西门子 6ES7321-1EL00-0AA0 西门子 6ES7321-1EL00-0AA0 西门子 6ES7321-1EL00-0AA0
SIMATIC S7-300，数字输入 SM 321，电位隔离， 32 DE，120V AC，1个 40针
长沙玥励自动化设备有限公司（西门子系统集成商）长期销售西门子S7-200/300/400/1200PLC、数控系统、变频器、人机界面、触摸屏、伺服、电机、西门子电缆等，并可提供西门子维修服务，欢迎来电垂询
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| 产品 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 商品编号(市售编号) | 6ES7321-1EL00-0AA0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品说明 | SIMATIC S7-300，数字输入 SM 321，电位隔离， 32 DE，120V AC，1个 40针 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品家族 | SM 321 数字量输入模块 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品生命周期 (PLM) | PM300:有效产品 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 价格数据 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 价格组 / 总部价格组 | TC / 231 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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 : EAR99H | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 工厂生产时间 | 1 天 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 净重 (Kg) | 0.338 Kg | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品尺寸 (W x L X H) | 未提供 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 包装尺寸 | 13.10 x 15.10 x 5.10 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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 | 4025515060819 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| UPC | 662643172058 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 商品代码 | 85389091 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LKZ_FDB/ CatalogID | ST73 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品组 | 4031 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原产国 | 德国 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Compliance with the substance restrictions according to RoHS directive | RoHS 合规开始日期: 1998.02.15 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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.液压伺服系统简介
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。
1.1 液压伺服系统的组成
液压伺服系统主要由以下几部分组成（如图 1）：
- 储油缸
- 油泵
- 比例换向阀
- 液压缸
- 测量反馈系统
- 控制系统
图1. 液压伺服系统
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
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
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。
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
2.1 系统结构
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
2.2 硬件及软件要求
| 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 |
表 1. 硬件及软件要求
3.项目配置过程：
3.1 硬件组态
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
3.2 在 S7T Config 中配置液压轴
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“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；
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
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 ）；
图 7. 选择输出方式
选择输出设备为模拟量输出模块，填入相应参数:
- Output:模拟量输出地址
- Format:ET200M/ET200S选择Left-justified
- Resolution:模拟量模板的输出精度（不含符号位）
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）：
图 8. 选择反馈方式
点击继续，进入到位置反馈参数分配界面（图 9）：
图 9. 反馈参数分配
相关输入参数：
- Factor/Offset:输入系数及偏置
- Usable bits: 模拟量模板的输入精度（不含符号位）
- Minimum value:输入的最小值
- Maximum value:输入的最大值
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
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
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：
- Axis：DB3;
- Cam_Reference: DB4;
- Cam_Profile: DB5;
4.编写用户程序
4.1 使用 FB 520 和 FB 521 自动获得补偿曲线
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
4.2 FB 520 和 FB 521 的功能介绍
4.2.1 FB 520 “GetCharacteristics”
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
4.2.2 FB 521 “WriteCamData”
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
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：
| 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 |
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）：
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 |
表 3. FB 520 管脚定义
4.3 在OB1中调用FB520（图 14）
图 14. 在 OB1 中调用 FB 520
使用步骤：
- 将工艺对象的 DB 号填入到相应的管脚上；
- 通过点动（Jog）管脚，将液压轴移动到要运行的最初始位置；
- 在 maxDistance 管脚上填入要执行测量的最大行程，这里建议填入的行程距离要大于正常运行时的工作行程，但注意不要超过液压缸的最大行程；
- 准备工作就绪后，将使能位（Enable）置 1，这时液压缸会启动检测过程，可以通过状态字（State）观察当前的执行情况。
- 当测量结束后，完成位（Done）置 1，表示测量工作已经完成，而且测量出来的补偿曲线已经写入到 Cam_Profile 凸轮盘中。
4.4 FB 520 “GetCharacteristics” 的测量原理（图 15）
- TCPU 通过模拟量输出将给定发送给液压阀，并激活其动作；
- 液压阀开启后，相应流量的液压油注入到液压缸并推动液压轴运动；
- 液压轴的移动速度由位置反馈系统检测并存储在 TCPU 内；
图 15. FB 520 的测量原理
4.5 FB 520 “GetCharacteristics” 补偿曲线的写入过程（图 16）：
- 当所有位置上的测量值记录完成后会以凸轮盘的形式存在 TCPU 中；
- 凸轮盘的坐标分别对应的是阀的给定开度和液压轴的当前速度；
- 最后 TCPU 会执行 FB439 MC_SetCharacteristic 将当前凸轮盘激活为液压轴的补偿曲线。
图 16. 补偿曲线的写入过程
4.6 FB 520 “GetCharacteristics” 执行时的基本步骤
-
初始化 FB 520：
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； -
检测液压轴的死区：
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； -
由正方向开始测量补偿曲线：
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； -
由负方向开始测量补偿曲线：
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； -
写入并激活测量出的补偿曲线：
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。
4.7 FB 520 “GetCharacteristics” 的 42 种执行状态（图 17）：
- 0-41：初始化
- 42-44：死区检测
- 45-47：移动到初始位置
- 50-101：正向检测
- 110-111：移动到正向最大位置
- 120-171：反向测量
- 180-181：移动到初始位置
- 190-210：写入并激活补偿曲线
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：
模块介绍
1.1 模块概述
ET200S 1STEP步进模块输出脉冲控制步进电机驱动器，输出脉冲数决定步进电机移动的距离，输出脉冲频率决定步进电机的速度。
模块订货号：6ES7138-4DC00-0AB0
1.2 模块特性
图1 1STEP 步进模块
l 1个通道，可以用于控制1个步进电机
l 参考点开关数字量输入
l 外部停止或外部脉冲使能数字量输入
l 脉冲和方向信号采用符合RS422电平差分输出
l 输出最大频率204 kHZ
l 输出最大脉冲数 1048575
l 4个LED状态指示
l 2种操作模式：寻找参考点模式、增量模式
2 模块接线
图2 1STEP 端子接线图
l 端子1、5：脉冲信号差分输出
l 端子4、8：方向信号差分输出
l 端子2、3：外部停止或外部脉冲使能数字量输入DI（功能选择见4.2节）
端子6、7：参考点开关数字量输入
3 硬件配置
1STEP 步进模块可以安装在ET200S接口模块或ET200S CPU模块后使用。
本文中以IM151–7 CPU模块为例。
|
名称 |
订货号 |
数量 |
|
IM151-7F CPU |
6ES7151-7AA20-0AB0 |
1 |
|
PM-E DC24 电源模块 |
6ES7138-4CA01-0AA0 |
1 |
|
TM-P15S23-A0 端子模块 |
6ES7193-4CD20-0AA0 |
1 |
|
1STEP 5V/204kHZ |
6ES7138-4DC00-0AB0 |
1 |
|
TM-E15S26-A1 端子模块 |
6ES7193-4CA40-0AA0 |
1 |
|
STEP7 V5.4 SP5 |
6ES7 810–4CC08–0YA5 |
1 |
表1 软硬件配置
图3 ET200S 站配置图
4 硬件组态及参数配置
4.1 硬件组态
1) 按照图2、图3完成ET200S站安装和接线。
2) 打开STEP7,在管理器中新建一个项目，然后插入一个S7-300站。
3) 进入硬件组态界面进行配置。选中IM151-7 CPU直接拖拽到站配置窗口中。
图4 插入IM151-7 CPU
4) 在4号槽和5号槽中分别插入PM-E DC24电源模块和1STEP步进模块。
图5 硬件组态
4.2 模块参数配置
图6 1STEP 模块参数界面
4.2.1 模块参数配置说明
1) Group Diagnostic：组诊断。
2) Base Frequency：基本频率，单位Hz，记作Fb。
3) Multiplier n：倍增系数 n，取值范围1-255。此倍增系数决定启动停止频率 Fss，计算公式Fss=Fb×n。
4) Time i：时间系数i，取值范围1-255。此时间系数决定加速度和减速度a，单位为Hz/ms，计算公式为a = Fb ×R / (i×0.128 ms)。
5) Function DI：数字量DI输入功能选择，可以配置为外部脉冲使能输入或外部停火输入。缺省为外部脉冲使能输入。
6) External Stop，Limit Stop：外部停止，限位停止信号类型，break contact为常闭信号，make contact为常看信号。缺省为常闭信号接入。
4.2.2 本文例子采用参数
本文例子参数配置即为图6中显示参数配置
1) 不激活组诊断。
2) 基本频率4Hz。
3) 倍增系数1，启动停止频率 4Hz。
4) 时间系数1，加速度减速度 31.25 Hz/ms。
5) 外部脉冲使能输入。
6) 外部停止输入、限位输入信号类型为常闭信号输入。
5 程序编制
5.1 模块输入输出地址分配
1STEP 步进模块跟其它ET200S 功能模块类似，都是通过直接读写I/O地址对模块进行控制访问。
反馈信号（输入），占用8个字节，输入地址分配见表2。
控制信号（输出），占用8个字节，输出地址分配见表3。
输入、输出地址分配变量具体描述参见 ET200S 位置控制操作手册，参考链接：
/cs/document/9260790?caller=view&lc=en-CN
表2 输入地址分配
表3 输出地址分配
5.2 项目示例程序
为了便于对该模块地址中的位、字节、字等地址的读写，通过在梯形图编程环境中使用MOVE指令，将输入地址区 PIB272-PIB279传送到MB10-MB17，将MB20-MB27传送到PQB272-PQB279。对1STEP模块的读写访问通过MB地址区完成。
1STEP 模块IO地址分配见图5。
图7 项目示例程序
6 模式说明及示例
6.1 寻找参考点模式
通过执行寻找参考点模式，对轴进行同步，即建立机械零点与电气零点对应关系。
6.1.1 寻找参考点模式说明
Mode=1
参考点开关为常开信号接入
寻找参考点输出频率 Fss、Fa
Fss 启动停止频率，描述参见 4.2.1节
Fa 输出频率 Fa = Fb ×G × R
Fb：基本频率。1STEP 模块参数中配置，描述参见 4.2.1节。
Multiplier G：倍增系数 G。取值范围1-255，模块输出地址字节0，参见表3。
Reduction Factor R：减小系数R。模块输出地址字节4第7位，参加表3。模块输出地址4.7=0，R=1；模块输出地址4.7=1，R=0.1。
图8 寻找参考点
6.1.2 寻找参考点模式示例
本文示例按照图8模式进行，即正方向寻找参考。
1. 通过变量表写输出控制变量：
图9 参考点模式控制变量
1) M24.0=1 寻找参考点模式Mode=1
2) M25.0=1、M25.1=1 由于之前模块参数配置限位开关信号为常闭输入，所以当没有软限位开关激活时，应该有信号输入。参见4.2.2节。
3) M25.2=0 不激活软件脉冲使能信号。由于之前模块参数配置已经使能DI为外部脉冲使能信号输入，此时就不再使用内部软件脉冲使能信号。参见4.2.2节。
4) 置位M24.4，然后复位M24.4（下降沿信号有效），启动寻找参考点模式。脉冲输出频率为Fa。
5) MB20=1、M24.7=0 倍增系数G=1、减小系数R=1，Fa频率值为
Fa = Fb ×G × R=4Hz×1×1=4Hz。
2．通过变量表读输入状态变量：
图10 参考点模式状态变量
1) M15.2=1外部脉冲使能信号激活。
2) M15.0=1 驱动使能。
3) 寻找参考点启动后，M14.0=1 位置任务激活，M15.7=1 位置操作执行中。等待参考点开关信号M15.1。
4) M15.1=1 参考点信号达到，寻找参考点完成。M14.4=1，同步操作完成，M14.2=1 位置到达，M15.3=1 寻找参考点停止。
6.2 增量模式
增量模式是1STEP 主要工作模式。通过该工作模式可以控制步进电机按照给定的速度移动给定的距离。
6.2.1 增量模式说明
Mode=0
输出脉冲数决定步进电机移动的距离，最大脉冲数1048575
输出脉冲频率决定步进电机的速度
增量模式输出频率 Fss、Fa
方向信号作为启动信号
注意：脉冲数对应的实际位移量和脉冲频率对应的实际速率由步进电机驱动器确定，不再1STEP模块中进行设置。
6.2.2 增量模式示例
1. 通过变量表写输出控制变量：
图11 增量模式控制变量
1) M24.0=0 增量模式Mode=0
2) M25.0=1、M25.1=1 由于之前模块参数配置限位开关信号为常闭输入，所以当没有软限位开关激活时，应该有信号输入。参见4.2.2节。
3) MB20=1、M24.7=0 倍增系数G=1、减小系数R=1，输出频率 Fa为
Fa = Fb ×G × R=4Hz×1×1=4Hz。
4) 输出脉冲数，通过MB21-23组成20位地址长度用于存放脉冲数，最大值即为 0xFFFFF=1048575
MB21 输出脉冲数（位16-位19）
MB22 输出脉冲数（位8-位15）
MB23 输出脉冲数（位0-位7）
MB21 位20-位23没有使用
本示例中赋值为0x100，即256个脉冲。
5) 置位M24.4，然后复位M24.4（下降沿信号有效），启动增量模式，正方向移动。
2．通过变量表读输入状态变量：
图12 增量模式状态变量
1）增量模式启动后，M14.0=1 位置任务激活，M15.7=1 位置操作执行中。
2）MD10 显示剩余脉冲数，图12显示还有220个脉冲没有发送。
3）MD10=0 脉冲发送完成，M14.0、M15.7清零，M14.2=1 位置到达。增量模式输出完成。
本文针对ET200S 1STEP步进模作了基本介绍和基本操作说明。如要了解更多关于此模块的使用方法、诊断方法、技术参数等内容，请参见模块手册《ET 200S Position Operating Instructions》。该手册可以通过下面的链接下载：
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