西门子 6ES7321-1FF10-0AA0   西门子 6ES7321-1FF10-0AA0  西门子 6ES7321-1FF10-0AA0 

SIMATIC S7-300，数字输入 SM 321，电位隔离， 8 个数字输入，120V/230V AC，1个 40针 带单共用根系/通道

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产品
商品编号(市售编号)	6ES7321-1FF10-0AA0
产品说明	SIMATIC S7-300，数字输入 SM 321，电位隔离， 8 个数字输入，120V/230V AC，1个 40针 带单共用根系/通道
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 : N
工厂生产时间	1 天
净重 (Kg)	0.319 Kg
产品尺寸 (W x L X H)	未提供
包装尺寸	13.20 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	4025515069942
UPC	040892561784
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: 2002.02.01
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 27-24-22-04 eClass 6 27-24-22-04 eClass 7.1 27-24-22-04 eClass 8 27-24-22-04 eClass 9 27-24-22-04 eClass 9.1 27-24-22-04 ETIM 4 EC001419 ETIM 5 EC001419 ETIM 6 EC001419 IDEA 4 3566 UNSPSC 14 32-15-17-05 UNSPSC 15 32-15-17-05

.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：

概述：

TM Count 2x24V，订货号： 6ES7550-1AA00-0AB0 是一个能够提供双通道计数、测量以及位置反馈功能的工艺模块。

图01. TM Count 2x24V 模块视图

工艺模块 TM Count 2x24V 的主要属性：

1. 支持的编码器/信号类型：

• 24 V 增量编码器；
• 具有方向信号的 24 V 脉冲编码器；
• 不具有方向信号的 24 V 脉冲编码器；
• 用于向上和向下计数脉冲的 24 V 脉冲编码器；

1. 支持的技术功能：

• 高速计数
• 测量 (频率, 速度, 脉冲周期)
• 作为运动控制的位置反馈

1. 集中式应用/分布式应用：

• 可以在 S7-1500 自动化系统中集中使用工艺模块。
• 可以通过 ET 200MP 分布式 I/O 的接口模块在分布式系统中使用工艺模块，如在 S7-300/400 系统中的分布式运行或者在第三方系统中的分布式运行。

工艺模块 TM Count 2x24V 的接线：

工艺模块 TM Count 2x24V 可以接两路 24V 脉冲信号编码器，每个通道同时提供了三个数字量输入和两个数字量输出信号，具体接线方式请参考图02 和图03。



图02. TM Count 2x24V 端子分配


图03. TM Count 2x24V 模块的接线

在本例中，使用的是带有方向信号的 24V 脉冲编码器，所以将脉冲信号接到模块的1号端子，将方向信号接到模块的2号端子。 

计数功能概述：

计数是指对事件进行记录和统计，工艺模块的计数器 捕获编码器信号和脉冲，并对其进行相应的评估。可以使用编码器或脉冲信号或通过用户程序指定计数的方向。也可以通过数字量输入控制计数过程。模块内置的比 较值功能可在定义的计数值处准确切换数字量输出（不受用户程序及 CPU 扫描周期的影响）。

计数功能组态实例：

    1. 本文中所使用的系统硬件及软件信息：

名称	订货号	版本
CPU 1511	6ES7511-1AK00-0AB0	FW V1.5
TM 2x24V	6ES7550-1AA00-0AB0	FW V1.0
STEP7 TIA Portal	6ES7822-1AA03-0YA5	V13

1. 硬件配置：

首先将项目切换到项目视图，然后从左侧的硬件目录中找到：工艺模块->计数->TM Count 2x24V, 并将计数模块拖拽到设备机架上（图04）；


图04. TM Count 2x24V 硬件配置 01

在模板下方点击属性，进入模板的基本参数设置界面，将通道 0 的工作模式选择为：通过工艺对象组态通道（图05）；


图05. TM Count 2x24V 硬件配置 02

1. 组态工艺对象：

硬件配置完成后需要组态计数器的工艺对象。首先从左侧的项目树中，选择工艺对象下面的：插入新对象（图06）；

图06. 插入新对象

在插入新对象时选择：计数和测量，并填入对象名称（图07）；

图07. 选择新对象类型

插 入对象后，在左侧的项目树下就能看到新建的计数器工艺对象，选择这个计数器工艺对象，点击“组态”即可在中间的工作区域看到工艺对象的参数配置界面。参数界面可以通过 状态图标反映出参数分配状态：红色图标表示参数里包含错误或者不可用的参数；绿色图标表示配置里面包含手动修改过得可用参数；蓝色图标表示系统默认可用的 配置参数（图08）；

图08. 组态工艺对象

在工艺对象的基本参数中，首先需要给这个计数器工艺对象分配一个硬件，也就是前面组态的高速计数模块，并选择相应的模块通道，完成工艺对象与硬件的关联（图09）；

图09. 为工艺对象分配硬件

在计数器输入参数中选择输入信号的类型，可选择的类型参见下表，在附加参数里面还可以选择对脉冲的滤波和传感器类型（图10），可以支持的信号类型请参见表01

图10. 选择计数器工艺对象的信号类型

计数器工艺对象支持的信号类型：

图例	名称	信号类型
	增量编码器（A、B 相差）	带有 A 和 B 相位差信号的增量编码器。
	增量编码器（A、B、N）	带有 A 和 B 相位差信号以及零信号 N 的增量编码器。
	脉冲 (A) 和方向 (B)	带有方向信号（信号 B）的脉冲编码器（信号 A）。
	单相脉冲 (A)	不带方向信号的脉冲编码器（信号 A）。可以通过控制接口指定计数方向。
	向上计数 (A)，向下计数 (B)	向上计数（信号 A）和向下计数（信号 B）的信号。

表01. 计数器工艺对象支持的信号类型

在计数器特性里面可以配置计数器的起始值，上下极限值和计数值到达极限时的状态，以及门启动时计数值的状态。在本例中设置起始值为0，上下极限为+/-10000，设置当计数值到达极限时计数器将停止，并且将计数值重置为起始值，将门功能设置为继续计数（图11）。

图11.  设置计数器的上下限及门功能

1. 组态 DO 在计数值大于比较值时输出：

该 计数模块内置了两个比较器，可以将计数值与预设的比较值之间进行比较，在 DO 特性里面可以设置计数模块本体的两个数字量输出根据比较器的状态做相应的响应。在本例中，将 DQ0 设置为当计数值大于比较值且小于上限值时输出，也就是当计数值大于1000且小于10000的时候，第一个数字量DQ 会输出为 1 ，同时，比较器的状态还可以在后面的程序块输出管脚的“CompResult”中显示（图12）。该参数界面还可以设置DO更多的响应特性，具体细节请参 见模板手册。

图12.  组态 DO 在计数值大于比较值时输出

1. 调试工艺对象：

计 数功能中必要的参数基本配置完毕，其他功能如数字量输入/输出，测量等，可根据实际需要来做一定的修改，具体功能和使用方法请参考功能手册。接下来进入计 数功能的调试阶段。计数工艺对象提供了一个可以调试的控制面板，在这个调试界面下可以进行计数器的基本操作和错误诊断。需要注意的是，使用调试界面前，需 要先在主程序中调用高速计数功能块才能正常使用。

将主画面切换到 OB1 编辑界面，从右侧的指令列表里面找到工艺类->计数和测量，找到 High_Speed_Counter 功能块并拖拽到程序段中，并在背景数据块中选择之前建立的计数器工艺对象（图13）：

图13. 在程序中调用功能块

将项目存盘编译并下载之后，可以通过项目树或者功能块的快捷图标进入到工艺对象的调试功能（图14）；

图14. 在程序中调用功能块

进 入调试界面后，首先点击左上角的在线图标切换到在线模式，在在线模式下首先要使能软件门”SwGate”，然后观察反馈的门状态”StatusGate” 是否为 TRUE，如果为 TRUE 说明计数器已经开始工作，这时候如果有外部脉冲信号的话，计数器将进行计数并将计数值反馈到”CountValue”处（图15）。

图15. 计数器工艺对象的调试界面

1. 故障诊断：
   可以通过项目树或功能块上的快捷图标切换到诊断界面。在诊断界面可以看到错误的ID、描述和相关的状态位（图16）：

图16. 计数器工艺对象的诊断界面

1. 编程：

如果调试面板没有问题可以回到程序块进行编程，程序块的管脚及使用方法与之前的调试面板完全一致，所以非常方便的参考调试面板进行编程（图17），工艺功能块的部分主要参数及功能请参见表02。


图17. 高速计数程序功能块

计数器工艺功能的主要参数：

序号	名称	功能
1	SwGate	软件门：通过该控制位来控制计数器启动和停止；
2	ErrorACK	错误应答：出现错误并处理错误后通过此控制位来复位故障状态；
3	EventACK	事件应答：确认计数器事件状态，如：计数值超限等；
4	SetCountValue	设置计数值：通过该控制位可以将当前计数值更改为其他值，注意：修改值需要写到工艺对象静态变量“NewCountValue”中；
5	StatusHW	工艺模块状态位： 模块已组态并准备好运行， 模块数据有效；
6	StatusGate	门状态位：该状态位反映了内部门的实际状态，只有改状态为为"True"时，计数器才会工作；
7	StatusUp	增计数状态位：表示当前计数方向为增计数；
8	StatusDown	减计数状态位：表示当前计数方向为减计数；
9	PosOverflow	超上限状态位：表示当前计数值已经超过设定的计数值上限；
10	NegOverflow	超下限状态位：表示当前计数值已经超过设定的计数值下限；
11	Error	错误状态位：表示当前计数工艺对象有错误；
12	ErrorID	错误代码：显示当前工艺对象错误的故障代码；
13	CounterValue	计数值：计数器工艺对象的实际计数值；

表02. 计数器工艺功能的主要参数

    7. 通过用户程序修改实际计数值：

在很多情况下都有可能需要人工修改一下当前的实际计数值，这需要首先将要修改的值传送到工艺DB的新计数值"NewCountValue"中，然后置位功能块输入管脚“SetCountValue” 则新计数值生效（图18）。具体步骤如下：

(1). 选中左面项目树的"High_Speed_Couter"工艺对象；
(2). 展开下面的详细视图，则可以看到工艺DB中的所有变量；
(3). 找到"NewCountValue"变量，并将其拖拽到用户程序的传送指令输出端；
(4). 将新的计数值传送到"NewCountValue"；
(5). 置位功能块输入管脚“SetCountValue” ；
(6). 新的计数值生效。


图18. 通过用户程序修改实际计数值

    8. 通过用户程序修改比较值：

同修改实际计数值的方法类似，用户也可以通过用户程序修改该组态里面预制的比较值（图19），具体步骤如下：

(1). 选中左面项目树的"High_Speed_Couter"工艺对象；
(2). 展开下面的详细视图，则可以看到工艺DB中的所有变量；
(3). 找到"NewReferenceValue0"变量，并将其拖拽到用户程序中进行赋值；
(4). 找到"SetReferenceValue0"变量，并将其拖拽到用户程序中进行置位，就可以将刚刚修改的新比较值写到计数器模块中。


图19. 通过用户程序修改比较值

    9. 查看工艺对象 DB 中的所有变量

上 述查找工艺对象变量的方法适用于 STEP 7 TIA Protal V13 以上版本，之前的版本可以通过鼠标右键点击工艺对象名称，选则最下面的"打开 DB 编辑器" ，这样可以通过数据视图显示工艺对象 DB 里面的所有变量，使用变量的时候可以在用户程序中直接敲入相应的变量名即可（图20）。


图20. 查看工艺对象 DB 中的所有变量

文

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