西门子 6ES7195-7HB00-0XA0 西门子 6ES7195-7HB00-0XA0 西门子 6ES7195-7HB00-0XA0
SIMATIC DP，总线模块，针对 ET 200M 用于安装两个 40mm 宽的周边组件 针对插拔功能
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.液压伺服系统简介
1.1 液压伺服系统的组成
使用TCPU控制液压伺服系统时，TCPU就是该系统中的控制器；TCPU可以通过脉冲或者模拟量输出来控制比例换向阀的开度和方向从而控制液压缸的运动方向和速度；测量反馈系统可以由设备编码器或者模拟量信号通过IM174接口模板或模拟量输入模板将信号反馈给TCPU。
1.2 液压伺服系统与电气伺服系统区别
在 TCPU 中，补偿曲线可以由多种方法来确定，例如 S7T Config 中的 Trace 工具，根据输出不同的给定值和实际的速度值来确定差补点，将差补点的值以表格的方式添入到 Cam Disk （凸轮盘）中。
2.1 系统结构
2.2 硬件及软件要求
表 1. 硬件及软件要求
3.1 硬件组态
3.2 在 S7T Config 中配置液压轴
在“常规”(General) 选项卡中，选择“速度控制”(Speed control) 和“定位”(Positioning) 控制然后打开轴向导；
配置完液压轴的物理单位及模度后，进入到输入输出的配置界面，并选择其输出方式模拟量输出模板（图7 ）；
选择输出设备为模拟量输出模块，填入相应参数:
点击继续进入到位置反馈参数界面，填入使用的模拟量输入的地址（图 8）：
点击继续，进入到位置反馈参数分配界面（图 9）：
相关输入参数：
分配完所有参数，单击“完成”(Finish) 退出轴组态对话框。
3.3 建立补偿曲线凸轮盘
做好以上工作后，将 S7T-Config 存盘编译，并将组态好的轴和凸轮盘等工艺对象生成相应的工艺对象数据块，并下载到 TCPU。本例中工艺对象数据块对应为：
4.1 使用 FB 520 和 FB 521 自动获得补偿曲线
4.2 FB 520 和 FB 521 的功能介绍
4.2.1 FB 520 “GetCharacteristics”
4.2.2 FB 521 “WriteCamData”
由这两个功能块的结构图可以看出，其内部调用了很多S7-Tech里面的功能块，所以需要将这些功能块复制到当前的项目中来。而且，可以看到在FB520功能块内部已经调用了FB521，所以只要保证FB 521在项目中存在就可以了，不需要在程序中单独调用。表 2 为FB520,FB521所使用到的S7-Tech功能块：
表 2. 使用的 S7-Tech 功能块
4.2.3 FB520的管脚及其定义（图 13 及表 3）：
表 3. FB 520 管脚定义
4.3 在OB1中调用FB520（图 14）
使用步骤：
4.4 FB 520 “GetCharacteristics” 的测量原理（图 15）
4.5 FB 520 “GetCharacteristics” 补偿曲线的写入过程（图 16）：
4.6 FB 520 “GetCharacteristics” 执行时的基本步骤
4.7 FB 520 “GetCharacteristics” 的 42 种执行状态（图 17）：
在许多应用场合，我们需要PLC控制系统能够实现热插拔功能，所谓热插拔就是在系统通电运行状态下，进行硬件的更换和调整。
1. SIEMENS PLC控制系统关于热插拔功能的定义：
2.SIEMENS的PLC控制系统对热拔插的支持：
√ S7-200系列PLC不支持热插拔功能；
√ S7-300 CPU直接带I/O模块的方式不支持热插拔；
√ S7-300作为PROFIBUS DP主站下挂DP从站ET200M、ET200S、ET200iS，支持热插拔功能； （需要使用有源总线底板，如下说明）
注： 采用S7-300作为主站的软冗余系统无法实现热插拔全部功能，不具备以上所列第3，4条目中的全部功能。当您将ET200M从站上的模块拔出时，CPU不停机，主CPU、备用CPU上的SF灯亮，BUSF灯闪烁，ET200M从站上的2块IM153-2模块的SF灯亮，BF灯闪烁，该ET200M从站上所有模块的I/O值被清0，S7-300主站失去对该ET200M从站的控制能力。当您再次将模块插入到ET200M站上时，系统从主CPU切换到备用CPU，SF、BUSF、BF灯熄灭，软冗余系统重新回到正常运行状态。（新CPU支持“Startup when expected/actual config. differ.”功能，功能见下文；软冗余系统不支持使用GSD文件组态ET200M站点）
√ S7-400作为PROFIBUS DP主站下挂DP从站ET200M、ET200S、ET200iS，支持热插拔功能； （需要使用有源总线底板，如下说明）
√ S7-400 CPU直接带I/O模块的方式支持热插拔。
这样的ET200M从站是不支持热插拔功能的。为了实现ET200M从站的热插拔功能，我们需要对ET200M的硬件配置进行一些调整，通用导轨更换成带有有源总线模板的导轨，下图向您展示了1个有源总线导轨和5个有源总线模板组装后的情形：
如下是关于有源总线模板的订货信息和实物照片：
下图向您比对了有源总线导轨与S7-300通用导轨的区别：
下图向您展示有源总线导轨、有源总线模板和2个IM153-2接口模块组装后的情形：
关于ET200M站"Module change during operation"（运行中更换模块）功能实现的说明：
硬件要求:
注意:
软件要求：您必须在STEP7 5.1版本以上进行配置；
STEP1：在STEP7的硬件组态窗口的PROFIBUS DP目录中选择相应IM153模块，可以看出该模块支持“module exchange in opration”（热插拔）；
从上图可以看出，当你从右侧的PROFIBUS DP树型目录中将IM153-2模块拖到PROFIBUS总线上后，双击点开IM153的属性，“Repalce modules during operation”(热插拔功能)选项为灰色，所以在这种方式下，无法实现热插拔的全部功能，只能实现第1、2两条，不能实现第3、4条功能。
此功能表示，当组态和实际不符时是否启动。如果选择此选项，当插拔模块时，可以实现热插拔定义的第3条功能。但是，在插拔模块时，其他模块通道的I/O会有瞬间的清零然后恢复；该站点瞬间掉站，然后恢复。所以仅以此功能，不能称为严格意义上的热插拔功能。
添加IM153-2模块到PROFIBUS总线上，设置热插拔选项
设置IM153-1模块的热插拔功能选项
如果您采用CP342-5模块作为DP主站，那么您可以直接在IM153的属性窗口的"Operating Parameters"标签页里配置热插拔功能。 如下图所示。同样如果使用GSD文件组态，要实现热插拔功能也必须使用DPV0。
除了以上的硬件配置之外，还要向S7-300的CPU中下载OB82、OB86、OB121、OB122等组织块,才能保证当您在ET200M站上进行模块热插拔时，S7-300的CPU保持运行，而ET200M站上其他模块的工作不受影响。同时，当您进行ET200M站上模块的拔出或插入，系统都会调用OB82、OB86，您可以获取OB86和OB82中的参数返回值，得知什么时间是哪一个主站下的哪一个从站上的模块被插拔, 您可以根据系统控制逻辑的需要，在组织块OB82，OB86中编写用户程序，调整I、O的数值，确保进行模块热插拔时，生产机构处于安全运行状态。
产品
商品编号(市售编号)
6ES7195-7HB00-0XA0
产品说明
SIMATIC DP，总线模块，针对 ET 200M 用于安装两个 40mm 宽的周边组件 针对插拔功能
产品家族
IM 153-1/153-2
产品生命周期 (PLM)
PM300:有效产品
价格数据
价格组 / 总部价格组
AL / 250
列表价（不含增值税）
显示价格
您的单价（不含增值税）
显示价格
金属系数
无
交付信息
出口管制规定
AL : N / ECCN : N
工厂生产时间
1 天
净重 (Kg)
0.132 Kg
产品尺寸 (W x L X H)
未提供
包装尺寸
10.30 x 10.50 x 6.90
包装尺寸单位的测量
CM
数量单位
1 件
包装数量
1
其他产品信息
EAN
4025515060208
UPC
662643225808
商品代码
85389091
LKZ_FDB/ CatalogID
ST76
产品组
4056
原产国
德国
Compliance with the substance restrictions according to RoHS directive
RoHS 合规开始日期: 2007.04.28
产品类别
A: 问题无关，即刻重复使用
电气和电子设备使用后的收回义务类别
没有电气和电子设备使用后回收的义务
分类
版本
分类
eClass
5.1
27-24-26-03
eClass
6
27-24-26-03
eClass
7.1
27-24-26-03
eClass
8
27-24-26-03
eClass
9
27-24-26-03
eClass
9.1
27-24-26-03
ETIM
4
EC001598
ETIM
5
EC001598
ETIM
6
EC001598
IDEA
4
3560
UNSPSC
14
32-15-17-03
UNSPSC
15
32-15-17-04
液压伺服系统以其响应速度快（相对于机械系统）、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。而电液伺服系统是通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。
液压伺服系统主要由以下几部分组成（如图 1）：
图1. 液压伺服系统
控制电气伺服系统时，执行机构（通常为伺服电机）能够根据速度给定改变运行速度，响应快，动态特性好，给定与输出之间呈线性比例关系；而液压伺服系统由其液压油的物理特性决定了其响应速度和动态特性都较低，而且在液压伺服系统启动、停止以及换向时都会出现大滞后性，这样就导致输出给定与执行速度之间的关系并不是线形的（如图 2），这样，一旦我们还以控制线性电气轴的模型来控制非线性液压轴时，速度会非常不稳定，而且位置闭环会不停的修正由速度不稳定所带来的位置偏差，这时液压执行机构就会来回跳动或者抖动，造成定位误差大甚至损坏机械设备。所以我们在控制液压伺服系统时就应该先了解该系统的给定与输出之间的关系，确定补偿曲线来保证执行机构平稳运行。
图 2. 给定与实际速度的关系
本文主要介绍使用自动获得补偿曲线功能块 FB 520“GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”来确定差补曲线。
2.系统结构及软硬件要求
本系统的给定和反馈均使用高性能ET200M带AI/AO模板来实现（如图 3）：
图 3. 系统结构图
名称
数量
订货号
CPU 315T-2 DP
1
6ES7315-6TG10-0AB0 Or 6ES7315-6TH13-0AB
Firmware: V2.6
Or CPU 317T-2 DP
1
6ES7317-6TJ10-0AB0 Or 6ES7317-6TK13-0AB0
Firmware: V2.6
Micro Memory Card 4MB
1
6ES7953-8LM20-0AA0
Interface module IM174
1
6ES7174-0AA00-0AA0
Or ET200M / ET200S
1
6ES7 153-2BA02-0XB0 or 6ES7 151-1BA02-0AB0
STEP 7
1
6ES7810-4CC08-0YA7 Version: V5.4 以上
S7 Technology
1
6ES7864-1CC41-0YX0 Version: V4.1 以上
3.项目配置过程：
在 SIMATIC 管理器中创建新的项目并添加一个 SIMATIC 300 站点。根据实际硬件配置硬件组态，本例中使用模拟量输入输出作为给定和反馈信号。组态模拟量输入输出并分配 I/O 地址(图 4)；
图 4. 硬件组态
在 S7T Config 的浏览器中，双击“插入轴”(Insert axis)（图 5）
图 5. 插入液压轴
在轴类型话框中，选择“液压”(Hydraulic) 轴类型。 将阀类型定义为“Q 阀”(Q valve)（图 6）。
图 6. 选择轴的类型
图 7. 选择输出方式
图 8. 选择反馈方式
图 9. 反馈参数分配
根据前文所提到的，液压伺服系统需要确定一条补偿曲线来线性化输出变量与液压轴速度之间的关系。在 TCPU 中通过使用凸轮盘（Cam Disk）工艺对象来确定补偿曲线，液压伺服轴的补偿曲线反映了液压比例阀输出给定与液压轴速度之间的对应关系。由于本文使用功能块 FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData” 来自动获得补偿曲线，所以需要建立两个凸轮盘（Cam Disk）来确定补偿曲线。其中第一个凸轮盘是用来测量、寻找补偿点，而测量后的结果会写入到另外一个凸轮盘，这个被写入的凸轮盘也就是当前液压伺服系统的最终补偿曲线。
在 CAMS 下面建立两个凸轮盘，分别取名为：Cam_Profile 与 Cam_Reference，并填入两个差补点描绘一条输出给定与执行速度间的参考关系曲线，如图 10：
图 10. 建立补偿曲线凸轮盘
4.编写用户程序
FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”两个功能块并没有在 S7-Tech 库中提供，所以需要到以下链接下载例子项目，并将项目中的FB520和FB521复制到自己的项目中来。
下载链接：27731588
通过该功能块，系统能够执行测量并得到当前液压系统的补偿曲线，并将相应的Cam Disk激活为当前液压系统的Profile。其内部调用结构如图 11：
图 11. FB 520 结构
该功能块能够将测量的补偿曲线写入到相应的Cam Disk中。其内部调用结构如图 12：
图 12. FB 521 结构
PLC-Open FB
功能
FB 402 “MC_Reset”
复位可能出现的错误
FB 405 “MC_Halt”
停止轴运动
FB 407 “MC_WriteParameter”
写系统参数
FB 414 “MC_MoveVelocity”
使轴运动，并可改变其运行速度
FB 434 “MC_CamClear”
删除一个凸轮盘中的所有插补点
FB 435 “MC_CamSectorAdd”
插入一个新的插补点到凸轮盘中
FB 436 “MC_CamInterpolate”
修改凸轮盘的插补点
FB 439 “MC_SetCharacteristics”
激活一个凸轮曲线作为液压阀的特性曲线
图 13. FB 520 管脚定义
名称
含义
输入参数
Axis
液压轴工艺DB号
CamReference
执行测试时的参考凸轮盘的工艺DB号
CamProfil
最终要写入的凸轮盘的工艺DB号
Enable
使能
Mode
执行模式
maxDistance
执行测试时的最大移动距离
JogPos
正向点动
JogNeg
负向点动
JogVelocity
点动速度
输出参数
Done
测量完成
Busy
忙
Error
有错误
ErrorID
错误代码
ErrorSource
错误源
State
当前状态
ActiveCam
当前执行的凸轮盘的工艺DB号
图 14. 在 OB1 中调用 FB 520
图 15. FB 520 的测量原理
图 16. 补偿曲线的写入过程
生成的线性参考凸轮盘被激活，并且液压轴被设置为闭环模式；
根据 TCPU 发出的目标给定以及液压轴的响应时间计算出死区；
由正方向开始，TCPU 在不同的位置上给出一系列给定速度，并根据反馈速度测量补偿点，测量结束后回到初始位置；
由负方向开始，TCPU 在不同的位置上给出一系列给定速度，并根据反馈速度测量偿点，测量结束后回到初始位置；
TCPU 将测量的补偿曲线写入到另外一个凸轮盘，并将其激活为当前液压轴的最终偿曲线。
图 17：FB 520 的42种执行状态（State）
5.执行结果
在FB520执行自动检测之后，可以通过在线的方式察看测量出来的补偿曲线，如图 18：
1．带电插拔模块时，确保不造成模块的硬件损坏；
2．带电插拔模块时，CPU不停机，并产生报警；
3．带电插拔模块时，该模块I/O通道的数值清零；该模块所在站点不会掉站，而其他模块的运行不受影响；
4．带电插拔模块时，CPU中触发中断组织块或通过DP诊断程序块，得到模块拔出或插入的事件信息，在用户程序或中断组织块OB**中进行相应控制逻辑和I/O通道的处理；
若要在软冗余系统中实现热插拔的全部4项功能，您必须使用S7-400作为软冗余系统的主站。
S7-400系统由于很好的电磁兼容性和抗冲击、耐震动性能，因而能最大限度的满足各种工业标准，模板能够带电插、拔，当S7-400机架上插入或取出模板时，都会在CPU中产生一个中断信息，供客户在用户程序中对模板更换的动作进行相应的处理。
3.ET200M的有源总线底板配置与说明：
ET200M是在工业现场经常使用的PROFIBUS DP分布式从站，一个ET200M从站一般由导轨（S7-300系列通用导轨）、IM153接口模块、若干块S7-300系列的模块（PS电源模块、I/O模块、CP通讯模块、FM功能模块）组成：
名称
订货号
注释
图片链接
有源总线导轨
6ES7 195-1GA00-0XA0
长度为482.6 mm
实物图片
最多安装5个有源总线模板
6ES7 195-1GF30-0XA0
长度为530毫米 最多安装5个有源总线模板
6ES7 195-1GG30-0XA0
长度620毫米；
6ES7 195-1GC30-0XA0
长度2000毫米；
有源总线模板
6ES7 195-7HA00-0XA0
BMP S/IM 用于放置电源和IM153接口模块，包括一个总线模板盖板
实物图片
6ES7 195-7HB00-0XA0
BM 2X40 用于2个宽40毫米的模块
实物图片
6ES7 195-7HC00-0XA0
BM 1X80 用于1个宽80毫米的模块
实物图片
6ES7 195-7HD00-0XA0
BM IM153/IM 153 用于放置2个基本型IM153-2接口模块
(在软冗余或400H硬冗余系统中使用)
6ES7 195-7HD10-0XA0
BM IM153/IM 153 用于放置2个高性能IM153-2接口模块
实物图片
附件
6ES7 195-1JA00-0XA0
端子盖 一包有4个背板总线盖板和1个总线模板盖板
6ES7 195-1KA00-0XA0
防薄挡板 用于防爆环境的总线模板盖板
ET200M从站上的接口模块
6ES7 153-1AA03-0XB0
IM153-1 普通接口模块
6ES7 153-2AA02-0XB0
IM153-2 支持冗余功能的接口模块，基本型
实物图片
6ES7 153-2BA02-0XB0
IM153-2 支持冗余功能的接口模块，
高性能型(支持PROFIBUS的等时功能)
热插拔冗余套件
6ES7 153-2AR00-0XA0
2个6ES7 153-2AA02-0XB0
1个6ES7 195-7HD00-0XA0
6ES7 153-2AR01-0XA0
2个6ES7 153-2BA00-0XB0
1个6ES7 195-7HD10-0XA0
6ES7 153-2AR03-0XA0
2个6ES7 153-2BA02-0XB0
1个6ES7195-7HD10-0XA0
6ES7 195-1GA00-0XA0
6ES7 195-7HA00-0XA0 6ES7 195-7HB00-0XA0 6ES7 195-7HC00-0XA0
6ES7 195-7HD10-0XA0 6ES7 153-2BA02-0XB0
"Module change during operation" (or "Insert/Remove module") 功能使得您能够在系统下运行过程中，在ET200M站上带电拔出或插入模板，即热插拔功能。
使用普通的S7-300导轨和U型总线连接器是不能实现热插拔功能的，您必须购买有源总线底板，才能实现该功能。另外，您在配置时，必须使用MLFB 6ES7 153-1AA02-0XB0版本以上的接口模块，因为它支持DP协议的DPV1版本，而MLFB IM153-1AA00-0XB0模块是不支持该功能的。目前您能够购买到的IM153接口模块都支持热插拔，只有2-3年以前的IM153接口模块不支持热插拔。
如果想知道您的模块是否支持热插拔功能，您可以在STEP7的HW Config硬件组态窗口中的产品目录里选择对应模块，阅读窗口右下角对该模块功能的描述，或直接阅读"SIMATIC Distributed Peripheral Deviced ET 200M"手册中第9章里的描述内容，下载该手册点击：1142798
如果您采用S7-400 CPU或S7-400 CP作为DP主站，那么您可以直接在IM153的属性窗口的"Operating Parameters"标签页里配置热插拔功能。 如下图所示：
STEP2：将IM153模块拖到PROFIBUS总线上；
STEP3：选择I/O模块，插入到ET200M站的各个槽位中；
STEP4：双击ET200M站，打开属性窗口，选中“Replace modules during operation“(热插拔)选项；
STEP5：属性窗口中提供了ET200M站热插拔功能所需的有源总线导轨的订货号；
STEP6：属性窗口中提供了该型号IM153，插入的I/O模块对应使用的有源总线底板的订货号；
除了以上的硬件组态之外，还要向S7-400中下载OB82、OB83、OB84、OB85、OB86、OB87、OB121、OB122等组织块。当ET200M从站上进行模块的热插拔时，中断组织块OB83 ，OB85，OB122被调用。
如果您采用老款S7-300 CPU ，那么您只能够通过安装GSD文件的方式将IM153模块组态成DP从站，并双击IM153，打开它的属性窗口，进行设置来实现热插拔的全部功能。否则您在STEP7的硬件组态窗口中直接将PROFIBUS DP目录ET200M文件夹下IM153模块挂在PROFIBUS总线上，如下图：
新款的S7-300可以支持“Startup when expected/actual config. differ.”，如下图：
S7-300 CPU要实现热插拔的全部功能，必须通过GSD文件。首先在 113498 处下载IM153的GSD或GSE文件，在STEP7软件中导入该文件（参见 2383630 中的内容），再在IM153模块的属性窗口中选择热插拔选项，如下图所示：
注意，GSD文件有DPV0和DPV1之分。但是S7-300的组态时，只有用DPV0可以实现热插拔的功能（如上图），如果用DPV1组态只支持“Startup when expected/actual config. differ.”的功能， 如下图，这是因为 DPV1 "Insert/Remove module"功能，是通过OB83实现的，S7-300不支持OB83。S7-400使用DPV0 DPV1均可。
您可以在S7-300的用户程序中循环调用SFC13（DP总线诊断功能块），不断获取DP网络的诊断信息，当ET200M从站上进行模块的热插拔时，可以从SFC13的返回数据（在DB块中）获取插拔模块的信息，在用户程序中对返回的诊断信息进行判断、评估后，进行相应的逻辑控制和I/O处理，使生产机构处于安全运行状态；
如果您在ET200M站中使用了参数化的模块（如FM354，CP340等非输入输出的模块），在DP主站通电初始化过程中会对这些模板进行参数化和配置。当您带电拔掉可参数化的模块，再插入后，模块原有的参数就会丢失。除非重新启动DP主站，在主站进行初始化过程中，对这些模块在进行一次参数化和配置，否则这类模块在被拔掉，再插入后，只能够以它的默认参数运行。
如果您期望能侦测到系统中存在一个新的需要进行参数化的模块 ，您必须对模块的状态进行分析，可以通过调用诊断系统功能块SFC13 "DPNRM_DG"来实现，在S7-300/400系统软件手册中的16章4节里说明了该SFC13的用法，点击 1214574下载。ET200M的手册中，在6.4.6节中说明了ET200M从站里模板状态信息的内容和分配，点击 1142798 下载。
当你在程序中获知是哪一块模块需要进行新的参数化后，您可以通过调用系统功能SFC56 "WR_DPARM"，将CPU中保存的参数信息写入到刚刚被插入到ET200站上的模块，可以在S7-300/400系统软件手册中的7章5节里获取SFC56的用法。
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