西门子可编程控制器

上海朕锌电气设备有限公司

西门子可编程控制器

上海西邑电气技术有限公司工业业务领域致力于为客户提供高品质的服务，追求客户的满意是我们始终如一的目标

。在中国，工业业务领域拥有一支**、经验丰富的工程师队伍，为客户提供7x24小时全天候服务。专业的服

务人员和遍布全国的服务及备件网络将对客户的服务需求迅速作出响应，将由设备故障引起的损失降低到较小的程

度。

1.1 简介
HART (Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议, HART协议使用FSK技术，在4~20mA信号过程量上叠加一个频率信号，成功的实现模拟信号和数字信号双向通讯，而不互相干扰。
HART 模拟量模块是指除了可以提供模拟量数值外，还可以提供 HART 通讯功能的模拟量模块。HART 模拟量模块可以用于PROFIBUS-DP 的分布式 I/O 从站中。（使用6ES7153-2BA02-0AB0及更高版本或6ES7153-2BB02-0AB0及更高版本的接口模块作为连接 PROFIBUS-DP 的从站接口）。

1.2 多变量读取
在实际应用中通常用SFC58，SFC59进行数据记录的读写实现多变量的读取。但6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本可以使用HART变量直接进行多变量的读取。

1.3 HART变量
基本要求：IM 153-2（6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本）和 STEP 7（V5.4 SP3 或更高版本）
地址分配：HART 模块占用 16 个输入/输出字节。 如果组态 HART 变量，该模块将为每个 HART变量分配5 个字节，其中4个字节表示过程值，一个字节表示质量代码。
HART变量数量：6ES7153-2BA02-0AB0模块可以较多分配 8 个 HART 变量，每个通道的HART 变量不**过 4 个。 您可以在模块的属性对话框中为通道分配 HART 变量。
IO资源：如果使用全部 8 个 HART 变量，则 每个HART 模拟量输入模块总共占用 56 个输入/输出字节（16 个字节 + 8 x 5 个字节 = 56 个字节）。“无”组态不占用其它输入字节。
组态 HART 变量：可以在 STEP 7 HW Config 中分配 HART 变量。
多变量：PV，SV，TV，QV
● PV（Primary Variable，主变量）
● SV（Secundary Variable，二级变量）
● TV（Teritary Variable，三级变量）
● QV（Quatenary，四级变量）

HART变量结构：

图1

质量代码含义：

 表1

1.4 直接读取HART变量的条件：
(1) IM支持这种通讯方式
(2) 模板信息中有hart variables的可以支持
(3) 仪表本身也要能支持多变量
只有在三者满足的情况下才可以通讯成功。

接口模板是否支持直接读取HART变量请参见下图：
6ES7153-2BA02-0AB0:

图2

6ES7153-2BA01-0AB0:

图3

HART 模拟量模块是否支持直接读取HART变量请参见下图：
其中6ES7331-7TF01-0AB0支持。6ES331-7TF00-0AB0不支持。

图4

2. 工程实例

2.1 软硬件列表

表2

2.2 HART模板接线方法：
对于6ES7331-7TF01-0AB0模板和HART仪表的接线，请参见下图：
(1)、红色线为 +24V，黑色线为 0V。
(2)、黄色信号线为S+，棕色信号线为S-。
在例程中使用的HART仪表为两线制，此时需要短接10，11。如果为四线制则不需要，具体接线请参考模板手册。

图5

2.3 硬件组态步骤：

a. 使用Step7 v5.4 创建300主站项目，在硬件组态窗口依订货号添加背板、电源、CPU、343-1模块。参见下图：

图6

b. 双击DP接口，添加DP网络并定义网络参数。参见下图：

图7

c. 添加订货号为6ES7153-2BA02-0AB0的DP从站，并定义地址为8。参见下图：

图8

d. 在8号从站插槽中中添加订货号为6ES7331-7TF01-0AB0的HART模拟量模板，并在通道4.0添加一个现场设备。参见下图：

图9

地址分配列表：例程使用了4.0通道，即PIW272

表3

e. 双击HART模拟量模板，在Inputs标签页定义传感器类型。参见下图配置：

图10

f. 在HART variables标签页定义HART变量，例程使用了前4个HART变量。

HART变量分配列表：
Variable 1为通道0的PV值，地址为PID288
Variable 2为通道0的SV值，地址为PID293
Variable 3为通道0的TV值，地址为PID298
Variable 4为通道0的QV值，地址为PID303
参见下图配置：

图11

1 路径插补功能简介

1.1 基本概念
插补的概念源于数控机床。在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线(直线)运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程，叫做插补。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，或者称为“数据点的密化”。插补的动作过程：在每个插补周期（较短时间，一般为毫秒级）内，根据指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据，刀具沿着微小直线段运动，经过若干个插补周期后，刀具从起点运动到终点，完成轮廓的加工。
路径运动较初来自于机器人和CNC领域，用机器人编程语言或G-Code编程。它是指在多维空间中，通过一组轴的协作动作，各轴之间无主从之分，它们按照设定的动态响应特性，实现路径对象从起点到终点的*的路径轨迹运动。
路径插补产生路径的运行轨迹，计算插补周期内的路径插补点，并通过机械运动系统转换获得对应插补周期内插补点的各路径轴设定值。
隶属于机械运动系统的单独轴在S7 technology中被*为路径轴，路径轴通过路径对象执行路径运动。参考图1 路径轴与路径对象。

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图1 路径轴与路径对象

1.2 S7-Technology 路径功能特点

S7-Technology 路径插补功能概述：

> 从S7-Technology V4.2开始
> 允许进行3轴插补操作
> 路径插补可以通过直线、圆弧、多项式表示实现
> Move Path命令可以组成连续运动
> 支持多种机械运动学模型
> 可以与外部位置值同步，实现传送带跟踪功能

S7-Technology 路径插补的技术特点：

> 所有的路径轴都相互同步移动
> 所有的路径轴都同时到达目标位置
> 路径轨迹的移动，将会始终是以一个固定的合成速度进行 (如果动态
   特性限制没有被追赶)
> 较低速度性能的轴，决定了整个轨迹的较高动态特性

路径差补可以执行较多3轴之间的2D或者3D的线性、圆弧或者多项式插补，路径差补工艺对象(TO) ，适用于机械运动学控制范畴，一个共同的系统中，可以存在多个机械运动学控制结构。同步于路径轴的“同步轴”，仍然可以实现同步控制，例如，旋转，凸轮开关，测量功能。通过图形化编辑器，可以简便地设置机械运动学控制系统的参数；通过动态特性轮廓窗口，可以轻松定义路径的动态特性；通过轨迹点表格，可以轻松定义路径差补，计划目的地路径。另外还可以定义保护防撞区域和实现传送带位置的精确跟踪。

1.3 机械运动系统的选择
T-CPU 所实现运动学，等同于人们过去所熟悉机械运动学。可以将它们分为如下两种不同的类型。参考图2 在 T-CPU 中集成的机械运动学。

图2 在 T-CPU 中集成的机械运动学

不同的机械运动系统可以实现TCP (Tool Center Point，工具中心点或机械运动端点)相同的路径运动功能。尽管在某些情况下，不同的机械运动系统可实现相同的路径运动，但是，如果机械运动系统选择不合理，将有可能无法完成*的路径功能。所以，必须根据实际的工艺需求选择合适的机械运动系统，并在工厂布局中考虑该机构的的合理安装位置。参考图3 不同机械系统的转化。

图3 不同机械系统的转化

2 路径插补的实现方法

2.1 运动学模型简介
常用的运动学模型请参考图 4 运动学模型。

图 4 运动学模型

下面介绍一些常用的运动学模型。直角坐标机器人 (英文名：Cartesian coordinate robot)，大型的直角坐标机器人也称桁架机器人或龙门式机器人，由多个运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机器。工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂等一系列工作。参考图5 直角坐标机器人。

图5 直角坐标机器人

SCARA 机器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一种圆柱坐标型的特殊工业机器人。有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位，另一个关节是移动关节，用于完成机械末端在垂直平面的运动。SCARA机器人在x,y方向上具有良好的顺从性、灵活性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作。SCARA机器人广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。 参考图6 SCARA 机器人。

图6 SCARA 机器人

铰链型机械臂：有很高的自由度，可以多至5~6轴，适合于几乎任何轨迹或角度的工作，可以自由编程，完成全自动化的工作, 提高生产效率；可以代替很多不适合人力完成、有害身体健康的复杂工作，比如，汽车外壳点焊。参考图 7 铰链型机械臂。

图7铰链型机械臂

Delta 3D机器人：外形酷似一只蜘蛛，这种先进的几何结构赋予了它们质量轻，强度大，轻便灵活，节省空间，高速，敏捷；适用于高速分拣。参考图8 Delta 3D机器人。

图8 Delta 3D机器人

2.2 路径插补实现方法
首先需要做轴的定义，选择“Path interploation”。参考图 9 路径轴的定义。

图9 路径轴的定义

喀喇沁旗　巴林左旗　翁牛特旗　巴林右旗　扎鲁特旗
准格尔旗　鄂托克旗　达拉特旗　满洲里市　牙克石市　扎兰屯市　杭锦后旗
四子王旗　阿巴嘎旗　太仆寺旗　正镶白旗　阿尔山市　扎赉特旗　阿拉善盟
额济纳旗
呼和浩特市　和林格尔县　土默特左旗　土默特右旗　克什克腾旗　霍林郭勒市
鄂尔多斯市　伊金霍洛旗　鄂托克前旗　呼伦贝尔市　额尔古纳市　陈巴尔虎旗
巴彦淖尔市　乌拉特中旗　乌拉特前旗　乌拉特后旗　乌兰察布市　锡林浩特市
二连浩特市　苏尼特左旗　苏尼特右旗　锡林郭勒盟　乌兰浩特市　阿拉善左旗
阿拉善右旗
阿鲁科尔沁旗　新巴尔虎左旗　新巴尔虎右旗　鄂伦春自治旗　西乌珠穆沁旗
东乌珠穆沁旗　科尔沁左翼中旗　科尔沁左翼后旗　鄂温克族自治旗
察哈尔右翼前旗　察哈尔右翼中旗　察哈尔右翼后旗　科尔沁右翼前旗
科尔沁右翼中旗　达尔罕茂明安联合旗　莫力达瓦达斡尔族自治旗
6. 辽宁省
2005年辖：14个地级市；56个市辖区、17个县级市、19个县、8个自治县。
沈阳市　新民市　法库县　辽中县　康平县　大连市　庄河市　长海县　鞍山市
海城市　台安县　抚顺市　抚顺县　本溪市　丹东市　东港市　凤城市　锦州市
凌海市　北宁市　黑山县　义　县　营口市　盖州市　阜新市　彰武县　辽阳市
灯塔市　辽阳县　盘锦市　盘山县　大洼县　铁岭市　开原市　铁岭县　昌图县
西丰县　朝阳市　凌源市　北票市　朝阳县　建平县　兴城市　绥中县　建昌县
大石桥市　瓦房店市　普兰店市　调兵山市　葫芦岛市
岫岩满族自治县　清原满族自治县　新宾满族自治县　阜新蒙古族自治县
宽甸满族自治县　桓仁满族自治县　本溪满族自治县　喀喇沁左翼蒙古族自治县
7. 吉林省
2005年辖：8个地级市、1个自治州；19个市辖区、20个县级市、18个县、3个自治县。
长春市　九台市　榆树市　德惠市　农安县　吉林市　舒兰市　桦甸市　蛟河市
磐石市　永吉县　四平市　双辽市　梨树县　辽源市　东辽县　东丰县　通化市
集安市　通化县　辉南县　柳河县　白山市　临江市　靖宇县　抚松县　江源县
松原市　乾安县　长岭县　扶余县　白城市　大安市　洮南市　镇赉县　通榆县
延吉市　图们市　敦化市　龙井市　珲春市　和龙市　安图县　汪清县
公主岭市　梅河口市　伊通满族自治县　长白朝鲜族自治县　延边朝鲜族自治州
前郭尔罗斯蒙古族自治县
8. 黑龙江省
2005年辖：12地级市、1地区；65市辖区、19县级市、45县、1自治县。
阿城市　尚志市　双城市　五常市　方正县　宾　县　依兰县　巴彦县　通河县
木兰县　延寿县　讷河市　富裕县　拜泉县　甘南县　依安县　克山县　泰来县
克东县　龙江县　鹤岗市　萝北县　绥滨县　集贤县　宝清县　友谊县　饶河县
鸡西市　密山市　虎林市　鸡东县　大庆市　林甸县　肇州县　肇源县　漠河县
伊春市　铁力市　嘉荫县　宁安市　海林市　穆棱市　林口县　东宁县　同江市
富锦市　桦川县　抚远县　桦南县　汤原县　勃利县　黑河市　北安市　逊克县
嫩江县　孙吴县　绥化市　安达市　肇东市　海伦市　绥棱县　兰西县　明水县
青冈县　庆安县　望奎县　呼玛县　塔河县
七台河市　双鸭山市　牡丹江市　佳木斯市　绥芬河市　哈尔滨市　齐齐哈尔市
五大连池市　杜尔伯特蒙古族自治县
9. 上海市
2005年辖：18个市辖区、1个县，103个街道、114个镇，3个乡。
黄浦区　卢湾区　徐汇区　长宁区　静安区　普陀区　闸北区　虹口区　杨浦区
宝山区　闵行区　嘉定区　松江区　金山区　青浦区　南汇区　奉贤区　崇明县浦东新区
10. 江苏省
2005年辖：13个地级市；54个市辖区、27个县级市、25个县。
南京市　溧水县　高淳县　无锡市　江阴市　宜兴市　徐州市　邳州市　新沂市
铜山县　睢宁县　沛　县　丰　县　常州市　金坛市　溧阳市　苏州市　常熟市
太仓市　昆山市　吴江市　南通市　如皋市　通州市　海门市　启东市　海安县
如东县　东海县　灌云县　赣榆县　灌南县　淮安市　涟水县　洪泽县　金湖县
盱眙县　盐城市　东台市　大丰市　建湖县　响水县　阜宁县　射阳县　滨海县
扬州市　高邮市　江都市　仪征市　宝应县　镇江市　丹阳市　扬中市　句容市
泰州市　泰兴市　姜堰市　靖江市　兴化市　宿迁市　沭阳县　泗阳县　泗洪县
连云港市　张家港市
11. 浙江省
2005年辖：2005年辖：11个地级市；32个市辖区、22个县级市、35个县、1个自治县。
杭州市　建德市　富阳市　临安市　桐庐县　淳安县　宁波市　余姚市　慈溪市
奉化市　宁海县　象山县　温州市　瑞安市　乐清市　永嘉县　洞头县　平阳县
苍南县　文成县　泰顺县　嘉兴市　海宁市　平湖市　桐乡市　嘉善县　海盐县
湖州市　长兴县　德清县　安吉县　绍兴市　诸暨市　上虞市　嵊州市　绍兴县
新昌县　金华市　兰溪市　义乌市　东阳市　永康市　武义县　浦江县　磐安县
衢州市　江山市　龙游县　常山县　开化县　舟山市　岱山县　嵊泗县　台州市
临海市　玉环县　天台县　仙居县　三门县　丽水市　龙泉市　缙云县　青田县
云和县　遂昌县　松阳县　庆元县　景宁畲族自治县
12. 安徽省
2005年辖：17个地级市；44个市辖区、5县个级市、56个县。
合肥市　长丰县　肥东县　肥西县　芜湖市　芜湖县　南陵县　繁昌县　蚌埠市
怀远县　固镇县　五河县　淮南市　凤台县　当涂县　淮北市　濉溪县　铜陵市
安庆市　桐城市　宿松县　枞阳县　太湖县　怀宁县　岳西县　望江县　潜山县
黄山市　休宁县　歙　县　祁门县　黟　县　滁州市　天长市　明光市　全椒县
来安县　定远县　凤阳县　阜阳市　界首市　临泉县　颍上县　阜南县　太和县
宿州市　萧　县　泗　县　砀山县　灵璧县　巢湖市　含山县　无为县　庐江县
和　县　六安市　寿　县　霍山县　霍邱县　舒城县　金寨县　亳州市　利辛县
涡阳县　蒙城县　池州市　东至县　石台县　青阳县　宣城市　宁国市　广德县
郎溪县　泾　县　旌德县　绩溪县　马鞍山市
13. 福建省
2005年辖：9个地级市、14个县级市、45个县。
福州市　福清市　长乐市　闽侯县　闽清县　永泰县　连江县　罗源县　平潭县
厦门市　莆田市　仙游县　三明市　永安市　明溪县　将乐县　大田县　宁化县
建宁县　沙　县　尤溪县　清流县　泰宁县　泉州市　石狮市　晋江市　南安市
惠安县　永春县　安溪县　德化县　金门县　漳州市　龙海市　平和县　南靖县
诏安县　漳浦县　华安县　东山县　长泰县　云霄县　南平市　建瓯市　邵武市
建阳市　松溪县　光泽县　顺昌县　浦城县　政和县　龙岩市　漳平市　长汀县
武平县　上杭县　永定县　连城县　宁德市　福安市　福鼎市　寿宁县　霞浦县
柘荣县　屏南县　古田县　周宁县　武夷山市
14. 江西省
2005年辖：11个地级市；19个市辖区、10个县级市、70个县。
南昌市　新建县　南昌县　进贤县　安义县　乐平市　浮梁县　萍乡市　莲花县
上栗县　芦溪县　九江市　瑞昌市　九江县　星子县　武宁县　彭泽县　永修县
修水县　湖口县　德安县　都昌县　新余市　分宜县　鹰潭市　贵溪市　余江县
赣州市　瑞金市　南康市　石城县　安远县　赣　县　宁都县　寻乌县　兴国县
定南县　上犹县　于都县　龙南县　崇义县　信丰县　全南县　大余县　会昌县
吉安市　吉安县　永丰县　永新县　新干县　泰和县　峡江县　遂川县　安福县
吉水县　万安县　宜春市　丰城市　樟树市　高安市　铜鼓县　靖安县　宜丰县
奉新县　万载县　上高县　抚州市　南丰县　乐安县　金溪县　南城县　东乡县
资溪县　宜黄县　广昌县　黎川县　崇仁县　上饶市　德兴市　上饶县　广丰县
鄱阳县　婺源县　铅山县　余干县　横峰县　弋阳县　玉山县　万年县
井冈山市　景德镇市
15. 山东省
2005年辖：17个地级市；49个市辖区、31个县级市、60个县。
济南市　章丘市　平阴县　济阳县　商河县　青岛市　胶南市　胶州市　平度市
莱西市　即墨市　淄博市　桓台县　高青县　沂源县　枣庄市　滕州市　垦利县
广饶县　利津县　烟台市　龙口市　莱阳市　莱州市　招远市　蓬莱市　栖霞市
海阳市　长岛县　潍坊市　青州市　诸城市　寿光市　安丘市　高密市　昌邑市
昌乐县　临朐县　济宁市　曲阜市　兖州市　邹城市　鱼台县　金乡县　嘉祥县
微山县　汶上县　泗水县　梁山县　泰安市　新泰市　肥城市　宁阳县　东平县
威海市　乳山市　文登市　荣成市　日照市　五莲县　莒　县　莱芜市　临沂市
沂南县　郯城县　沂水县　苍山县　费　县　平邑县　莒南县　蒙阴县　临沭县
德州市　乐陵市　禹城市　陵　县　宁津县　齐河县　武城县　庆云县　平原县
夏津县　临邑县　聊城市　临清市　高唐县　阳谷县　茌平县　莘　县　东阿县
冠　县　滨州市　邹平县　沾化县　惠民县　博兴县　阳信县　无棣县　菏泽市
鄄城县　单　县　郓城县　曹　县　定陶县　巨野县　东明县　成武县

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