如何实现跨SIMOTION项目的分步式同步运行

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一、功能概述
在运动控制应用中，如果控制轴数很多，需要多个SIMOTION控制器来进行控制，并且由多名工程师来完成不同项目的调试，但在不同项目的控制器间还需要进行轴的同步运行，那么就需要通过配置跨项目的分布式同步来实现上述要求。例如有两个SIMOTION控制器用来实现不同生产工艺段的控制，需生成两个项目由不同的工程师进行调试，第二个SIMOTION控制器中的轴需要与第一个SIMOTION控制器中的轴进行同步运行。本文以此为例，详细描述了通过 PROFIBUS DP 通讯来实现跨SIMOTION 项目轴的分布式同步运行的配置过程及编程方法。
从 SIMOTION V4.1 版本之后可以实现跨 SIMOTION 项目轴的分布式同步运行。如果需要配置不同项目中的主从对象的同步运行，则不可能实现两个对象的直接连接，只能通过项目中的代理对象来进行连接。
二、配置说明
在硬件组态中完成 PROFIBUS DP通讯网络配置。配置时，需定义跨SIMOTION设备用于分布式同步运行的输入及输出数据区。
在同一个项目中配置分布式同步运行时，系统会自动生成24 个字节的输入及24 个字节的输出。但在配置跨项目的分布式同步时，必须手动配置24 个字节的输入及24 个字节的输出数据区。
这种情况下，主对象的 SIMOTION 设备与从轴的SIMOTION 设备位于不同的项目中，如图1。n

图1.n

图1描述了同步运行连接关系，如果对象在同一个项目中，主对象和从轴的连接关系可以被直接关连（左图）；如果主对象及从轴位于不同的项目中，它们之间的连接关系必须通过代理对象来实现，它在每个项目中以外部对象的形式出现（右图）。n

代理对象
代理对象的使用意味着可以实现跨项目的分布式同步运行。在系统运行过程中，主对象和同步对象通过代理连接与直接连接实现分布式同步运行没有任何区别。
通过 PROFIBUS DP，在DP master 及 DP slave间进行数据交换。主对象的设备（主对象项目）被配置为 DP master，从对象的设备（从对象项目）被配置为 DP slave。
为了在“主对象项目”中配置与 DP slave 的数据交换，PROFIBUS 总线上的 DP slave 必须通过 GSD 文件来实现。n

二、代理对象

2.1 代理对象类型
有两种不同类型的代理对象：
• 外部主值代理 (外部主类型)：外部主值代理对象，可以与一个同步对象进行连接，位于从项目中。
• 外部同步运行代理(外部从对象类型)：外部同步运行的代理对象，位于主项目中。它可以与下列工艺对象类型进行连接：
– External encoder
– Following axis
– Positioning axis
– Path axis
代理对象间的通讯方式如图2 所示：n

图 2.n

2.2 连接的可能性
通常，代理对象最多只能与一个工艺对象相连接，图3表示可能的连接关系：n

图 3.n

为了连接多个同步对象至一个外部主值，必须通过虚轴创建一个附加的同步对象连接外部主值代理对象。在这种情况下，附加的虚轴的作用就象一个主轴源，用于多个同步运行。多个同步对象与外部主值相连接如图4所示：n

图 4.n

上述描述也适用于不同的主值用于外部同步运行的情况。这种情况下，必须建立一个附加的虚轴同步对象与主对象相连接，外部同步运行被分配至虚轴，见图5：n

图5.n

三、分布式同步运行的配置
本部分描述了如何创建及配置分布式同步运行的设备及对象并下载至控制系统中。其中包含：
• 通过SCOUT创建 SIMOTION 设备
• 在硬件配置中创建连接
• 创建同步运行连接
• 同步通讯接口
• 生成同步运行配置n

3.1 通过SCOUT创建 SIMOTION 设备
PROFIBUS 通讯配置
在主对象项目及从对象项目中建立 PROFIBUS DP 通讯：
• 建立及配置主对象项目
• 建立及配置从对象项目
• 建立通讯连接
• 同步通讯接口
• 连接外部主数据源n

3.1.1 建立及配置主对象项目
(1). 在 SIMOTION SCOUT中建立一个新项目，建立一个新的 SIMOTION 设备。此项目做为主对象项目（D435Master）。
(2). 打开硬件级态画面，新建一个DP通讯网络，设置 PROFIBUS 地址（图6），在“General”标签下点击属性按钮，选择“Actative constant bus cycle time ”并设置“constant DP cycle”（应与从对象项目中的设置相同），如图7。
注意：在从对象项目中必须保证代理设备的PROFIBUS地址与此处设定的地址相一致。n

图6n

图7n

(3). 设置操作模式为“DP Master”，选择 DP Mode为 DPV1，如图8。n

图8n

(4). 在主站中添加在从站（在HW目录- PROFIBUS DP- Additional field devices-PLC- SIMOTION下），见图9.n

图9n

(5). 配置从设备的槽：插入 12-word 模块用于从设备输入及12-word 模块用于从设备输出（图10）。
注意：在此配置的输入与输出必须与从设备中配置的输入与输出方向相反，也就是说在“从对象项目”中第一个槽配置为输入，那么在“主对象项目”中第一个槽则配置为输出。输入及输出的长度必须配置相同。输入及输出的地址必须大于 64。之后需要用这些地址来配置代理对象。
除了配置用于同步运行的数据区外，还可以配置用于项目数据交换的用户数据区如图10中的6号及7号槽的配置。n

图10.n

3.1.2 建立及配置从对象项目
(1). 在 SIMOTION SCOUT中建立一个新项目，建立一个新的 SIMOTION 设备。此项目做为从对象项目（D435Slave）。
(2). 打开硬件组态画面，新建一个DP通讯网络，设置 PROFIBUS 地址（图11，注意不要与主对象项目中的地址重叠），在“General”标签下点击属性按钮，选择“Actative constant bus cycle time ”并设置“constant DP cycle”（应与主对象项目中的设置相同），如图12。n

图11.n

图12.n

(3). 设置操作模式为“DP Slave”，选择 DP Mode为 DPV1，注意不要勾选“Programming, status/control or other PG functions and nonconfigured communication coection possible”，如图13。n

图13.n

(4). 对于 DP 通讯接口，添加 12-word 输入用于同步运行数据区，地址必须大于64。在DP接口属性画面中的配置中，单击“New”，打开定义新配置行的画面，进行如下设置：
– Address type: input
– Address: Select an available address.
– Length: 12
– Unit: Word
- Consistency: Unit
如图14。n

图14.n

(5). 添加DP通讯接口的 12-word 输出。步骤与4相同：
注意：之后在 SCOUT 中将需要这些设定的输入及输出地址来配置外部主值。
除了配置用于同步运行的数据区外，还可以配置用于项目数据交换的用户数据区。
(6) 配置代理 DP master:
此时必须创建一个DP主站以用于配置等时同步 PROFIBUS 总线。此DP主站仅用于做为代理，物理上并不存在。n

a. 在硬件组态画面中，创建一个新DP主站（硬件组态画面中，菜单“Station->new”），选择一个支持等时同步通讯的 SIMATIC S7 CPU （如CPU 319-3PN/DP），如图15。n

图15.n

b. 建立DP通讯与从站在同一个DP网络上，设置DP地址，此地址应与主对象中设置的地址一致，图16。n

图16.n

c. 设置DP操作模式为“DP master”。
d. 将硬件目录中的“PROFIBUS DP-> Configured station->C2xx/P3xx/D4xx Islave”拖曳至DP总线上，并配置主从站的通讯区（图17）。n

图17.n

(7).编译保存硬件组态后下载至CPU。n

3.2 驱动与轴的配置

3.2.1 在Scout中驱动的配置
在 Scout中，必须对驱动装置 (SINAMICS-integrated)进行配置，可在线或离线进行配置。具体配置方法请参见S120调试手册。
在Scout 中配置驱动后，通过“Control Panel”运行正常后可进行轴的配置。n

3.2.2 D435Master中轴的配置
在D435Master中配置一个虚拟主轴“Master_Axis”（图18)，D435Slave中配置的虚从轴与其实现分布式同步运行。n

图18n

表 1 虚主轴特性

3.2.3 D435Slave中轴的配置
在D435Slave中配置一个虚从轴“Slave_Axis”(图19)。n

图19n

表 2 虚从轴特性

3.3创建代理对象将“从对象项目”中虚轴与“主对象项目”中主虚轴进行分布同步运行

3.3.1 外部主值代理
(1). 在“从对象项目”中创建一个从虚轴。
(2). 在项目导航中选择同步对象，点击右键，选择“Expert > Insert external master value”（图20）。n

图20.n

创建的外部主值代理用于与同步对象的连接。n

3.3.2 外部同步运行代理
(1). 在“主对象项目”中创建主虚轴。
(2). 在项目导航中选择主虚轴，点击右键，选择“Expert > Insert external synchronous operation”（图21）。n

图21n

创建的外部同步运行代理用于与主对象的连接。
创建的外部同步运行代理及外部主值代理如图22所示：n

图22n

3.3.3 配置代理对象
对于分布式同步运行，如何在项目中配置代理对象：
(1) 对于代理对象，必须指定用于与外部SIMOTION设备进行交换同步运行数据的逻辑输入及输出地址。这些地址已在之前的硬件组态中配置了12个字的输入及12个字的输出。
(2)对于主从项目中主从轴代理对象的配置如图23，24所示。n

图23n

图 24.n

四、分布式同步运行编程

4.1同步通讯接口
在从站中使用分布式同步运行前，主从两个DP接口必须被同步。可以通过在从CPU 的“startup task”中调用系统函数 “ _enableDpInterfaceSynchronizationMode
(dpInterfaceSyncMode: =AUTOMATIC_INTERFACE_SYNCHRONIZATION) ”来实现通讯接口同步。如果两侧的通讯接口实现了同步，在从CPU的系统变量中可显示同步状态：“stateOfDpInterfaceSynchronization =DP_INTERFACES_SYNCHRONIZED”。
通讯接口同步程序，如图25所示，可将其分配至“Startup task”：n

图25n

4.2 电子齿轮同步MCC命令参数设置

图26,27为同步运行命令参数设置：n

图 26n

图 27n

表 3 将实轴与虚轴进行齿轮同步的参数设置

从轴与主轴解除齿轮同步,如图28:n

图 28n

表 4 从轴与主轴解除齿轮同步的参数设置

4.3 同步注意事项
当起动分布式同步运行时，必须确保主轴为“准备好”状态。如果未准备好即对从轴执行系统功能“_enableGearing()” ，则会导致命令中断并产生错误 "50102 Master is not assigned/configured or is faulty (reason: ... )"。n

4.4 D435Master程序说明
此程序包含主轴使能，回零，以50∘/S的速度运行，如图29所示，将此程序分配至“Montion Task”中。n

图29n

4.5 D435Slave程序说明
此程序包含主轴使能，回零，同步运行及去同步运行，如图30所示：n

图30n

4.6 编译及项目下载
配置及编程结束后，可将项目编译并下载至 SIMOTION。n

注意
SIMOTION 必须在 “Stop”模式而不是“Stop U”，在“Stop U”模式下不可以进行下载操作。n

4.7 项目操作
通过操作从项目中变量“Startgear”控制从轴的同步运行，操作主项目中的通过变量“startgear”控制主轴运行。n

五、程序参考实例
示例程序请参考附带文件：D435Master.zip ( 583 KB ) ，D435Slave.zip ( 559 KB ) 。

六、参考文献
1.SIMOTION SIMOTION SCOUT Technology Objects Synchronous Operation, Cam 32817445

关键词
SIMOTION、PROFIBUS DP、分布式齿轮同步。