S7-1500 紧凑型CPU的PTO功能

PTO（Pulse Train Output）是西门子PLC与步进/伺服驱动装置间的简单的通用接口。

PTO也称作脉冲/方向接口，其一般由两个信号组成。

脉冲输出的频率代表速度，输出的脉冲数量代表行进的距离；方向输出用于定义行进的方向。

本文将使用CPU1511C-1PN为大家演示PTO的实现过程。

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一、激活PTO，设置相关属性

双击打开CPU1511C-1PN的属性，激活PTO1，并命名为“Pulse_1”。



如上图，PTO的操作模式有四种：

1）脉冲（A）和方向（B）

在该模式下，一个输出（A）控制脉冲，一个输出（B）控制方向。脉冲发出时，B为低电平，为正向；脉冲发出时，B为高电平，为反向。



①正向旋转阶段

②反向旋转阶段

2）加计数（A）、减计数（B）

一个输出（A）的脉冲对应正向，另一个输出（B）的脉冲对应反向



①正向旋转阶段

②反向旋转阶段

实测中，该操作模式下输出的脉冲占空比不是1:1。

3）A/B相移

输出脉冲将由两个具有指定速度但相移90度的输出通道进行输出。

在信号B处于低电平状态时，信号A的上升沿将生成正向旋转。在信号A处于低电平状态时，信号B的下降沿将生成反向旋转。



4）A/B相移、四倍脉冲

输出脉冲将以指定速度由两个输出通道输出，但相移90度。该信号类型涉及一个四倍频脉冲输出，每个沿转换对应于一个增量。因此信号A的一个完整周期包含四个增量。

正向生成计数脉冲还是反向生成计数脉冲由一个信号的边沿方向和另一个信号的逻辑状态具体决定。



本文中以“脉冲（A）和方向（B）”型操作模式的PTO为例。

选定PTO的操作模式后，组态PTO的轴参数，见下图。本文所用步进的细分数为4，因此每转增量为800。

步进系统并无反馈，因此“增量实际值中的位(G1_XIST1)”为“0位”。

此处的设定需与工艺对象中的一致！



按照该CPU的组态，脉冲输出（A）的地址为Q4.0，方向输出（B）的地址为Q4.1，见下图。

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二、组态工艺对象

添加运动控制工艺对象，如添加一个“定位轴”，见下图。



组态该轴的相关参数，见下图。

其中，“驱动装置类型”为“PROFIdrive”；

“数据连接”为“驱动装置”；

“驱动装置”处选择名称为“Pulse_1”的PTO。



“编码器类型”选择“增量”，见下图。



“与驱动装置进行数据交换”中的设置，见下图。

其中，“驱动器报文”为“报文3”，“参考转速”和“最大转速”应与上文PTO属性的“轴参数”中设置得相同。



“与编码器进行数据交换”中的设置，见下图。

其中“每转增量”为“800”，“G1_XIST1中的位”为“0位”，这两项必须与上文PTO属性的“轴参数”中设置得相同，否则会报跟随误差过大的错。

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三、编写控制程序

在S7-1500 PLC中，PTO的编程与使用其它类型伺服时一样，都使用自带的运动控制指令，这些指令符合PLCopen中Motion Control的规则，见下图。



具体的程序见下图。





其中，MC_POWER指令用于该轴进行使能的控制，Enable引脚为1时使能，为0时断使能。

MC_MOVERELATIVE指令用来控制增量型移动，Execute引脚产生上升沿时，启动电机的旋转；Distance引脚用来给定移动的增量，其值为负时将向相反方向移动；Velocity引脚为移动的速度（决定了脉冲输出的频率）；Acceleration和Deceleration为加速度和减速度，其值大于0时，脉冲输出的速度将会变化，为负数时将匀速输出脉冲。

其中速度Velocity与输出脉冲频率的关系为：

1）将轴类型设定为“线性”时，位置单位为mm，速度单位为mm/s，见下图。



此时若机械传动参数中的丝杠螺距为10mm/rot，则代表着轴每转一圈，将移动10mm，见下图。



因此，当设定为线性轴时，MC_MOVERELATIVE指令的Velocity引脚的数值若为10，则速度为10mm/s，那么轴每秒钟将转一圈。

再由于本文中的每转增量设置为800，则速度为10mm/s时，PTO每秒钟输出800个脉冲。

2）将轴类型设定为“旋转”时，位置单位为度，速度单位为度/秒，见下图。



此时若机械传动参数中的电机转数与负载转数均为1，则代表着电机旋转一圈，负载跟着旋转一圈，见下图。



因此，当设定为旋转轴时，MC_MOVERELATIVE指令的Velocity引脚的数值若为360，则速度为360度/秒，那么轴每秒钟将转一圈。

再由于本文中的每转增量设置为800，则速度为360度/秒时，PTO每秒钟输出800个脉冲。

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