22 輸出脈沖數(shù)（位8-位15）

    MB23 輸出脈沖數(shù)（位0-位7）

    MB21 位20-位23沒有使用

本示例中賦值為0x100，即256個(gè)脈沖。 

5) 置位M24.4，然后復(fù)位M24.4（下降沿信號(hào)有效），啟動(dòng)增量模式，正方向移動(dòng)。

2．通過變量表讀輸入狀態(tài)變量：

圖12 增量模式狀態(tài)變量

描述

可以 使用組態(tài)控制功能來設(shè)置S7-1500控制器或者ET200MP的組態(tài)，即可以組態(tài)一個(gè)最大的硬件組態(tài)配置下載至 PLC 中，然后在程序中通過控制數(shù)據(jù)記錄的方式，使該設(shè)備可在缺少模塊或者更改模塊排列順序的情況下繼續(xù)運(yùn)行。如果以后更新了缺失的模塊，則無(wú)需重新組態(tài)，也無(wú) 需重新加載硬件組態(tài)。組態(tài)控制功能為用戶提供了靈活性，只要實(shí)際組態(tài)不超過設(shè)定的最大組態(tài)，就可以通過使用控制數(shù)據(jù)記錄196進(jìn)行控制，以指定所需的組 態(tài)。

S7-1500中 央機(jī)架實(shí)現(xiàn)組態(tài)控制功能

對(duì)于 S7-1500中央機(jī)架實(shí)現(xiàn)組態(tài)控制的要求：

STEP7 Professional V13 或更高版本

CPU S7-1500 固 件版本 V1.5 或更高版本

首先在 TIA 博 途中組態(tài) S7-1500 的 最大硬件配置。即目前存在的和以后更新硬件所使用的模塊，都包含于此硬件組態(tài)中。本例中，共組態(tài)了 10 個(gè)插槽，槽號(hào)為 0 至 9，模塊依次為 PS25W 24VDC 電源，S7-1516CPU，兩個(gè) DI16/DQ16 X24VDC模塊，PS25W 24VDC電源，TM Count 2X24V計(jì)數(shù)模板，DI 16X24VDC 模 塊，DQ 16X24VDC模塊，AI 8XU/IRTD/TC 模 擬量輸入模板，AQ 8XU/I HS 模 擬量輸出模板。

實(shí)際安裝的硬件依次為：S7-1516CPU，AI 8XU/IRTD/TC 模擬量輸入模板，AQ 8XU/I HS 模擬量輸出模板，TM Count 2X24V 計(jì) 數(shù)模板，PS25W 24VDC 電 源，DI 16X24VDC 模 塊，DQ 16X24VDC 模 塊。即最大硬件組態(tài)和實(shí)際硬件組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖01 所示：

圖01. 最大硬件組態(tài)與實(shí)際組態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

然 后需要啟用 PLC 的 組態(tài)控制功能，在硬件組態(tài) CPU 的 屬性中，按照菜單命令“屬性”->“常規(guī)”->“組態(tài)控制”下，激活“允許通過用戶程序重新組態(tài)設(shè)備”選項(xiàng)，如圖 02 所示：

圖02. 激活組態(tài)控制功能

接 下來創(chuàng)建一個(gè)共享數(shù)據(jù)塊，用來存儲(chǔ)將要傳送的數(shù)據(jù)記錄。并在啟動(dòng)組織塊（本例為 OB100）中對(duì)數(shù)據(jù)塊賦值，作用是描述 實(shí)際安裝的模塊與最大組態(tài)之間的關(guān)系，規(guī)則如下表所示：

表01. 數(shù)據(jù)記錄含義

說 明：

前 四個(gè)字節(jié)為標(biāo)頭，第一個(gè)字節(jié)為塊長(zhǎng)度（4+ 插 槽數(shù)），第二個(gè)字節(jié)為塊 ID（數(shù) 據(jù)記錄號(hào) 196），第三 個(gè)和第四個(gè)字節(jié)為版本（S7-1500 對(duì) 應(yīng)為 4 和 0）。

從 第五個(gè)字節(jié)開始，按照槽號(hào)由低到高的順序，依次描述最大硬件組態(tài)中的模塊在實(shí)際組態(tài)中的位置，組態(tài)中的模塊在實(shí)際中不存在時(shí)，向數(shù)據(jù)塊中寫入“B#16#FF”。按照以上規(guī)則在共享數(shù)據(jù) 塊中建立一個(gè)結(jié)構(gòu)，包含有 14 個(gè) 字節(jié)的數(shù)據(jù)，如圖 03 所 示：

圖03. 建立數(shù)據(jù)塊

必 須在啟動(dòng)組織塊（本例中為 OB100） 調(diào)用“WRREC”指令傳 送創(chuàng)建的數(shù)據(jù)記錄。在右側(cè)的指令欄中，按照順序“擴(kuò)展指令”-〉“分布式I/O”下找到“WRREC”指令。如果未能在啟動(dòng) OB（本例為 OB100）中傳輸有效的控制數(shù)據(jù)記錄， 則 CPU 會(huì)從啟動(dòng)模 式返回到停止模式。因此，需要“WRREC”指令執(zhí)行完才能退出啟動(dòng)組織 塊，本例中以功能塊“WRREC”的完成信號(hào)“Done”為循環(huán)指令的結(jié)束條件，保證能夠 完成數(shù)據(jù)記錄的傳輸。

對(duì) 于S7-1500 CPU，使用硬件標(biāo)識(shí)符 33（作為“WRREC” 指令的“ID”的參數(shù)）寫 入數(shù)據(jù)記錄，程序如圖 04 所 示，其中，參數(shù)“WRREC_DONE”、 “WRREC_BUSY” 等是在組織塊的接口參數(shù)中定義的臨時(shí)變量：

圖04. 在啟動(dòng)組織塊中寫入數(shù)據(jù)記錄

編 譯和下載程序至 S7-1500 CPU 中， 啟動(dòng)后，S7-1500 CPU 就 可以正確識(shí)別中央機(jī)架上現(xiàn)有的模板并啟動(dòng)。

注意：

對(duì)于在線顯示以及診斷緩沖區(qū)的顯示，都以硬件組 態(tài)中的最大組態(tài)顯示，而不是實(shí)際的組態(tài)。

實(shí)現(xiàn) S7-1500 中央機(jī)架的組態(tài)控制 時(shí)，不能有通信處理器 CP/CM（包 括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模板）。

系統(tǒng)電源模塊（PS）也遵從組態(tài)控制，但是不建議對(duì)插槽 0 的系統(tǒng)電源模塊進(jìn)行組態(tài)控制。

ET200MP 實(shí)現(xiàn)組態(tài)控制功能

固件版本 V2.0 以上的 IM155-5 PN ST 接口模板 或 IM155-5 PN HF 接 口模板支持組態(tài)控制功能。

首先在 TIA 博途中組態(tài)最大硬件配置，即以 后所能使用到模板都包含在這個(gè)組態(tài)中。本例中控制器為315-2PN DPCPU。ET200 MP 分布式 I/O 中共組態(tài)了 11 個(gè)模板，分別位于插槽 0~10 中，模 塊依次為 PS25W 24VDC 電 源，IM 155-5 PN ST 接 口模板，TM Count 2X24V 計(jì) 數(shù)模板，AI 8XU/IRTD/TC 模 擬量輸入模板，AQ 8XU/I HS 模 擬量輸出模板，DI 16X24VDC 模 塊，DQ 16X24VDC 模 塊，PS25W 24VDC 電 源，兩個(gè) DI16/DQ16 x 24VDC 模 塊，CM PTP RS422/485 通 信模板。

實(shí)際安裝的硬件依次為：PS25W 24VDC 電源，IM 155-5 PN ST 接口模 板，AI 8XU/IRTD/TC 模 擬量輸入模板，AQ 8XU/I HS 模 擬量輸出模板，TM Count 2X24V 計(jì) 數(shù)模板，DI 16X24VDC 模 塊，DQ 16X24VDC 模 塊，CM PTP RS422/485 通 信模板。即最大硬件組態(tài)和實(shí)際硬件組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖05 所示：

圖05. 最 大硬件組態(tài)與實(shí)際組態(tài)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系

然后啟用組態(tài)控制功能，選擇 ET200MP 接口模板的“屬性” -〉“常規(guī)”-〉“模塊參數(shù)”->“常規(guī)”中，啟用“允許通過用戶程序重新組態(tài)設(shè)備”功能，如圖06 所示：

 圖06. 激活組態(tài)控制 功能
然后新建一個(gè)共享數(shù)據(jù)塊，用來存儲(chǔ)要傳送的數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)記錄中的 數(shù)據(jù)規(guī)則如表02 所 示：

表02. 數(shù)據(jù)記錄含義

說明：

前 四個(gè)字節(jié)為標(biāo)頭，第一個(gè)字節(jié)為塊長(zhǎng)度（4+ 插 槽數(shù) -1，這是因?yàn)榻涌谀０宀恍枰魅魏尾僮?，所以?shù)據(jù)記錄中沒有接口模板的描述），第二個(gè)字節(jié)為塊 ID（數(shù)據(jù)記錄號(hào) 196），第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)為版本（IM 155-5 PN 接口模板對(duì)應(yīng)為 3 和 0）。

從 第五個(gè)字節(jié)開始，按照槽號(hào)由低到高的順序，依次描述最大硬件組態(tài)中的模塊在實(shí)際組態(tài)中的位置，組態(tài)中的模塊在實(shí)際中不存在時(shí)，向數(shù)據(jù)塊中寫入“B#16#7F”。接口模板不需要作任何設(shè) 置。按照以上規(guī)則在共享數(shù)據(jù)塊中建立一個(gè)結(jié)構(gòu)，包含有14 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，如圖07 所示：

圖07. 建立數(shù)據(jù)塊

在 OB1 中調(diào)用“WRREC”指令傳送創(chuàng)建的數(shù)據(jù)記錄。在右 側(cè)的指令欄中，按照順序“擴(kuò)展指令”-〉“分布式I/O”下找到“WRREC”指令。在S7-300/400 作為控制器時(shí)，使用ET200MP 接口模塊的診斷地址作為“WRREC”指令接口參數(shù)“ID”的實(shí)參。當(dāng)控制器為 S7-1500 時(shí)，使用 ET200MP 接口模板的名稱為“IO_device_2[Head]”所對(duì) 應(yīng)的硬件標(biāo)識(shí)符作為“WRREC”指令接口參數(shù)“ID”的實(shí)參。程序如圖08 和圖09 所示，其中，參數(shù)“WRREC_DONE”、“WRREC_BUSY”等是在位存儲(chǔ)區(qū)中定 義的變量：

圖08. 315CPU 中將實(shí)際的配置對(duì) 應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄寫入數(shù)據(jù)塊

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