西门子CPU1512C-1 PN处理器

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西门子CPU1512C-1 PN处理器

S7-1500自动化系统具有模块化的结构，可包含最多 32个模块。 它拥有丰富的模块，且这些模块
均可以独立地组合使用。S7-1500自动化系统支持单层配置，其中的所有模块均安装在一个安装导
轨上（请参见手册以了解前提条件）。一个系统包含下列组件：控制器：CPU 具有不同性能等级，
并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET和PROFIBUS 接口，用于连接分布式 I/O 或用于编程
设备、操作装置、其它 SIMATIC 控制器或第三方设备间的通信。用于数字量和模拟量输入/输出的
信号模块。工艺模块用于高速计数、位置检测或测量等功能。通信模块和通信处理器可通过通信接
口将控制器进行扩展根据要求，也可使用下列模块：在CPU 向背板总线的输出对于所有连接的模块
来说不够充分的情况下，电源模块 (PS) 通过背板总线为 S7-1500 模块的内部电路供电。用于将 
SIMATICS7-1500连接到120/230VAC电源的负载电源模块 (PM)。接口模块用于连接基于S7-
1500 的分布式 I/O。简单的设计使得 SIMATIC S7-1500 十分灵活，便于维护。集成背板总线集
成的背板总线；背板总线集成在模块上。 模块通过 U 形连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。 
可以节省安装时间。 不久将会提供具有“无响应热插拔”功能的有源背板。模块组装在S7-1500 安
装导轨上：具有各种长度，包括切割至定长的型号。 由于具有集成式 DIN 导轨，可以卡装广泛的标
准部件，如附加端子、小型断路器或小型继电器。性能可靠，接线方便：I/O 信号是通过统一的40 
针前连接器来连接的。 信号模块和前连接器之间具有机械编码，可防止因意外的错误插入而对电路
造成破坏。为了对前连接器进行简单接线，可将该连接器置于“预接线位置”。 在此位置上，插头尚
未与模块电路接触。 此位置还可用于在运行过程中进行改动。 用户可借助于前盖内侧的一个印制电
缆连接图进行连接。前连接器作为带螺钉型端子或推入式端子的型号提供。 两个型号都可以连接线
芯截面积为 0.252~ 1.5 mm2（AWG 24 ~ AWG 16）的导线。另外，数字量信号模块可通过 
TOP Connect 进行系统接线。 通过 TOP Connect，可以快速而清晰地连接到现场的传感器和执
行器，并可在控制柜中进行简便接线。对于模拟量模块，可以直接在模块上进行屏蔽；随模块提供
了一个屏蔽连接套件，无需工具即可进行安装。针对 S7-1500 的信号模块提供了标签条。可使用
一台标准激光打印机来打印这些 DIN A4 标签纸上的标签。 可以从 TIA Portal 进行自动打印，而
无需重新输入符号或地址。 通过这些标签条的设计形式，可为通道或诊断显示 1:1 分配标签。 如
果前盖打开，则诊断显示到端子的这种 1:1 分配会保留。可变和可扩展的站配置：信号模块和通信
处理器可以不受限制地以任何方式连接。 系统可自行组态。较大配置包括带有31个模块（30 个
模块 + 1 个电源）的 CPU。

西门子CPU1512C-1 PN处理器

程序设计的一些说明。

　　1)关于高速输入端子。对于选用的FXlN-24M来说，不同输入端子的输入频率上限是不同的：最低的，如X4、X5只有7kE引。如对GSK928TA数控车来说，刀架快速移动的速度设置为3 000mm／min时，此时其对应的数控系统的输出频率为5 333 Hz，并不超过PLC的X4、X5端口的频率上限7 kHz。若数控系统的CPU指令发出的脉冲信号频率超过PLC的X4、X5端口的高频率7k，其后果只会导致脉冲信号丢失漏记，不会影响到PLC对电机转速或刀具移动速度是否为“快速”的判断。

　　2)关于CMP指令中比较常数K值的设定问题。对于GSK928TA的Z轴，数控车Z轴的脉冲当量为0．01 mm，当快速进给的速度为1 000mm／mim时，即要求在1 min的时间内发出1×105个脉冲，即脉冲频率应为1 777．7 Hz，这样在5 ms内可检测的脉冲个数约为9个。由于切削进给速度一般在150 mm／min以下，此时在时基常数K设定为5 ms的时基内可检测的脉冲个数最多只有2个。考虑留有一定的安全裕度，在这里设定比较常数K值为3，实际过程中可根据实际随时通过修改程序进行调整。

　　X轴基于与Z轴类似的分析，同样设定比较常数K值为3。

　　程序在系统控制试验中运行正确。

 　　
接近开关警戒距离的设计

　　当控制系统判别要出现撞刀事故时，此时电机应进行紧急制动。为防止撞刀，显然应要求系统总的制动距离小于警戒距离。接近开关警戒距离主要根据系统总的制动距离来进行设定。

　　系统总的制动距离A由2个因素决定：一是控制系统的响应延时；二是克服执行机构惯性所必须的制动距离。响应延时的大小与具体的控制系统设计息息相关，而制动距离除与惯性大小有关外，还与其制动力矩有很大的关系。下面对此做出进一步的分析。

　　　3.1.2 功放电路中锁相延时td2

　　在功放电路中，各个晶体管的开通时间一般在1tds以下，光耦PC上升速度响应时间约为几十微秒，若采用高速光耦则只需几微秒。因此功放电路中锁相延时主要是锁相电流的上升时间，对于步迸电机绕组，锁相电流的上升时间t可由公式(1)计算：

　　式中：i为电机锁相电流，亿为绕组驱动电压，Rα为绕组电阻和限流电阻之和，L为绕组电感。对于GSK928TA的Z轴电机，采用DF3A系列驱动器，其Vα=310 V，R。为3.5 Q，由此可计算得t为0.486 ms。据此估算屯：约为0.5 ms。

　　3.2 步进电机制动距离分析

　　步进电机制动距离与具体电机种类、型号及执行机构惯量等有关，下面以GSK928TA数控车系统的三相反应式步进电机为例分析其制动问题。

　　对于步进电机，当电机转过1相绕组时存入电动机中的磁能为