Управление шаговыми двигателями с помощью Simatic S7-1200 с ограниченным количеством импульсных выходов

    В конце прошлого года ко мне обратилась одна фирма, которая предоставляет комплексные решения для зерновых культур с предложением рассмотреть проект автоматизации небольшой системы отбора проб зерна. Особенностью данного проекта являлось то, что конструктивные решения и исполнительные приводы уже были разработаны и реализованы в железе. Не вдаваясь в подробности технологического процесса отбора проб можно сказать, что цель автоматизации – это управление механическими задвижками зерно-воздушного потока, запуск шнекового смесителя для однородности проб, управление электродвигателями воздушных турбин, обработка управляющих сигналов оператора и датчиков некоторых шагов операций. Задвижки и смеситель были спроектированы так, что приводились в движение с помощью шаговых двигателей.

    Раннее было принято решение построить систему автоматизации на базе одноплатного микрокомпьютера Orange pi plus 2e и микроконтроллера Arduino Nano. Для этих плат нашлось применения для другого подобного проекта, но это уже другая история. Но в последствии, после обсуждений всех преимуществ и недостатков остановились на PLC CPU 1214C DC/DC/DC с каталожным номером 6ES7 214-1AG40-0XB0 у которого на борту можно сконфигурировать до четырех импульсных выводов управления и модуль дискретных выходов SM 1222 DQ16 x 24VDC с каталожным номером 6ES7 222-1BH32-0XB0. Шаговые двигатели были выбраны из серии KRS56, управляемые драйверами TB6560 V2.






    Выше представлено изображение из functional manual S7-1200 Motion Control V13 SP1 для понимания общей картины структуры управления


    Рисунок 1 – схема выходов управления драйверами ШД и схема подключения ШД

    Загвоздка состояла в том, что хотели найти компромис между бюджетом и оптимально выбранными комплектующими. И первая задача по управлению состояла в том, что на борту PLC только четыре импульсных вывода, а в исходном проекте необходимо было управлять восьмью шаговыми двигателями и одним сервоприводом по ШИМ. После ознакомления с тех-требованиями алгоритма управления системы выяснилось, что одновременный запуск приводов (шаговых двигателей) был не более двух единиц. И конструкция задвижек позволяла оставлять их без удерживающего момента. Поэтому решил реализовать программно так, чтобы один импульсный вывод можно задействовать для множества драйверов шаговых двигателей, управляя разрешающим входом EN драйвера. Импульсный вывод ШИМ управления сервопривода, конечно, оставался обособленно, т.к. это является аппаратно сконфигурированным. Таким образом я реализовал функциональный блок управления ШД. Алгоритм управления системой был выполнен в программном пакете TIA Portal v14 на графическом языке LAD.




    Рисунок 2 – Функциональный блок управления драйвером ШД

    Внутри функциональный блок представляет собой простую дискретную логику на лестничной диаграмме с сохранением состояния и таймаутом на срабатывание




    Рисунок 3 – Функциональный блок детально

    Настройка и программирование импульсных выходов для управления шаговыми двигателями подробно расписаны в мануалах, например STEP 7 S7- — 1200 Motion Control V13 SP1, также в сети есть видеоролики с объснением требуемых шагов
    Приведу лишь пару скриншотов настройки импульсного выхода в моем проекте




    Рисунок 4 – параметрирование импульсного выхода

    Для управления непосредственно самим ипульсным выходом необходимо использовать библиотечные функции такие как MC_Power, MC_Home, MC_MoveAbsolute и прочие в данном разделе. Подробное описание функций находится в справочном разделе TIA Portal и в указанных мануалах.

    На следующем рисунке приведены части логики, где в части и части 2 показано использование библиотечных функциональных блоков управления ипульсными выходами. Блок MC_Power используется для инициализации аппаратного управления, блок MC_Home – для обнуления позиции. Так как логика работы управления ШД поворотной части задвижки основывается на выборе точных позиций опытным путем, то используется блок MC_MoveAbsolute, где значения точных позиций и скорость являются уставками и расположены в соответсвующих тегах блока данных. На скрине упущены промежуточные преобразования между управляющим экземпляром блока FB1 SHUTTER и блоком MC_MoveAbsolute. Если кратко, то выходные сигналы из первого блока, такие как SW_OUT_EN – разрешение запуска драйвера ШД, являются входными для второго блока в качестве сигнала “execute”. На рисунке в части 3 и 4 показано управление выходными сигналами PLC, идущими на входа драйверов ШД, которые также формируются в блоке FB1 SHUTTER. Другими словами, можно создать множество экземпляров данного блока FB1 SHUTTER, связанного с управляющими библиотечными блоками импульсных выходов. Но соответствующие драйверы ШД будут задействованы только при наличии (или отсутствии в зависимости от схемы подключения) разрещающих входных сигналов, которые можно формировать отдельными ветвями логики.




    Рисунок 5 – Логика управления импульсным выходом

    В следующей статье я хочу показать, как можно создать несложный HMI на основе Node-red js-библиотек scadavis.io для контроля и визуацилизации процесса для Simatic PLC

    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 11

      0
      Судя по тому, что ребята вначале хотели делать промышленную автоматизацию на Arduino nano — проект супер-мега бюджетный.
      С удовольствием почитаю вторую часть про HMI на SCADAvis. Как я понял по картинке с их сайта, для работы визуализации нужно подключение к интернету? (только на Enterprise подписке за US$1299/год можно «Code hosted by Client (On-premises)».
        0
        Судя по тому, что ребята вначале хотели делать промышленную автоматизацию на Arduino nano — проект супер-мега бюджетный.

        не всегда. Знал проекты весьма кусачие и узкоспециализированные, но сделанные «что под ногами валялось».

        я только не очень понял, зачем столь мощный ПЛК?
        0

        Если учитывать стоимость пакета tia portal v13, то решение совсем даже не бюджетное. Или вы приобрели его при разработке небюджетного проекта? И экономия при этом на дискретных выходах выглядит странно.

          0
          tia portal бесплатен для s7-1200
            0
            Цена 6ES7222-1AD30-0XB0 — 50 евро. Для производства это экономия на спичках.
          0

          Tia portal вероятно, был бесплатен. Ну вы понимаете, мы тут в СНГ не слишком привыкли платить за ПО

            0
            Версию Basic компания Сименс и так бесплатно раздаёт, точнее лиценщию на неё, при показе счёта на контроллер.
            0
            Сам лично не имел дело с древними драйверами TB6560, поскольку сразу купил современные, но очень много читал про них на профильных форумах. Отзывы в большинстве своём плохие. С них начинают новички, и то не все. Дешевле этих драйверов в принципе ничего нет для шаговиков среднего размера типа Nema23. Все, кому хоть сколько-то была важна надёжность, покупали Leadshine, а именно младшие модели серии DM. Есть ещё TB6600, но он не далеко ушёл от TB6560.
              0
              На испытаниях, насколько я помню, TB6560 работали нормально, но некоторые грелись. Впоследствии их заменили на TB6600
              0

              Очень странный процесс выбора оборудования.от ардуны перешли на Сименс, по пути даже не соизволили обратить внимание на целую гору более бюджетных промышленных ПЛК. Почему?
              Откуда Тиа портал взялся вместе с софт моушн? Стоимость софта сопоставима со стоимостью проекта, если не больше, почему тогда нельзя было использовать сетевые драйверы, например, от того же FESTO или расширить количество импульсных выходов?

                0
                На самом деле рассматривалиь разные варианты выбора PLC: Haiwell, Овен, Kinco. Выбор SIMATIC S7-1200 это скорее не мой, а клиента. Исходили, скорее всего, из знаменитости бренда и количество вакансий инженеров, работающих с Siemens. На счет софта, как уже подметили в комментариях, действительно, в СНГ не слишком привыкли платить за ПО, опять же, это на ответственности заказчика

              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

              Самое читаемое