Обзор контроллера SIMATIC S7-1500D с CU SINAMICS S120

Основные преимущества:

Ультракомпактный дизайн

• S7-1500 TF-CPU и регулятор привода SINAMICS S120 в одном устройстве
• Не требуется дополнительного места для PLC

Производительность

• Мощный TF-CPU со встроенным регулятором привода SINAMICS S120
• Наличие всех необходимых компонентов: памяти, интерфейсов и технологических входов-выходов

Простое масштабирование

• Одинаковые интерфейсы у всех классов исполнения (CPU 1504D TF / CPU 1507D TF)
• Возможность подключения дополнительных приводных систем (например, SINAMICS S120, S210) через PROFINET

Выбор для производственных машин

• Мощность для технически-сложных задач
• F-CPU и интегрированные в привод функции обеспечения безопасности для защиты персонала и оборудования
• Наличие всех необходимых интерфейсов, технологических входов/выходов и запоминающих устройств
• Высокоскоростные выходы с минимальной задержкой и высочайшей точностью коммутации, например, для кулачков

Дополнительные функции управления перемещением с TIA Portal V16 FW V2.8 CPU 1504D TF и CPU 1507D TF по сравнению с CPU 1500.

SIMATIC S7-1500D выполнен в виде модуля управления книжного формата SINAMICS S120

Расширенные функции управления перемещением

• Кинематические функции
• Управление кинематическими системами максимально с 4 интерполируемыми осями
• Синхронный редуктор и кулачковый синхронный ход
• С задачей синхронной позиции ведущей и ведомой оси
• Соединение по заданному значению
• Соединение по фактическому значению с экстраполяцией
• Синхронизация движения между PLC
• Синхронизация осей на различных CPU
• SIMATIC Safe Kinematics V1.0
  Опциональная платная системная библиотека для безопасного мониторинга движений в декартовом пространстве

Встроенные программы для редактирования и просмотра

• Редактор кулачков
• Конфигуратор для кинематики
• Трассировка кинематики
• Координация трассировок по нескольким CPU

Веб-сервер

• Диагностические страницы для управления перемещением

Добавление технологических CPU в линейку изделий

1 Доп. 50 МБ для прилож. C/C++ в PLC-RT+500 МБ для C/C++ (RT/прилож.)
2 При цикле Servo/IPO 4 мс и загрузке CPU через управление перемещением на 35 %
3 Другие TO не используются
4 Необходимые ресурсы для ТО Motion Control: Регулируемая по скорости ось = 40 | Поз. ось = 80 | Синхр. ось = 160 | Кулачок = 20 | Кулачковая траектория = 160 | Измерит. щуп = 40
5 Необходимые ресурсы для ТО Extended Motion Control: Дисковые кулачки = 2 | Кинематический объект = 30 | Замещение ведущей оси = 3

Оптимизированное для производственных машин привлекательное решение

Аппаратная компоновка

Топология

Решение SIMATIC на базе привода состоит из следующих компонентов:

• SIMATIC Drive Controller (со встроенным регулятором привода SINAMICS S120 на базе CU320 (Часть функций (без EPOS/DCC/…), без CX32-2 как у SIMOTION D4x5-2)
• Компоненты SINAMICS S120 (устройство питания, силовые части и т. д.)
• DRIVE-CLiQ коммуникация, терминальные модули, модули датчиков, ...

В случае более 6 сервоприводов можно использовать другую компоновку, например, SINAMICS S120 CU320-2, SINAMICS S210, … 2)

Технологические входы-выходы

Проектирование

Добавление устройства в окне портала / дереве проекта

Вкладка сети и устройства

Предустановки упрощают проектирование

• SINAMICS Integrated всегда в изохронном режиме a настройки не требуются
• Телеграммы привода предустанавливаются -> CU: 393 / питание: 370 / привод: 105
• При соединении осевых TO с приводом в качестве образа процесса автоматически устанавливается „PIP OB Servo“
• Автоматическая синхронизация времени между CPU и SINAMICS Integrated / CU3x0-2 по телеграмма 39x

Каталог модулей / Замена устройства

Преимущества двух ПО

• Настройки на стороне привода выполняются через Startdrive и в равной мере доступны для SINAMICS Integrated и процессоров
• PLC и SINAMICS Integrated могут обрабатываться как отдельные объекты (Copy/Paste/Delete)
• Больше гибкости в навигаторе по проекту: свободное перемещение и формирование групп с PLC и SINAMICS Integrated
• Идентичная обработка „Integrated <-> CU320-2“
• Замена устройства между модульным S7-1500 CPU и SIMATIC Drive Controller (и наоборот) возможна (замена устройства между SINAMICS Integrated и CU320-2 сейчас не поддерживается)

Лицензирование SINAMICS Integrated

Процесс лицензирования для SINAMICS Integrated аналогичен процессу для соглашений об использовании для SIMATIC.

1. Выбор функций
2. Отображаются необходимые лицензии
3. Необходимые лицензии (CoL) приобретаются
4. Подтверждение числа приобретенных лицензий в области проектирования

Заказные номера соответствуют таковым у простых лицензий для CU320-2, например, Safety Integrated Extended Functions Заказной номер: 6SL3074-0AA10-0AA0

Технологические входы-выходы

Сравнение с SIMOTION D

Что такое технологические объекты (ТО)?

Технологические объекты для управления перемещением

• TO это программные объекты в контроллере
• TO представляют механические компоненты
• TO инкапсулируют технологические функции
• TO имеют единое конфигурирование и параметрирование
• TO обеспечивают унифицированный и простой подход к
  управлению перемещением

Как TO интегрирован в систему?

• TO для регулируемой по скорости, позиционирующей и синхронной оси, дискового кулачка, кулачков, кулачковой траектории, измерительного щупа или внешних датчиков
• Блок данных TO содержит все данные конфигурации, заданные/фактические значения и информацию о
  состоянии TO
• TO обменивается информацией с приводом и
  периферийными устройствами. Адаптация параметров привода выполняется автоматически
• TO управляет приводом или приводной группой
• TO программируются через программу пользователя с помощью команд PLCopen
• Позиционные значения с высоким разрешением (6 знаков после запятой) -> макс. точность при вычислениях в приложении

Функциональность

Типы осей

Синхронная ось (синхронный редуктор и кулачковый синхронный ход)

• TO "Синхронная ось"
• Ведущее значение это
• заданное положение ведущей оси или
• заданное/фактическое положение ведущей оси (только T-CPU) или
• фактическое положение внешнего энкодера (только T-CPU)
• Возможность переключения ведущего значения
• Синхронизация на переменное или стационарное ведущее значение
• Синхронизация без установки синхронной позиции
• Синхронизация с установкой синхронной позиции (только T-CPU)
• Синхронизация согласно установкам по команде
• Возможность изменения передаточного числа по команде

TO рассчитывает и регулирует положение для синхронной оси в зависимости от ведущего значения

Привод регулирует скорость -> Датчик положения нужен

Без указания синхронной позиции "Относительный" синхронный ход

• Синхронизация через MC_GearIn
• При поступлении команды сразу же выполняется синхронизация ведомой оси с заданной динамикой -> Движение с синхронной скоростью и ускорением
• Синхронные позиции получаются при синхронизации и не могут быть определены заранее

С указанием синхронной позиции Абсолютный синхронный ход (только S7-1500 T-CPU)

• Синхронизация через MC_GearInPos
• Предварительная синхронизация с помощью заданной дистанции ведущего значения или параметра динамики
• Следящая синхронизация с помощью заданной дистанции ведущего значения
• При поступлении команды TO самостоятельно определяет начало синхронизации, чтобы выдержать заданные критерии.

Синхронная ось – Синхронизация

Сравнение функций синхронного хода между S7-1500 и S7-1500 T-CPU

Функции синхронного хода на примере формовочно-упаковочной машины

Синхронный ход с соединением по фактическому значению - Экстраполяция фактического значения

• Экстраполяция фактического значения при соединении по фактическому значению
• Фактическое значение как ведущее значение, напр., для внешнего энкодера или подключения на прекращающую вращение ось при ошибке
• Экстраполяция со стороны ведущего значения для компенсации задержки при обработке фактического значения
• „Следящее“ ведущее значение рассчитывается на основе уже известных значений
• Время экстраполяции имеет обусловленный ведущей и ведомой осью компонент (определяется системой)
• "Демпфирование" значений для экстраполяции через фильтры и поле допуска

Кулачковый синхронный ход

Точный позиционный кулачковый синхронный ход

• TO "Синхронная ось" и TO "Дисковый кулачок"
• Ведущее значение это заданное/фактическое положение ведущей оси или фактическое положение внешнего энкодера
• Возможность переключения ведущего значения
• Синхронизация на ведущее значение
• Синхронизация в соответствии с заданными командами
• Переключение дисковых кулачков на лету

Позиционируемая ось (позиционирование)

Программа пользователя:

• заданная позиция
• реферирование
• наложенное движение

TO формирует рампу разгона и торможения

TO управляет положением
Привод регулирует скорость -> Датчик положения нужен

Регулируемая по скорости ось (перемещение с управлением по скорости)

Программа пользователя:

• заданная скорость

TO формирует рампу разгона и торможения

Привод регулирует скорость -> Датчик положения не нужен

Контур управления - Управление по положению в контроллере

• Управление по положению в контроллере с тактом сервосистемы (MC-Servo)
• Регулирование скорости и тока в приводе
• Предуправление по скорости минимизирует зависящие от скорости ошибки рассогласования в управления по положению
• Симметрирующий фильтр замедляет заданное значение положения относительно предуправления по скорости

Контур управления - Управление по положению в приводе (DSC)

• Управление по положению в приводе с активированным DSC
• Регулятор положения с тактом контура управления по скорости (напр., с 125 мкс)
• Возможен значительно более высокий коэффициент усиления регулятора положения Kv и тем самым увеличенная динамика при задающем воздействии и устранении возмущающих воздействий для высокоскоростное приводов
• Возможность более длинных тактов для управления перемещением в контроллере

Кинематические функции

До 4 интерполируемых осей в кинематических системах

• TO "Kinematics"
• Готовые кинематические системы (Декартов портал, roller picker, Дельта-робот, SCARA, Шарнирная рука , Станок-трипод, Цилиндрический робот), а также определенные пользователем трансформации для интеграции собственных кинематических систем
• Линейное и круговое движение с управлением ориентацией (напр., вращение захвата) и скруглением
• Синхронное движение точка-точка
• Слежение за конвейером (Conveyor-Tracking)
• Программирование с функциональными блоками (напр., MC_MoveLinearAbsolute)
• Объектные системы координат, системы координат инструмента, контроль зон
• Динамическая адаптация

Ограничение момента и наезд на жесткий упор

Ограничение момента

• Настраиваемое ограничение силы/момента
• Необходима телеграмма 10x
• Настройка эффективности на стороне двигателя или
  нагрузки
• Установка единиц в зависимости от типа двигателя

Наезд на жесткий упор

• Подвод с ограниченным моментом
• Обнаружение жесткого упора через ошибку рассогласования
• „Зажим“ с неизменным заданным значением
• Зажимное усилие/момент могут изменяться
• Контроль нарушения или смещения жесткого упора

Поддерживаемые телеграммы PROFIdrive

Синхронизация движения между PLC

Плоское и каскадное распределение ведущего значения

Пример с обзором межсоединений

Сетевые конфигурации

• Один проект для всей конфигурации
• Все CPU / устройства в одной PN подсети
• Поддержка разных Servo тактов
• Ведущие и ведомые оси могут быть распределены по разным PLC в произвольном порядке

Трассировка проекта

• Координация трассировок по нескольким устройствам, поддержка нескольких CPU, поддержка различных типов устройств
• Отображение на общей схеме
• Поддержка разных источников запуска

Технологический объект "Kinematics"