IM174接口模块介绍

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在PLC与Simotion的应用中,有时需要模拟量调速或者步进电机驱动,IM174为其提供了一个设定通道、4个编码器的反馈通道以及数字量输入/输出接口。其中设定通道中含有4个模拟量输出与4个脉冲输出,模拟量输出用来控制伺服驱动器,脉冲输出可以驱动4个步进电机。
IM174集成Profibus DP接口,具有相应的报文结构:标准报文3。对于IM174,仅仅支持周期性通讯,不支持非周期性通讯。周期性通讯过程中,IM174接收驱动编码器返回的实际速度通过Profibus传输给控制器PLC或Simotion, 控制器在完成运算后将速度设定通过Profibus通讯输出给IM174, 然后再通过模拟量通道输出给驱动。
IM174的控制器可以为SimotionC、SimotonD、SimotionP、TCPU或者是普通的PLC。其中SimotionC本身也有含4个模拟量输出的设定值通道与4个编码器反馈通道。通过扩展一个IM174就可以驱动8个带模拟量接口的驱动器。n

IM174接口模块介绍

IM174可以控制模拟量驱动器(simodrive 611U),步进电机,还有第三方带模拟量接口的驱动。
IM174可以连接的编码器类型有TTL与SSI编码器。
其外形如图2所示:n

1 ON/EXCH/TEMP/RDY IM174的状态诊断灯
2 Bus address Profibus地址设定开关
3 24 VDC 24V电源接口
4 X1 Profibus DP接口
5 X2 4个轴的0-10V模拟量输出以及4个脉冲输出(用于控制步进电机)
6 X3 轴1编码器接口
7 X4 轴2编码器接口
8 X5 轴3编码器接口
9 X6 轴4编码器接口
10 X10 数字输入接口
11 X11 数字输出接口
12 数字输入输出的状态显示

IM174接口模块介绍
IM174设定值通道为50针的接口,其中包括4个轴的模拟量输出;4个轴的使能信号;4个轴的状态输出继电器以及4个步进电机的脉冲输出。如下表所示:n

名 称 类 型 功能
1 SW1 VO 轴一的模拟量设定(0-10V)
2 BS2 VO 轴二模拟量设定的参考地
3 SW3 VO 轴三的模拟量设定(0-10V)
4 BS4 VO 轴四模拟量设定的参考地
5 PUSLE 1 O 脉冲轴一(步进)的输出
6 DIR1 O 轴一的方向
7 PULSE2_N O 脉冲轴二(步进)的N端
8 DIR2_N O 轴二方向的N端
9 PUSLE 3 O 脉冲轴三(步进)的输出
10 DIR3 O 轴三的方向
11 PULSE4_N O 脉冲轴四(步进)的N端
12 DIR4_N O 轴四方向的N端
13 - - -
14 RF1.1 K 轴一使能的继电器输出1
15 RF2.1 K 轴二使能的继电器输出1
16 RF3.1 K 轴三使能的继电器输出1
17 RF4.1 K 轴四使能的继电器输出1
18 Enable1 O 轴一使能
19 Enable 1_N O 轴一使能的N端
20 Enable 2 O 轴二使能
21 Enable 2_N O 轴二使能的N端
22-25 ground O 地端
26 Enable 3 O 轴三使能
27 Enable 3_N O 轴三使能N端
28 Enable 4 O 轴四使能
29 Enable 4_N O 轴四使能N端
30-33 - - -
34 BS1 VO 轴一模拟量设定的参考地
35 SW2 VO 轴二的模拟量设定(0-10V)
36 BS3 VO 轴三模拟量设定的参考地
37 SW4 VO 轴四的模拟量设定(0-10V)
38 PULSE1_N O 脉冲轴一(步进)的N端
39 DIR1_N O 轴一方向的N端
40 PULSE2 O 脉冲轴二(步进)的输出
41 DIR2 O 轴二的方向
42 PULSE3_N O 脉冲轴三(步进)的N端
43 DIR3_N O 轴三方向的N端
44 PULSE4 O 脉冲轴四(步进)的输出
45 DIR4 O 轴四的方向
46 - - -
47 RF1.2 K 轴一使能的继电器输出2
48 RF2.2 K 轴二使能的继电器输出2
49 RF3.2 K 轴三使能的继电器输出2
50 RF4.2 K 轴四使能的继电器输出2

以simodrive611A为例,采用四路模拟量设定,连接如下图:n

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如果用IM174来驱动步进电机,则需要将设定通道与步进电机的驱动模块相连,如西门子的驱动模块为FM- STEPDRIVE。两种连接共用一根电缆,但连接端子号不同。n

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编码器接口
X3,X4,X5,X6分别为轴一,二,三,四的15针编码器反馈接口,能接编码器的类型有TTL增量编码器(RS422)与带SSI接口的绝对值编码器。n

针号

定 义 类 型 功 能
增量式(TTL) 绝对值(SSI)
1 无定义 - -
2 -CLS OSSI 移位时钟
3 -CLS_N OSSI移位时钟反向
4 P5EXT VO5V供电电压
5 P24EXT VO24V供电电压
6 P5EXT VO5V供电电压
7 MEXT VO供电电源参考地
8 - - -
9 MEXT VO供电电源参考地
10 N I零脉冲信号
11 N_N I负零脉冲信号
12 B_N I负的B脉冲通道
13 B IB脉冲通道
14 A_N I负的A脉冲通道
- DATA_N I负的SSI信号
15 A IA脉冲通道
- DATA ISSI信号

IM174的报文结构如下,其中每一个轴所对应的报文结构STD3又可以分解如下:
从IM174传输给PLC的状态字:n

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PLC发给IM174的控制字:n

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另外,I word 与 Q word所对应的含义如下:n

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从IM174的报文结构我们可以看出,我们可以通过IM174对驱动实现速度控制,也可以在上位机中来实现位置控制,但是位置控制精度不高。同Simotion C230相比,两者位置控制示意图如下:n

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C230闭环位置控制

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上位机扩展IM174接口实现位置控制
可以看出,通过IM174接口的位置控制,比C230多一个数据传输环节,这会给控制回路带来时间上的延迟,因此其定位精度不高。
在SOUT或者STEP7中组态IM174:
在硬件组态中插入IM174, 会自动弹出以下画面,选择4个轴的标准报文3。

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如上图所示,我们选择了四个轴的标准报文3,从PQW532开始的5个字为第一个轴的控制字,从PIW532开始的9个字为第一个轴的状态字,其它轴依次类推。
激活时钟同步

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需要注意的是从站的DP循环周期必须要同主站的DP循环周期一致。
Ti的设置范围:DP cycle >= actual value acquisition >= base time
To的设置范围:DP cycle >= setpoint accept. >= equidist. master cycl. component + base time
在DP组态过程中设置编码器属性:

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编码器相关参数

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举例(12-bit multiturn, 13-bit single-turn)

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在TCPU中或Simotion中组态轴时也需要对编码器参数进行设置:

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具体含义如下:
Number of encoder pulses:编码器脉冲数
Number of data bits:编码器有用数据长度
Multiplication factor of the absolute actual value (Gn_XIST2): 绝对值编码器设定值为1
Multiplication factor of the cyclic actual value (Gn_XIST1):编码器分辨率的保留位,2^(Step 7, HW Config: "Reserved bits for fine resolution") =211 = 2048

其它功能:
Measuring input
IM174模块支持快速输入点的上升沿与下降沿触发,但不能同时测量上升沿与下降沿。此功能要用到IM174的数字输入点,通常借助于端子26,27来完成此任务。

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Homing using encoder zero mark and homing output cam
在上位机中作定位控制时,我们可以利用IM174来实现轴的回零点,回零点的方式可以选择编码器零脉冲与外部粗脉冲。

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IM174的数字输入点为我们提供了粗脉冲的输入点:

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另外,IM174还为上位机提供了四个驱动器的状态点:

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关键词
IM174

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