1208 подписчиков

Обзор контроллера SIMATIC S7-1500D с CU SINAMICS S120

9 января 20209 янв 2020

239

13 мин

Оглавление

Основные преимущества:
Дополнительные функции управления перемещением с TIA Portal V16 FW V2.8 CPU 1504D TF и CPU 1507D TF по сравнению с CPU 1500.
Дополнительные функции управления перемещением с TIA Portal TIA Portal V17 / FW V2.9

Обновление 09.12.21

Основные преимущества:

Ультракомпактный дизайн

S7-1500 TF-CPU и регулятор привода SINAMICS S120 в одном устройстве
Не требуется дополнительного места для PLC

Производительность

Мощный TF-CPU со встроенным регулятором привода SINAMICS S120
Наличие всех необходимых компонентов: памяти, интерфейсов и технологических входов-выходов

Простое масштабирование

Одинаковые интерфейсы у всех классов исполнения (CPU 1504D TF / CPU 1507D TF)
Возможность подключения дополнительных приводных систем (например, SINAMICS S120, S210) через PROFINET

Выбор для производственных машин

Мощность для технически-сложных задач
F-CPU и интегрированные в привод функции обеспечения безопасности для защиты персонала и оборудования
Наличие всех необходимых интерфейсов, технологических входов/выходов и запоминающих устройств
Высокоскоростные выходы с минимальной задержкой и высочайшей точностью коммутации, например, для кулачков

Дополнительные функции управления перемещением с TIA Portal V16 FW V2.8 CPU 1504D TF и CPU 1507D TF по сравнению с CPU 1500.

SIMATIC S7-1500D выполнен в виде модуля управления книжного формата SINAMICS S120

Расширенные функции управления перемещением

Кинематические функции
Управление кинематическими системами максимально с 4 интерполируемыми осями
Синхронный редуктор и кулачковый синхронный ход
С задачей синхронной позиции ведущей и ведомой оси
Соединение по заданному значению
Соединение по фактическому значению с экстраполяцией
Синхронизация движения между PLC
Синхронизация осей на различных CPU
SIMATIC Safe Kinematics V1.0
Опциональная платная системная библиотека для безопасного мониторинга движений в декартовом пространстве

Встроенные программы для редактирования и просмотра

Редактор кулачков
Конфигуратор для кинематики
Трассировка кинематики
Координация трассировок по нескольким CPU

Веб-сервер

Диагностические страницы для управления перемещением

Дополнительные функции управления перемещением с TIA Portal TIA Portal V17 / FW V2.9

Новая прошивка: PLC FW V2.9 и SINAMICS Integrated FW V5.2 SP3

Дополнительные функции см. PLC FW V2.9 и SINAMICS S120 FW V5.2 SP3
Независимое внесение изменений в PLC и SINAMICS FW

Расширенные функции SINAMICS Integrated:

DCC/DCB - свободные регулирующие, вычислительные и логические блоки для расширения функций привода; напр., для изменения/настройки канала заданных значений регулятора в очень быстром цикле
EPos - реализация задач позиционирования непосредственно в приводе
Дополнительная поддержка лицензий SINAMICS:
- компенсация периодических синхронных моментов
- Advanced Position Control (APC), активное гашение вибраций в приводной системе
- SERVCOUP (Servo Coupling), соединение нескольких модулей двигателя с одним энкодером

Установка типа карты клавишей FUNCT (без ES и без картридера)

Карта памяти может использоваться как программная и микропрограммная карта; например, для упрощения замены модулей

CPU 1507D TF: сокращение мин. цикла приложения с 500 до 250 мкс

Увеличение тактовой частоты оборудования, расширение возможностей оборудования для сложных задач управления перемещением

PLCSIM Advanced с Drive Controller

Реалистичный функциональный тест пользовательской программы для своевременного обнаружения ошибок и проверки функциональности

Улучшенная эргономика

Веб-сервер (изменения дизайна; отображается состояние светодиода для привода)
Встроенное диалоговое окно лицензии: для лучшего обзора отображаются только лицензии технологического расширения SINAMICS, если соответствующее технологическое расширение было установлено в Startdrive.
Link X142 I/O: улучшенный обзор подключенных TO
Единая нумерация объектов Drive Controller (PLC, Integrated, группа Drive Controller, …) для лучшей прозрачности

Инструкция: MC_KinematicsMotionSimulation

Позволяет продолжить движение кинематики после запрета и повторного разрешения кинематических осей.

Адаптация динамической характеристики на панели управления кинематикой включается через режим работы „Толчковая подача на заданную позицию".

В режиме работы „Толчковая подача на заданную позицию“ панели управления кинематикой "Адаптация динамической характеристики без сегментирования траектории" активна в непрерывном режиме, при этом учитываются динамические ограничения кинематических осей.

Офлайн и онлайн калибровка зон рабочего пространства

Удобное определение зон рабочего пространства с графической поддержкой

Отображение пройденного участка пути и всего пути движений по траектории (линейных, круговых) без слежения за траекторией в переменных

Запуск операций на определенной общей длине траектории в приложениях без слежения за траекторией

Конфигурирование интервалов округления > 50% коротких участков пути

Более короткие траектории за счет увеличения интервалов округления

Количество подготовленных команд в последовательности заданий отображается в переменной

Начало кинематического движения после завершения подготовки движения

Добавление технологических CPU в линейку изделий

При цикле Servo/IPO 4 мс и загрузке CPU через управление перемещением на 35 %
Другие TO не используются
Необходимые ресурсы для ТО Motion Control: Регулируемая по скорости ось = 40 | Поз. ось = 80 | Синхр. ось = 160 | Кулачок = 20 | Кулачковая траектория = 160 | Измерит. щуп = 40
Необходимые ресурсы для ТО ExtendedMotion Control: Дисковые кулачки (1.000 точек и 50 сегментов) = 2 | Дисковые кулачки (10.000 точек и 50 сегментов) = 20 | Кинематический объект = 30 | Замещение ведущей оси = 3
CPU 1515T/TF: рекомендуется макс. 1 кинематический объект

Оптимизированное для производственных машин привлекательное решение

Аппаратная компоновка

Топология

Решение SIMATIC на базе привода состоит из следующих компонентов:

SIMATIC Drive Controller (со встроенным регулятором привода SINAMICS S120 на базе CU320 (Часть функций (без EPOS/DCC/…), без CX32-2 как у SIMOTION D4x5-2)
Компоненты SINAMICS S120 (устройство питания, силовые части и т. д.)
DRIVE-CLiQ коммуникация, терминальные модули, модули датчиков, ...

В случае более 6 сервоприводов можно использовать другую компоновку, например, SINAMICS S120 CU320-2, SINAMICS S210, … 2)

Технологические входы-выходы

Проектирование

Добавление устройства в окне портала / дереве проекта

Вкладка сети и устройства

Предустановки упрощают проектирование

SINAMICS Integrated всегда в изохронном режиме à настройки не требуются
Телеграммы привода предустанавливаются -> CU: 393 / питание: 370 / привод: 105
При соединении осевых TO с приводом в качестве образа процесса автоматически устанавливается „PIP OB Servo“
Автоматическая синхронизация времени между CPU и SINAMICS Integrated / CU3x0-2 по телеграмма 39x

Каталог модулей / Замена устройства

Преимущества двух ПО

Настройки на стороне привода выполняются через Startdrive и в равной мере доступны для SINAMICS Integrated и процессоров
PLC и SINAMICS Integrated могут обрабатываться как отдельные объекты (Copy/Paste/Delete)
Больше гибкости в навигаторе по проекту: свободное перемещение и формирование групп с PLC и SINAMICS Integrated
Идентичная обработка „Integrated <-> CU320-2“
Замена устройства между модульным S7-1500 CPU и SIMATIC Drive Controller (и наоборот) возможна (замена устройства между SINAMICS Integrated и CU320-2 сейчас не поддерживается)

Лицензирование SINAMICS Integrated

Процесс лицензирования для SINAMICS Integrated аналогичен процессу для соглашений об использовании для SIMATIC.

Выбор функций
Отображаются необходимые лицензии
Необходимые лицензии (CoL) приобретаются
Подтверждение числа приобретенных лицензий в области проектирования

Заказные номера соответствуют таковым у простых лицензий для CU320-2, например, Safety Integrated Extended Functions Заказной номер: 6SL3074-0AA10-0AA0

Технологические входы-выходы

Сравнение с SIMOTION D

Что такое технологические объекты (ТО)?

Технологические объекты для управления перемещением

TO это программные объекты в контроллере
TO представляют механические компоненты
TO инкапсулируют технологические функции
TO имеют единое конфигурирование и параметрирование
TO обеспечивают унифицированный и простой подход к
управлению перемещением

Как TO интегрирован в систему?

TO для регулируемой по скорости, позиционирующей и синхронной оси, дискового кулачка, кулачков, кулачковой траектории, измерительного щупа или внешних датчиков
Блок данных TO содержит все данные конфигурации, заданные/фактические значения и информацию о
состоянии TO
TO обменивается информацией с приводом и
периферийными устройствами. Адаптация параметров привода выполняется автоматически
TO управляет приводом или приводной группой
TO программируются через программу пользователя с помощью команд PLCopen
Позиционные значения с высоким разрешением (6 знаков после запятой) -> макс. точность при вычислениях в приложении

Функциональность

Типы осей

Синхронная ось (синхронный редуктор и кулачковый синхронный ход)

TO "Синхронная ось"
Ведущее значение это
заданное положение ведущей оси или
заданное/фактическое положение ведущей оси (только T-CPU) или
фактическое положение внешнего энкодера (только T-CPU)
Возможность переключения ведущего значения
Синхронизация на переменное или стационарное ведущее значение
Синхронизация без установки синхронной позиции
Синхронизация с установкой синхронной позиции (только T-CPU)
Синхронизация согласно установкам по команде
Возможность изменения передаточного числа по команде

TO рассчитывает и регулирует положение для синхронной оси в зависимости от ведущего значения

Привод регулирует скорость -> Датчик положения нужен

Без указания синхронной позиции "Относительный" синхронный ход

Синхронизация через MC_GearIn
При поступлении команды сразу же выполняется синхронизация ведомой оси с заданной динамикой -> Движение с синхронной скоростью и ускорением
Синхронные позиции получаются при синхронизации и не могут быть определены заранее

С указанием синхронной позиции Абсолютный синхронный ход (только S7-1500 T-CPU)

Синхронизация через MC_GearInPos
Предварительная синхронизация с помощью заданной дистанции ведущего значения или параметра динамики
Следящая синхронизация с помощью заданной дистанции ведущего значения
При поступлении команды TO самостоятельно определяет начало синхронизации, чтобы выдержать заданные критерии.

Синхронная ось – Синхронизация

Сравнение функций синхронного хода между S7-1500 и S7-1500 T-CPU

Функции синхронного хода на примере формовочно-упаковочной машины

Синхронный ход с соединением по фактическому значению ‒ Экстраполяция фактического значения

Экстраполяция фактического значения при соединении по фактическому значению
Фактическое значение как ведущее значение, напр., для внешнего энкодера или подключения на прекращающую вращение ось при ошибке
Экстраполяция со стороны ведущего значения для компенсации задержки при обработке фактического значения
„Следящее“ ведущее значение рассчитывается на основе уже известных значений
Время экстраполяции имеет обусловленный ведущей и ведомой осью компонент (определяется системой)
"Демпфирование" значений для экстраполяции через фильтры и поле допуска

Кулачковый синхронный ход

Точный позиционный кулачковый синхронный ход

TO "Синхронная ось" и TO "Дисковый кулачок"
Ведущее значение это заданное/фактическое положение ведущей оси или фактическое положение внешнего энкодера
Возможность переключения ведущего значения
Синхронизация на ведущее значение
Синхронизация в соответствии с заданными командами
Переключение дисковых кулачков на лету

Позиционируемая ось (позиционирование)

Программа пользователя:

заданная позиция
реферирование
наложенное движение

TO формирует рампу разгона и торможения

TO управляет положением
Привод регулирует скорость -> Датчик положения нужен

Регулируемая по скорости ось (перемещение с управлением по скорости)

Программа пользователя:

заданная скорость

TO формирует рампу разгона и торможения

Привод регулирует скорость -> Датчик положения не нужен

Контур управления ‒ Управление по положению в контроллере

Управление по положению в контроллере с тактом сервосистемы (MC-Servo)
Регулирование скорости и тока в приводе
Предуправление по скорости минимизирует зависящие от скорости ошибки рассогласования в управления по положению
Симметрирующий фильтр замедляет заданное значение положения относительно предуправления по скорости

Контур управления ‒ Управление по положению в приводе (DSC)

Управление по положению в приводе с активированным DSC
Регулятор положения с тактом контура управления по скорости (напр., с 125 мкс)
Возможен значительно более высокий коэффициент усиления регулятора положения Kv и тем самым увеличенная динамика при задающем воздействии и устранении возмущающих воздействий для высокоскоростное приводов
Возможность более длинных тактов для управления перемещением в контроллере

Кинематические функции

До 4 интерполируемых осей в кинематических системах

TO "Kinematics"
Готовые кинематические системы (Декартов портал, roller picker, Дельта-робот, SCARA, Шарнирная рука , Станок-трипод, Цилиндрический робот), а также определенные пользователем трансформации для интеграции собственных кинематических систем
Линейное и круговое движение с управлением ориентацией (напр., вращение захвата) и скруглением
Синхронное движение точка-точка
Слежение за конвейером (Conveyor-Tracking)
Программирование с функциональными блоками (напр., MC_MoveLinearAbsolute)
Объектные системы координат, системы координат инструмента, контроль зон
Динамическая адаптация

Ограничение момента и наезд на жесткий упор

Ограничение момента

Настраиваемое ограничение силы/момента
Необходима телеграмма 10x
Настройка эффективности на стороне двигателя или
нагрузки
Установка единиц в зависимости от типа двигателя

Наезд на жесткий упор

Подвод с ограниченным моментом
Обнаружение жесткого упора через ошибку рассогласования
„Зажим“ с неизменным заданным значением
Зажимное усилие/момент могут изменяться
Контроль нарушения или смещения жесткого упора

Поддерживаемые телеграммы PROFIdrive

Синхронизация движения между PLC

Плоское и каскадное распределение ведущего значения

Пример с обзором межсоединений

Сетевые конфигурации

Один проект для всей конфигурации
Все CPU / устройства в одной PN подсети
Поддержка разных Servo тактов
Ведущие и ведомые оси могут быть распределены по разным PLC в произвольном порядке

Трассировка проекта

Координация трассировок по нескольким устройствам, поддержка нескольких CPU, поддержка различных типов устройств
Отображение на общей схеме
Поддержка разных источников запуска

Технологический объект "Kinematics"

Готовые кинематические системы – Требуется только настройка!

TO "Kinematics" может быть создан как новый технологический объект.
Для Roller picker 3D с осью ориентации потребуется один TO "Kinematics" и четыре позиционируемые оси.
В конфигурации выбирается соответствующий тип кинематики
Позиционируемые оси согласуются с кинематикой
Выполняется параметрирование геометрии кинематики.

Mister Automation Ep2:Tips & tricks TIA Portal – S7-1500T Kinematics

Предварительная настройка динамики, зон, систем координат, инструментов

Для динамической характеристики ориентации и траектории могут быть заданы значения по умолчанию и предельные параметры
Допускается смещение и вращение кинематики в мировой системе координат
Может быть настроено до трех объектных систем координат
Может быть настроено до трех инструментов
Трехмерная визуализация для процесса настройки зон

Ввод в эксплуатацию с помощью панели управления

Удобно: Работа от кнопок и реферирование кинематики на одной панели управления
Ручное перемещение осей кинематической системы с учетом системы координат и инструмента
3D визуализация движения в Трассировке кинематики

Программирование с функциональными блоками по PLCopen

Команды записываются в последовательность команд и выполняются. Последовательность команд может содержать до десяти команд. Число команд в последовательности команд отображается в TO "Kinematics" (TO-DB).

С помощью MC_GroupInterrupt, MC_GroupContinue, MC_GroupStop можно прервать, продолжить или отменить обработку последовательности команд.