西门子模拟量模块AE01

西门子模拟量模块AE01

调试SINAMICS S120驱动系统时，如果用户对SINAMICS S120的参数存储结构不熟悉，执行了错误的上传/下载操作，都会造成设置参数的丢失，对调试进度造成影响。比如：在线调试完成后却又执行了下载操作，造成调试结果被离线数据覆盖；又或调试完成后没有执行copy RAM to ROM操作就断电了，重新上电后设备还处于调试前状态；这些操作都使刚刚完成的调试工作付之东流。因此了解SINAMICS S120的存储结构以及每一个操作的意义是成功调试的前提。

SINAMICS S120 存储器分为两个部分：

• RAM：易失性存储器，数据断电即丢失，RAM位于控制单元内部，是设备自带的。
• ROM：即CF卡，数据可以*保持在CF卡上，CF卡是单独订购的。

对SINAMICS S120项目的操作分为两种：

• 在线模式（ONLINE Mode）：如果是在线进行操作，这是直接修改RAM里的数值，而PG/PC本地项目里的参数并没有更改。
  注：PG，Programmer西门子编程器；PC，Personal computer个人电脑。
• 离线模式（OFFLINE Mode）：如果是离线进行操作，就是对本地项目的参数进行修改，不会影响设备数据。

2 SINAMICS S120存储器与PG/PC之间的几种操作

PG/PC、RAM和ROM之间可进行的操作大致分为以下5种，如图1：

图1.PG/PC、RAM和ROM之间的操作

具体每一步操作的意义如下：

①Download下载。
从PG/PC到RAM(Download CPU/ drive unit to target device)，就是在线执行下载操 作，将PG/PC的参数设置传给控制单元CU，如图2。Scout或Starter工具栏上有两个下载按钮。左边的黄色下载按钮是对该项目里所有在线设备的所有数据进行下载。右边的下载按钮是对所选在线设备的所有数据进行下载，一般选择右边的下载按钮。

图2.下载操作

②Upload上传
从RAM到PG/PC(Load CPU/ drive unit to PG)，就是在线执行上传操作，将控制单元里的参数设置传到PG/PC，如图3。

图3.上传操作

③Copy RAM to ROM
从RAM到ROM(Copy RAM to ROM)，把参数保存到CF卡上。RAM里的参数断电后会丢失，因此虽然配置好的参数已经正确下载到控制单元，但还需要执行该操作来保证掉电后再上电，机器能正常工作，如图4。如果是通过BOP面板进行调试，调试参数也都存在RAM里，也需要保存参数的设置。具体操作是当修改完参数面板上出现“S”字样，按住P键保持3秒，面板出现闪烁，表示参数已经开始存储。或者通过设置CU的参数：P0009=0，P0977=1来执行。

图4.Copy RAM to ROM操作

④Power up
从ROM到RAM，上电后CU会自动将保存到CF卡上的参数装载到RAM。

⑤Load to file system
从PG到CF卡(Load to file system)，这个操作可以在没有CU的情况下，将S120项目下载到CF卡 (需要一个CF卡读卡器)，如图5。

图5.Load to file system

3 Sinamics S120存储器正确操作举例

这里以三相异步电机的矢量控制从自动配置开始到完成优化这一过程为例，说明SINAMICS S120存储器正确的操作方法。
⑴.在线连接设备，执行Automatic configuration，系统会自动上传②配置数据。
⑵.自动配置完成后，还需离线配置三相异步电机、编码器等参数。然后在线，执行下载①操作，将配置的参数传到控制单元。 下载①的时候可以勾选After loading copy RAM to ROM③，也可以稍后执行。
⑶.然后是对电机的静态和动态识别、BICO连接等设置，这时的操作是在线进行的。一定不要执行下载①，正确的做法是上载②到PG/PC，然后保存项目。
⑷.最后再执行Copy RAM to ROM③，配置优化完后的参数就保存到CF卡里了。断电再上电系统自动从ROM导出配置到RAM④，依然正常工作。

1问题的提出

1.1 如何扩展**值编码器的测量范围
在运动控制系统中，经常使用**值旋转编码器作为位置反馈，**值编码器具有返回值与实际位置一一对应、断电后位置信息不丢失等优点，在使用时给用户带来了很多方便，比如在设备重新上电时，不需要重新寻找参考点（回零）。
不过**值旋转编码器也有缺点，不管是单圈**值编码器，还是多圈**值编码器，它的测量范围都是有限的。如果负载不停地单方向运行，那么一定会造成编码器返回值溢出，此时编码器的值又重新返回零，周而复始。此时如果设备重新上电，编码器返回值是不包含溢出次数信息的，所得到的位置值也是不可用的。

图1 **值旋转编码器的返回值与负载位置的关系

问题1：在使用SINAMICS S120进行位置控制时，在采用**值编码器作为位置反馈时，如果负载行程较长，**出了**值编码器的测量范围，那么在设备重新上电时，编码器的返回位置r0483与负载实际位置是不匹配的。此时应该如何扩展**值编码器的测量范围，正确地读取负载的位置？

1.2 如何正确使用测量齿轮
在一些场合会使用测量齿轮改变电机或负载的转速特性，以便于速度或位置的测量，如图2所示为一个齿轮比为1：3的测量齿轮。如果所用的编码器为**值编码器，那么在发生溢出时，编码器返回值的零点与电机/负载的零点就出现偏移，偏移量的大小取决于齿轮比。一旦编码器返回值发生溢出，负载的实际位置值就不可用了。

图2 测量齿轮示意图

举一个例子，在使用图2的测量齿轮时，假设所用的编码器是一个8圈的**值编码器，那么默认情况下，编码器返回位置、电机/负载的角度、编码器的角度随时间变化的关系如图3所示。

西门子模拟量模块AE01
图3 编码器返回位置、电机/负载角度、编码器角度的关系

从图3可以看出，在编码器旋转8圈以后发生溢出，每次溢出后编码器返回值的零点与电机/负载的零点会有1/3圈的偏移，在发生溢出以后编码器返回的位置值就不可用了。在溢出3次以后，编码器返回值零点与电机/负载零点又重合了。

问题2：在使用SINAMICS S120进行位置控制时，在采用**值编码器作为位置反馈时，如果使用了测量齿轮，那么如何在编码器溢出时，也能正确读取电机/负载的实际位置？

2 SINAMICS S120位置跟踪功能的使用

2.1 SINAMICS S120位置跟踪功能概述
SINAMICS S120位置跟踪（Position Tracking）可用于：

? 扩展**值编码器的测量范围
? 在使用测量齿轮时，正确计算负载的位置

该功能可通过参数P0411.0来激活，激活以后，编码器溢出的次数信息会被保存在断电保持数据区中，这样即使编码器返回值发生溢出，即使设备重新上电，也可以重新根据编码器溢出次数和当前返回值计算出负载的当前位置。

图4 测量齿轮和编码器的示意图

**值编码器位置实际值保存在参数r0483中，r0483是一个无符号32位数，需要激活编码器的控制字中*13位（GnSTW.13）才会将编码器的实际值显示在r0483中。如果P0411.0＝0，那么位置跟踪功能未被激活，此时r0483中的位置值由以下数据构成：

? 编码器每转脉冲数P0408
? 编码器信号细分位数P0419
? 编码器圈数P0421

如果P0411.0＝1，那么位置跟踪功能被激活，此时r0483中的位置由以下数据构成：

? 编码器每转脉冲数P0408
? 编码器信号细分位数P0419
? **值旋转编码器虚拟圈数P0412
如果没有测量齿轮，编码器的圈数即为P0421的值，如果P0421太小，不满足负载行程要求，那么可以通过放大P0412来扩展**值编码器的位置测量范围。
? 测量齿轮比P0433/P0432

2.2 扩展**值编码器测量范围的参数设置
要扩展**值编码器的测量范围，可以在配置向导中编码器配置画面上进行设置。使用STARTER软件打开项目，在Config DDS的配置向导中，在配置编码器数据时，点击Details按钮，如图5所示。

图5 编码器配置画面

在弹出的对话框中Details选项卡中，选择激活位置跟踪功能，并在虚拟圈数P0412中输入需要的值，如图6所示。配置完毕后，下载数据并保存。

图6 激活位置跟踪功能

另外也可以在ONLINE情况下，通过参数表直接设置。使用PG/PC连接设备，在STARTER软件中连接在线后，通过驱动器的Expert List打开参数列表，依次设置以下参数即可。

P0010＝4， Encoder Commissioning 编码器调试
P0411.0＝Yes， Activate Position Tracking 激活位置跟踪功能
P0412＝600， Set Virtual Revolution 设置虚拟圈数，根据实际情况调整
P0010＝0， Ready 返回就绪状态

2.3 使用测量齿轮时的参数设置
针对1.2节中的例子，编码器每溢出一次，都会在电机/负载侧产生1/3圈的偏移，每溢出3次以后，编码器零点与电机/负载的零点重新吻合。在编码器溢出时，电机/负载的位置就可能不正确了。
此时需要激活位置跟踪功能，并设置测量齿轮的齿轮比P0433和P0432，如图7所示。本例中**值编码器是一个8圈的**值编码器，所以P0412=8。

图7 测量齿轮的参数设置

这样可以扩展位置值r0483的表示范围（如图8所示），在使用测量齿轮时，即使发生编码器返回值溢出，也能正确指示电机/负载的实际位置。

图8 位置跟踪功能激活后的位置值