西门子主机模块6ES7314-6CH04-0AB0

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产品基本常识 1. 人机界面产品的定义

1.连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。HMI为英文Human-Machine Interface的缩写。

2. 人机界面（HMI）产品的组成及工作原理 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JB－HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件"，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件"下载到HMI的处理器中运行。 图1 人机界面硬件构成 图2 人机界面软件构成

3. 人机界面产品的基本功能及选型指标
基本功能： 设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等；
数据、文字输入操作，打印输出；
生产配方存储，设备生产数据记录；
简单的逻辑和数值运算；
可连接多种工业控制设备组网。
选型指标： 显示屏尺寸及色彩，分辨率；
HMI的处理器速度性能；
输入方式：触摸屏或薄膜键盘；
画面存贮容量，注意厂商标注的容量单位是字节（byte）、还是位（bit）；
通讯口种类及数量，是否支持打印功能。

4. 人机界面产品分类 薄膜键输入的HMI，显示尺寸小于5.7ˊ，画面组态软件免费，属初级产品。如POP－HMI 小型人机界面；
触摸屏输入的HMI，显示屏尺寸为5.7ˊ～12.1ˊ，画面组态软件免费，属中级产品；
基于平板PC计算机的、多种通讯口的、高性能HMI，显示尺寸大于10.4ˊ，画面组态软件收费，属产品。

5. 人机界面的使用方法 明确监控任务要求，选择适合的HMI产品；

数控机床中英威腾伺服电机驱动器操控按其结构可分成开环操控和闭环操控。假如详细分类，开环操控又可分为普通型和反应补偿型，闭环（半闭环）操控也可分为普通型和反应补偿型。
1.闭环操控
因为开环操控的精度不能很好地满意机床的要求，为了提高英威腾伺服驱动器的操控精度，根本的办法是选用闭环操控方法。即不光有前身操控通道，并且有检测输出的反应通道，指令信号与反应信号比较后得,到偏差信号，形成以偏差操控的闭环操控体系。
2.反应补偿型开环操控
开环体系的精度较低，这是因为英威腾伺服驱动器的步距差错、起停差错、机械体系的差错都会直接影响到定位精度。应选用补偿型进行改进，这种体系且有开环与闭环两者的优点，即具有开环的稳定性和闭环的精,确性。不会因为机床的谐振频率、匍匐、失动等引起体系振荡。反应补偿型开环操控不需要空隙补偿和螺距补偿。
3.反应补偿型的半闭环操控
这种伺服电机驱动器操控补偿原理与开环补偿体系相同，由旋转变压器和感应同步器组成的两套独,立的测量体系均以鉴幅方法作业。该体系的缺点是本钱高，要用两套检测体系，优点是比全闭环体系调整容易，稳定性好，适合用做高精度大型数控机床的进给驱动。
4.半闭环操控
关于闭环操控体系，合理的规划可以得,到牢靠的稳定性和很高的精度，可是直接测量作业台的方位信号需要用如光栅、有磁尺或直线感应同步器等设备、维护要求较高的方位检测设备。通过对传动轴或丝杠角位移的测量，可间接地取得方位输出量的等效反应信号。因为这部分传动引起的差错不能被闭环体系中不包含从旋转轴到作业台之间的传动链，因而这部分传动引起的差错不能被闭环体系主动补偿，所以称这种由等效反应信号构成的闭环操控体系为半闭环伺服驱动器，这种操控方法称为半闭环操控方法

工具条说明

(1)指令工具条

指令工具条(Instruction)工具按钮如下：

(2)标准工具条

标准工具条(Standard)工具按钮如下：

(3)调试工具条

调试工具条( Debug)工具按钮如下：

 监控通信结果
对S7-1200和S7-300都组态和编程后，下载所有组态及程序并搭建好网络后，首先在在S7-1200中将M8.0置位为1，然后再在S7-300中将M8.0置位为1，两个站的“TCON" 被激活，建立两个站之间的ISO on TCP连接。
连接正常建立后，即可以进行数据的交换。在S7-1200和S7-300站中将 "TRCV" 功能块的EN_R置位为1，使能接收，监控通信结果如图26所示。
通过监控结果可以看到，S7-1200中发送数据块DB3的8个字节数据被发送到S7-300站的DB3中，同时，S7-300的DB3中接收到的数据又被发送到S7-1200的接收数据块DB4中。

图26 在线监控通信结果

1.概述

1.1 S7-1200 的PROFINET 通信口
S7-1200 CPU 本体上集成了一个 PROFINET 通信口，支持以太网和基于 TCP/IP 的通信标准。使用这个通信口可以实现 S7-1200 CPU 与编程设备的通信，与HMI触摸屏的通信，以及与其它 CPU 之间的通信。这个PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此一个标准的或是交叉的以太网线都可以用于这个接口。

1.2 S7-1200支持的协议和zui大的连接资源

S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口支持以下通信协议及服务
• TCP
• ISO on TCP ( RCF 1006 )
• S7 通信 (服务器端)

通信口所支持的zui大通信连接数
S7-1200 CPU PROFINET 通信口所支持的zui大通信连接数如下：
• 3个连接用于HMI (触摸屏) 与 CPU 的通信
• 1个连接用于编程设备（PG）与 CPU 的通信
• 8个连接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP) 的编程通信，使用T-block 指令来实现
• 3个连接用于S7 通信的服务器端连接，可以实现与S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太网S7 通信
S7-1200 CPU可以同时支持以上15个通信连接，这些连接数是固定不变的，不能自定义。

TCP（Transport Connection Protocol）
TCP是由 RFC 793描述的标准协议，可以在通信对象间建立稳定、安全的服务连接。如果数据用TCP协议来传输，传输的形式是数据流，没有传输长度及信息帧的起始、结束信息。在以数据流的方式传输时接收方不知道一 条信息的结束和下一条信息的开始。因此，发送方必须确定信息的结构让接收方能够识别 。在多数情况下TCP应用了IP (Internet protocol) ，也就是“TCP/IP 协议"， 它位于 ISO-OSI 参考模型的第四层。
协议的特点：
• 与硬件绑定的高效通信协议
• 适合传输中等到大量的数据 (<=8192 bytes)
• 为大多数设备应用提供
– 错误恢复
– 流控制
– 可靠性
• 一个基于连接的协议
• 可以灵活的与支持TCP协议的第三方设备通信
• 具有路由兼容性
• 只可使用静态数据长度
• 有确认机制
• 使用端口号进行应用寻址
• 大多数应用协议，如NET、FTP都使用TCP
• 使用 SEND/RECEIVE 编程接口进行数据管理需要编程来实现

1.3 硬件需求和软件需求
硬件：
① S7-1200 CPU
② S7-300 CPU + CP343-1（支持S7 Client）
③ PC（带以太网卡）
④ TP以太网电缆
软件：
① STEP 7 Basic V10.5
② STEP 7 V5.4

2. ISO on TCP 通信
S7-1200 CPU 与S7-300/400 之间通过ISO on TCP 通信，需要在双方都建立连接，连接对象选择“Unspecified"。
所完成的通信任务为：
① S7-1200将DB3里的100个字节发送到S7-300的DB2中
② S7-300将输入数据IB0发送给S7-1200的输出数据区QB0。

2.1 S7-1200 CPU 的组态编程
组态编程过程与 S7-1200 CPU 之间的通信基本相似 （见 6.3 ），这里简单描述一下步骤：
① 使用STEP 7 Basic V10.5 软件新建一个项目
在STEP 7 Basic 的“Portal View"中选择 “Create new project"创建一个新项目
② 添加新设备
然后进入“Project view"，在“Project tree"下双击“Add new device"，在对话框中选择所使用的S7-1200 CPU添加到机架上，命名为 PLC_1。
③ 为 PROFINET 通信口分配以太网地址
在“Device View"中点击 CPU 上代表PROFINET 通信口的绿色小方块，在下方会出现PROFINET 接口的属性，在 “Ethernet addresses"下分配IP 地址为 192.168.0.1 ，子网掩码为255.255.255.0。
④ 在 S7-1200 CPU 中调用“TSEND_C"通信指令并配置连接参数和块参数
在主程序中调用发送通信指令，进入“Project tree" > “ PLC_1">“Program blocks">“Main"主程序中，从右侧窗口“Instructions"> “Extended Instructions">“Communications"下调用“TSEND_C"指令，并选择“Single Instance"生成背景 DB块。然后单击指令块下方的“下箭头"，使指令展开显示所有接口参数。
然后，创建并定义发送数据区 DB 块。通过“Project tree">“ PLC_1"> “Program blocks" >“Add new block" ，选择 “Data block"创建 DB 块，选择寻址，点击“OK"键，定义发送数据区为 100个字节的数组。
根据所使用的参数创建符号表，如图1所示。
配置连接参数，如图2所示。
配置块接口参数，如图3所示。

图1 创建所使用参数的符号表图PLC tag

图2 配置连接参数

图3 配置 TSEND_C 块参数

⑤ 调用“TRCV"通信指令并配置块参数如图6 47所示。
因为与发送使用的是同一连接，所以使用的是不带连接的发送指令“TRCV"，连接“ID"使用的也是“TSEND_C"中的“Connection ID"号，如图4所示。

图4 配置 T_RCV 块参数

2.2 S7-300 CPU 的ISO on TCP通信的组态编程
① 使用STEP 7 软件新建一个项目并进行硬件组态
创建完新项目，在项目的窗口下，右键菜单里，选择“Insert New Object">“SIMATIC 300 Station" ，插入一个S7-300 站。
为了编程方便，我们使用时钟脉冲激活通信任务，在CPU的“Properties"＞“Cycle/Clock Memory"中设置，如图5所示。

图5 设置时钟脉冲

每一个时钟位都按照不同的周期／频率在０和１之间切换变化，见表1。
表1：时钟位频率

② 配置以太网模块
进入“HW Config"中，组态所使用的 CPU 及“CP343-1"模板。并新建以态网 Ethernet (1) ，配置“CP343-1"模板IP 地址为：192.168.0.2，子网掩码为： 255.255.255.0 。如图6所示。配置完硬件组态及属性，编译存盘并下载所有硬件组态。

图6 S7-300 硬件配置

③ 网络组态
打开 “NetPro" 配置网络，选中 CPU，在连接列表里建立新的连接并选择连接对象和通信协议，如图7所示。

　
图7 创建新的连接并选择 ISO-on-TCP 协议

这时会跳出通用信息，如图8所示。

图8 通用信息

然后，进入“Addresses"配置通信双方的IP 地址及TSAP 地址，如图9所示。

(4)注释工具条

注释工具条(Comment)工具按钮如下：