SIMOTION项目实战 D435 Beginner1概述 本文档通过一个实际项目来介绍SIMOTION项目组态、配置和编程的过程。在SIMOTION SCOUT软件的安装包里提供了一个供初学者学习的项目“D435_BEGINNER”，该项目位于软件光盘路径. Utilities_ApplicationssrcExamplesExampleForBeginners文件夹内，该项目提供了完整的项目文 件和介绍文档，该项目可以在SIMOTION D435 演示设备上模拟运行。图1 项目实战图示 该项目要实现的功能是将生产线上的空盒子吹出生产线，其工作过程如下：按下起动按钮后，盒子在传送带上从上游运输到下游，如果在运输途中被检测出是空的， 那么载有喷嘴的吹出器会跟随空盒子运动，建立同步以后在指定的位置打开喷嘴将空盒子吹出传送带，然后吹出器重新返回等待位置。在运行过程中，如果安全门被 打开，那么生产线立即停止，在安全门关上以后，又自动恢复运行。复位起动按钮后，生产线停止。该项目中使用的运动控制功能有： 齿轮同步Gearing 凸轮同步Camming 快速点输出Output Cam2项目中使用的硬件和软件2.1项目中使用的硬件 项目使用的硬件基于SIMOTION D435（可以转换到其他SIMOTION硬件），具体的产品如下表所示。编号名称数量订货号/备注1SIMOTION D43516AU1435-0AA00-0AA12CF卡16AU1400-2PA01-0AA03SIMOTION多轴授权包16AU1820-0AA43-0AB04端子板TB3016SL3055-0AA00-2TA05智能型电源模块SLM 5KW16SL3130-6AE15-0AB06双轴电机模块DMM 21.6KW16SL3120-2TE13-0AA37传送带电机11FK7022-5AK71-0LG08吹出器电机11FK7022-5AK71-0AG09起动按钮1数字量输入，常开点10安全门1数字量输入，常闭点11空盒子传感器1数字量输入，常开点12吹出器喷嘴阀门1数字量输出13连接电缆若干动力电缆、信号电缆等表1 本项目所使用的硬件列表2.2项目中使用的软件编号名称版本1Windows XPSP3, Professional2STEP7V5.5 SP2 HF13SIMOTION SCOUTV4.3 SP1 HF34WinCC Flexible2008 SP2 Upd125SIMOTION D435 FirmwareV4.3，with SINAMICS V2.6.2表2 本项目所使用的软件列表3项目配置 SIMOTION SCOUT项目的基本配置步骤如下：1. 配置驱动器2. 配置工艺对象TO3. 编写程序并分配执行系统4. 连接HMI设备3.1配置驱动器 本项目中有两台电机，由双轴电机模块驱动，可以参考下载中心应用文档编号A0309（视频教程）来完成驱动器配置文档名称SIMOTION D435调试入门，其下载网址如下：http: /www.ad.siemens.com.cn/download/searchResult.aspx?searchText=A0309配置完成以后，可以将驱动重命名为conveyor和eject，项目如下图所示：图2 项目配置 配置完成以后，重新进行对SIMOTION和SINAMICS进行下载并保存数据（Copy RAM to ROM）。此时本项目中SINAMICS_Integrated的基本配置已结束，接下来的工作需要在SIMOTION D435中继续配置。3.2配置工艺对象TO SIMOTION运行系统摒弃了传统的面向各种功能的执行方式，采用了更为先进的面向对象的方式，而每一个对象即为各种不同类型的TO （Technology Object，工艺对象）。这些TO被用于工艺和运动控制，每个TO都集成了特定的功能，例如，一个轴TO包含了与驱动的通讯功能、测量值的处理功能、位 置控制功能。在组态的时候这些TO被创建并进行参数化之后，便可以在SIMOTION系统的内核中运行了，在用户程序中编写合适的命令就能够使用TO的各 种功能。除了轴TO以外，外部编码器、同步操作、CAM曲线等等都可以配置成一个TO。每个TO都独立地处理各自的任务，同时输出相应的状态信息，如下图 所示。图3 SIMOTION中TO示意图 本项目中有两个实轴Conveyorbelt和Ejector，分别对应SINAMICS_Integrated中的两个驱动conveyor和 eject。另外，为了提高系统可靠性，我们引入一个虚轴作为整个系统的主轴MasterAxis，Conveyorbelt轴与MasterAxis轴 作齿轮同步，Ejector轴与Conveyorbelt轴作凸轮同步，凸轮曲线需要根据工艺绘制。快速点输出（CamOutput TO）根据Ejector轴的位置控制吹出器的喷嘴。所以本项目中使用的TO有： 轴TO：MasterAxis、Conveyorbelt、Ejector 齿轮同步TO：Conveyorbelt与MasterAxis之间的齿轮同步 凸轮TO：Ejctor与Conveyorbelt之间的位置凸轮曲线 凸轮同步TO：Ejector与Conveyorbelt之间的凸轮同步 快速点输出TO：Valve，由Ejector的位置决定喷嘴的通断3.2.1轴TO的配置 在创建轴TO的过程中，需要指定轴的名称、类型、工艺、单位、连接的驱动、编码器等信息。根据工艺要求，需要配置的三个轴的属性如下表所示。名称Name类型Type工艺Technology连接的驱动DriveMasterAxis虚轴，旋转轴位置轴无Conveyorbelt实轴，旋转轴跟随轴ConveyorEjector实轴，直线轴跟随轴Eject表3 本项目中轴TO的属性 1. 创建虚主轴MasterAxis，步骤如下。AXES，双击insert axis可以插入一个轴。在弹出的窗口中配置轴的名称为MasterAxis，工艺为Positioning（即为位置轴）。 在离线情况下，在SCOUT软件中依次打开D435图4 插入轴点击OK进入下一步，选择轴的类型为旋转轴Rotary、虚轴Virtual，单位采用默认值。图5 选择轴类型点击Next进入最后一步，这里可以看到所有配置的摘要信息，点击Finish结束配置。图6 轴配置完成 2.创建实轴Conveyorbelt，步骤如下。AXES，双击insert axis可以插入一个轴。在弹出的窗口中配置轴的名称为Conveyorbelt，工艺为Synchronous operation（即为跟随轴）。 在离线情况下，在SCOUT软件中依次打开D435图7 插入同步轴点击OK进入下一步，选择轴的类型为旋转轴Rotary，电气轴Electrical，模式为标准轴Standard，单位采用默认单位。图8 选择轴类型点击Next进入下一步，选择需要连接的驱动为SINAMICS_Integrated中的conveyor。图9 选择轴的驱动点击Next进入下一步，编码器的数据会自动识别出来，默认选择使用的编码器为驱动器的Encoder_1，该编码器为绝对值编码器。图10 选择轴的编码器点击Next进入最后一步，这里可以看到所有配置的摘要信息，点击Finish结束配置。图11 结束轴配置打开ConveyorBelt轴得机械配置部分进行模态轴的组态：图12 组态轴参数设置该轴为模态轴：图13 配置模态轴 3.创建实轴Ejector，注意修改轴的类型为直线轴，回零方式修改为编码器零脉冲（Encoder zero mark only），Conveyorbelt使用的是绝对值编码器，所以无需设定回零模式。图14 配置Ejector轴的回零步骤与Conveyorbelt基本相同，这里不再赘述。保存并且编译下载后，可以使用控制面板对实轴进行测试。3.2.2齿轮同步TO的配置 在轴TO配置完成以后，需要配置跟随轴Conveyorbelt与主轴MasterAxis的互联，在SCOUT软件中，依次打开D435AXESConveyorbeltConveyorbelt_SYNCHRONOUS_OPERATION(Conveyorbelt_GLEICHLAUF)，双击其中的Interconnections，在右侧窗口选择使用虚主轴MasterAxis的设定值Setpoint。图15 同步配置3.2.3凸轮TO的配置 在配置Ejector轴与Conveyorbelt轴之间的凸轮同步操作之前，需要先定义凸轮曲线。根据工艺要求，如果检测到有空盒子，那么 Ejector轴开始跟随传送带移动，在1mm处建立同步以后，喷嘴打开吹出吹盒子，然后在4mm处关闭喷嘴，同时Ejector轴开始返回初始位置。这 个操作过程中，Ejector轴与Conveyorbelt轴的位置关系可以用下面的曲线(横纵坐标显示为位置)来描述。图16 凸轮曲线 第1段：建立同步过程中 第2段：已建立同步 第3段：返回初始位置 可以使用凸轮绘制工具CamTool来绘制这条曲线，CamTool软件需要预先安装好。在SCOUT软件中，依次打开D435CAMS，双击Insert cam with CamTool即可打开编辑器，输入CAM曲线的名称为CAM_Ejector。如果没有安装CamTool软件，也可以通过描点法插入这条CAM曲线，本文档以CamTool为例进行说明。图17 创建CAM曲线 在编辑窗口插入两个插补点和一个线段。点击工具栏上的插补点工具 ，在起点和终点附近插入两个插补点，使用直线工具 在两个插补点之间插入一条直线。图18 创建CAM曲线 在画出雏形以后，使用工具栏上的箭头工具 ，设定插入的各个对象的参数。双击第一个插补点，在弹出的属性窗口中指定其参数为x=0，y=0。同理可以设定直线段和第二个插补点的参数，如下图所示。图19 设定插入各个对象的参数 在参数修改完成以后，曲线如图20所示：图20 完成后的CAM曲线 最后指定坐标的范围，在工作区的右键菜单中选择Target Device Parameters，在Scaling选项卡中设置主轴范围为360，从轴范围为10，如下图所示。这样，就将Ejector轴与 Conveyorbelt轴的位置对应了起来，在Conveyor轴到36（0.1）时，Ejector轴到达1mm（0.1）位置，此时即已建立同 步，同理在4mm（0.4）位置处开始解除同步，并返回初始位置。图21 指定坐标的范围3.2.4凸轮同步TO的配