荐书 ▏深入浅出西门子运动控制器S7-1500T 使用指南(第2版)

图书简介

本书主要介绍了学习和开发运动控制器的必备基础知识，第1章介绍了产品的软硬件结构及相关选型工具，典型方案的配置，并且以仿真软件为例进行运动控制编程的初期准备；第2章以PROFIdrive为基础进行通信的操作说明，介绍了西门子公司各种伺服驱动器的组态、优化和配置；第3~6章介绍了各种工艺对象的使用，并且给出了实战案例；第7章介绍了故障安全功能，通过安全运动控制器和驱动器的安全功能的结合从而保证人身和设备的安全；第8章以数字化概念为核心，通过多个案例介绍了数字化虚拟调试过程；第9章介绍了常用标准化、模块化的高效程序库。本书每个章节互相独立、深入浅出、内容完整，并配有大量的例图，便于读者学习和掌握。本书具有较强的实用价值可供广大工业产品用户、系统工程师、工程技术人员和大专院校相关专业师生阅读。



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随着工业制造生产效率的不断提升，运动控制系统也在快速发展。在经历了从步进控制系统到总线型伺服控制系统等诸多阶段后，当前运动控制已经进入到高速、高精度的数字化控制系统阶段。传统的PLC正在适应这种发展，逐步集成了众多的运动控制功能。并且随着以太网在工业领域中的大量应用，传统的脉冲、模拟量控制已经开始向基于以太网的实时通信控制方向进行转换。其它新技术的引入，也使当前的自动化运动控制具有了越来越丰富的功能和属性，例如通过OPC UA通信实现标准化行业数据传递、驱动器与电动机通过通信的方式进行数据交换，以及统一的软件平台实现控制器、驱动器和人机界面的集成调试等。

数字化是工业领域发展的新阶段，随着大量的数字化技术与传统自动化技术的快速融合、交汇，数字化的理念逐渐被工业领域所熟悉并且接受。通过机械、电气以及自动化控制的有机结合，运动控制设备展现了蓬勃发展的强大生命力。利用虚拟调试技术极大地缩短了调试时间，利用统一的数字化平台使参与各个调试环节的工程师可以有效地沟通和协作，再加上生产和加工数据的大量采集和分析，使数字化为工业领域带来诸多优势和价值。

为了适应运动控制的发展趋势，为广大客户提供具有数字化基因的高端产品，西门子数字化工厂集团于2016年推出了新一代基于PLC平台的运动控制产品S7-1500T，它在PLC中集成专用的运动控制器内核，适用于所有执行运动控制任务的机器，从简单的调速控制到高性能的多轴协调运动，为众多运动控制任务提供一个简单而灵活的解决方案。通过便于操作的PLCopen指令和友好的编程测试环境，可以快速地实现定位、同步以及运动机构控制等功能。为了提高S7-1500T的可用性，提高工程师的编程效率并使项目规范化，西门子公司提供了种类丰富的标准化程序库供用户使用，可以缩短工程师编程以及调试的时间，降低了使用和维护难度。目前，S7-1500T已应用于印刷、包装、纺织、连续物料加工以及金属成型等行业。

为了在运动控制领域提供更多助力，满足现代机器和工厂多样的技术任务需求，SIMATIC T-CPU 增加了更多的功能，并且通过高效集成的方法，在运动控制方面开辟了新的途径，使得基于 T-CPU 构建的自动化解决方案为多种任务和复杂问题节省了宝贵的工程时间。此次更新针对新功能、新方法和新特点进行了增补介绍，为学习使用T-CPU提供帮助。

此书详细介绍了西门子S7-1500T的性能特点及应用技术。在内容的编写上力求实用性与先进性并举，避免过多的抽象概念，更加偏重实用性，从产品综述、通信、工艺对象、运动系统功能、扩展功能介绍、安全功能、数字化实践及常用库等多方面为工程应用人员做了全面介绍，是一本非常好的实用型参考书。本书可作为自动化与驱动领域的工程技术人员及高等院校师生的参考书，也可作为培训教材。



目  录

前言

第1章　西门子SIMATIC S7-1500T/TF

           高级运动控制器
1.1　硬件、工艺模块以及驱动器
1.1.1　光伏发电的发展与挑战
1.1.2　网络架构
1.1.3　工艺模块扩展

1.1.4   适用各种应用的驱动平台

1.2　软件结构、运动控制资源及选型工具

1.2.1   存储器

1.2.2   组织块

1.2.3   运动功能框架

1.2.4   运动资源

1.2.5   选型工具

1.3　常用系统的控制结构

1.3.1   PROFIdrive通信方式

1.3.2   模拟量或者脉冲形式

1.3.3   典型应用及配置方案

1.4  软件环境的准备及与设备的连接

1.4.1   TIA博途软件

1.4.2   TIA博途软件“Portal视图”

1.4.3   TIA博途软件“项目视图”

1.4.4   工具栏和常用快捷键

1.4.5   仿真软件PLCSIM/PLCSIM Advanced

1.4.6   PLCSIM调试举例

1.4.7   其他相关的选件和工具

第2章　SIMATIC S7-1500T/TF高级运动控制器与驱动的通信
2.1　PROFIdrive通信
2.1.1　应用类别

2.1.2　常用报文
2.2　PROFINET通信
2.2.1　PROFINET IO系统
2.2.2　PROFINET IO的RT和IRT
2.2.3　等时模式

2.2.4   IO设备的地址

2.3　S7-1500T和V90 PN的通信实例
2.3.1　V90 PN硬件组态和优化
2.3.2　S7-1500T与V90 PN通信配置和轴配置实
2.4　S7-1500T和SINAMICS S210通信实例

2.4.1   SINAMICS S210硬件组态和优化

2.4.2   S7-1500T与SINAMICS S210通信配置和轴配置实例

2.5　S7-1500T和SINAMICS S120驱动器（基于Startdrive软件）通信实例

2.5.1   SINAMICS S120驱动器硬件组态和优化

2.5.2   S7-1500T与SINAMICS S120通信配置和轴配置实例

第3章　速度轴和定位轴
3.1　轴的基本概念
3.1.1　速度轴
3.1.2　定位轴
3.1.3　创建轴以及轴的基本参

3.2　轴的驱动装置设置
3.3　轴及编码器机械参数的设置

3.3.1　测量编码器数据的设置

3.3.2　机械参数的设置

3.4　动态默认值

3.5  急停

3.6  位置限制的设置

3.6.1   位置限制

3.6.2   动态限制

3.6.3   扭矩限制

3.6.4   固定停止检测

3.7  回零（回原点）

3.7.1   主动回零

3.7.2   被动回零

3.7.3   直接回零(设置原点位置)

3.7.4   绝对值编码器校正

3.7.5   回原点状态位的复位

3.8  轴的位置监视功能

3.9  轴的控制回路

3.9.1   动态伺服控制功能

3.9.2   控制回路

3.10  运动控制基本命令编程

3.10.1   运动控制命令和时序

3.10.2   轴的使能与停止命令

3.10.3   速度轴和定位轴的控制命令

3.10.4   轴的扭矩限制及运行到固定挡块命令

3.10.5   “MC_SETAXISSTW”设置PROFIdrive报文控制字命令

3.10.6   “MC_WRITEPARAMETER”更改工艺对象的指定参数命令

3.10.7   指定运动设定值（MotionIn）命令

3.11  工艺对象报警的查询与处理

3.12  使用Trace功能跟踪记录工艺对象的状态

3.13  练习1：S7-1500T速度及定位控制项目的创建和组态

第4章　同步轴
4.1　齿轮同步功能

4.1.1　相对齿轮同步（MC_GearIn）

4.1.2　绝对齿轮同步（MC_GearInPos）

4.1.3   练习2：S7-1500T齿轮同步项目的创建和配置

4.2  凸轮同步功能
4.2.1　凸轮编辑工具

4.2.2　凸轮同步

4.2.3　练习3：S7-1500T凸轮同步项目的创建和配置

4.3  实际值耦合（引导轴为实轴或者编码器）

4.4  解除同步

4.5  其它同步命令和功能

4.5.1   静止时进行同步以及维持同步关系的方法

4.5.2   读取凸轮曲线的数值

4.5.3   跟随轴偏移

4.5.4   分布式同步

第5章　S7-1500T 运动机构功能
5.1　运动机构工艺对象的基本概念
5.1.1　运动机构工艺对象的基本工作原理

5.1.2　坐标系的基本知识
5.1.3　运动机构的类型

5.1.4   运动机构的正逆变换

5.1.5   运动机构的运动类型

5.1.6   运动机构的多个运动衔接

5.1.7   运动机构的区域监视

5.1.8   运动机构工艺对象的配置

5.2　运动机构的调试
5.2.1　运动机构的控制面板
5.2.2　运动机构的轨迹

5.2.3   运动机构的校准

5.3　运动机构编程
5.3.1　运动状态和剩余距离
5.3.2　中断、继续、停止和复位运动机构

5.3.3   运动区域

5.3.4   工具

5.3.5   坐标系的设置

5.3.6   传送带跟踪

5.3.7   “MC_KinematicsMotionSimulation”运动机构仿真命令

5.4　练习4：通过路径插补命令画“S”曲线

第6章　扩展功能

6.1  外部编码器

6.1.1   外部编码器支持的硬件

6.1.2   通过工艺模块(TM)连接编码器

6.1.3   通过ROFINET/PROFIBUS（PROFIdrive）通信连接编码器

6.1.4   通过驱动连接编码器

6.2  测量输入

6.2.1   支持测量输入功能的硬件

6.2.2   测量输入功能

6.2.3   用ET200SP TM Timer DIDQ作为测量输入的组态

6.2.4   用SINAMICS S120 CU上的快速输入（带时间戳功能）作为测量输入的组态

6.2.5   测量输入工艺对象的配置步骤

6.2.6   测量输入命令

6.2.7   练习5：S7-1500T测量输入在切标机中的应用

6.3  输出凸轮和凸轮轨迹

6.3.1   输出凸轮和凸轮轨迹使用的硬件

6.3.2   输出凸轮及凸轮轨迹的功能

6.3.3   用ET200SP TM Timer DIDQ作为输出凸轮的组态

6.3.4   用数字量输出模块作为输出凸轮的组态

6.3.5   输出凸轮及凸轮轨迹工艺对象的配置步骤

6.3.6   输出凸轮及输出凸轮轨迹的命令

6.3.7   练习6：S7-1500T电子齿轮同步及输出凸轮的应用

第7章　故障安全功能

7.1  故障安全规范

7.2  实现机械安全的步骤

7.3  驱动器的安全功能

7.3.1   基本安全功能

7.3.2   扩展安全功能

7.3.3   高级安全功能

7.4  安全PLC

7.5  安全运动机构

7.6  基于PROFIsafe实现安全功能的步骤

7.6.1   配置驱动器和安全PLC

7.6.2   配置驱动安全控制报文和编写安全控制程序

7.6.3   配置驱动器的安全功能

7.6.4   测试安全功能

第8章　S7-1500T虚拟调试功能  

8.1  虚拟调试功能概述

8.2  MCD功能块的应用

8.3  虚拟调试应用案例一：定位控制的仿真

8.4  虚拟调试应用案例二：凸轮曲线的MCD功能块仿真

8.5  虚拟调试应用案例三：运动机构功能的仿真

8.6  虚拟调试应用案例四：SIMATIC Machine Simulator虚拟调试软件包

第9章　常用库

9.1  轴控制功能库“LAxisCtrl”

9.1.1   库中的功能块

9.1.2   库文件的使用示例

9.2  与驱动的非周期性通信功能库“LAcycCom”

9.2.1   库中的功能块

9.2.2   库文件的使用示例

9.3  驱动控制功能库“Drive_Lib”

9.3.1   库中的功能块

9.3.2   库文件的使用示例（FB284）

9.3.3   库文件的使用示例（FB288）

9.4  驱动基本定位工艺对象（BasicPosControl）

9.5  动态生成Cam曲线的功能库

9.5.1   通过编程动态生成Cam曲线

9.5.2   库文件的使用示例

9.6  飞锯功能库

9.7  收放卷及张力控制功能库

9.8  运动机构的控制功能库

9.8.1   运动机构控制功能库的应用

9.8.2   HMI运动机构手动控制模板

9.9  编程规范及“OMAC”程序库

第10章　章参考资料及下载资料

10.1  运动控制相关资料

10.2  S7-1500T手册及软件工具

10.3  S7-1500T轴数据块常用变量

10.4  命令的超驰

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