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SIMOTION basic training


SIMOTION 程序设计与应用培训

I DT MC APC

2010.03

日程安排
内容 SIMOTION 系统概述 基本系统组态与调试 MCC编程,程序调用 常用运动控制命令 执行系统 SIMOTION与HMI的连接 应用案例 日期

Winder、SimoRoll的演示

/>
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机械制造业的需求
? 提高生产力
? 短的机械循环
? 高的机械可用性。短的调试时间、再安装和服务时间

? 可靠、高的产品质量
? 高的机械精度

? 可重复性
? 有材料变化补偿和参数设置 ? 过程数据的追踪和评估

? 高的机械柔性
? 简单适应机械版本 ? 适应最总用户需求和区域特殊要求 ? 简单的格式和配方更改

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解决之道:机电一体化
机械 解决方案
主轴 联轴器 齿轮 凸轮 凸轮控制器

虚主轴 运动控制功能

机电一体化 解决方案
伺服电机

? 机械零件被伺服电机和智能运动控制取代 ? 简化机械结构和机械系统意味着更高的动态特性和更高的柔性、更少的磨损 ? 运动控制正成为一个决定性的因素
SIMOTION Basic Training 4 / 91 I DT MC APC

决定性因素:运动控制
? 对运动控制的需求正日益增加:

运动 控制

同步 更多的轴数

更快 更精确

更复杂的运动 模块化机器

? 传统的通用控制系统仅能有条件的部分实现日益增长的运动控制需求 ? 控制“环境”必须适应为:

逻辑控制 (PLC)

+

运动控制 工艺功能

运动控制
逻辑控制 工艺功能

+

传统的控制系统 SIMOTION – 为生产机械研发的控制系统
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生产机械的控制系统

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SIMOTION的系统功能

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可裁减的功能
工艺包

Motion Control Basic

Positioning

Isochronous operation

Cams

Pressure control

Additional technologies

功能库

Additional functions
PLC-open modules Motion Control Roller Feed

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SIMOTION的系统组成
一个工程系统
? ? ? ?

组态 (硬件、通讯) 参数设置 调试 多种编程语言
? ?

硬件平台
SIMOTION C SIMOTION P

?

SIMOTION D

可扩展的功能
? ? ?

定位 同步 ??

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PM 产品平台
运 动 控 制 器
SIMOTION C SIMOTION P SIMOTION D425/D435/D445 SIMOTION D410

共直流母排的SINAMICS S120 DC/AC多轴驱动器

SINAMICS S120 AC/AC单轴驱动器
模块型 装机装柜型

SINAMICS V80伺服驱动器

驱 动 器

书本型

紧凑书本型

装机装柜型

同步伺服电机
1FK7 1FT6/1FT7 齿轮电机

同步扭矩电机
1FW3 1FW6

同步电机 异步伺服电机
1FU8 1PH7

电 机

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各具特色的硬件平台

紧凑型
SIMOTION D, 集成驱动器
?

模块型
SIMOTION C, 基于控制器
?

开放型
SIMOTION P, 基于工业 PC
?

集成SIMOTION功能的 驱动器控制模块 有不同的性能规格可选 特别适合紧凑和模块化 机械

? ?

CPU 集成数字量输入/输出 和模拟量伺服,步进电机和 液压伺服的接口 可以使用S7-300 的输入输 出模块进行扩展

带 Windows XP 和 SIMOTION实时扩展 有不同规格的面板可选 特别适合有大量数据处理 和PC机应用

? ?

?

?

特别适合于生产机械改造

?

IT 通讯
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SIMOTION D
SIMOTION D410 SIMOTION D4x5

紧凑版本
集成 SINAMICS 驱动 不同的性能选择: ? D410 用于单轴应用 ? D425 用于最多16 轴 ? D435 用于最多 32 轴 ? D445 用于最多 64 轴 最小用户任务 0.5 ms(D445) 最小总线循环 0.5 ms 接口: ? PROFIBUS ? PROFINET ? 工业 Ethernet

人机界面

? ?

伺服驱动 伺 服 驱 动 分布I/O

? ? ?

特别适合紧凑和模块化机械
SIMOTION Basic Training 11 / 91 I DT MC APC

SIMOTION C
模块化版本
?

SIMOTION C

人机界面

CPU 带编码器接口,模拟量输出 和二进制数字量输入输出
可以使用SIMATIC S7-300的I/O模 块进行扩展 最多可以控制 32 轴 最小用户任务 0.5 ms 最小总线循环0.5ms 接口:
? ? ?

?

? ? ? ?

伺服驱动 伺服 驱动

PROFIBUS PROFINET 工业 Ethernet

驱动 I/O

特别适合生产机械的改造
SIMOTION Basic Training 12 / 91 I DT MC APC

SIMOTION P
开放的版本
?

SIMOTION P

开放的适用于 PC 机的应用: ? 可视化 (HMI) ? 开发(运行Scout) ? 配方/格式管理 ? 优化算法 ? IT 通讯,例如 Ethernet, USB, 打印机和扫描仪等. 最多 64 轴 最小用户任务 0.25 ms 最小总线循环 0.25 ms 接口: ? PROFIBUS ? PROFINET ? 工业 Ethernet 伺服 驱动

伺服驱动

? ? ? ?

分 布 I/O

特别适合有大量数据处理,PC机应用,IT通讯
SIMOTION Basic Training 13 / 91 I DT MC APC

一致的工程开发平台
工程任务
HMI ? 组态

开发平台 SIMOTION SCOUT

从项目树 调用

P 350

控制
? ? ?

参数化 编程 调试、诊断

通讯 ? 组态

驱动 ? 调试

公共数据 管理
14 / 91 I DT MC APC

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编程语言
结构化文本 (ST)
梯形图 (LAD) 功能图 (FBD)
?

适用于所有任务

?

特别适用扫描/循环任务 (例如:逻辑运算)

运动控制 图表 (MCC)

驱动控制 图表 (DCC)

特别适用顺序控制 (例如:运动控制)
?

?

特别适用于连续任务 (例如:控制和计算功能)

丰富的编程语言能够满足各种应用的需求
SIMOTION Basic Training 15 / 91 I DT MC APC

Scout 调试功能

?

程序测试

?
? ? ? ?

系统信息
示波器功能 轴控面板 控制器自动优化 频响分析

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I DT MC APC

恢复工厂设定
1. 2. 3.

Power OFF 将 SIMOTION切换到操作模式3 Power ON

4.
5.

当RDY灯变绿且STOP 灯为桔黄色, 将 SIMOTION 切换回操作模式 0
RDY和RUN 灯变为绿色 恢复工厂设置后, 缺省的 PROFIBUS 地址为 2, 波特率为 1.5 Mbit/s,以太网接口1和以太网接口2的IP地址分别为 192.168.214.1和169.254.11.23.

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系统基本组态与调试步骤
1. 新建项目 2. 插入设备 3. 建立连接 (1) 设置通讯接口

(2) 配置SIMOTION上DP接口参数
(3) 配置PG/PC的通讯方式 (4) 激活至SINAMICS_Integrated 的路由 (5) 下载硬件组态

4. 项目配置与调试
(1) 恢复SINAMICS_Integrated至工厂设置 (2) 在线自动配置驱动 (3) 手动配置报文

(4) 轴配置
(5) 下载整个项目 (6) 使用控制面板调试轴
SIMOTION Basic Training 18 / 91 I DT MC APC

SIMOTION中的数据类型

基本数据类型 用户定义的数据类型 工艺对象数据类型 系统数据类型

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基本数据类型
类型 保留字 BOOL 二进制类型 BYTE 长度 1 8

WORD
DWORD SINT USINT INT 数字量类型 UINT DINT UDINT REAL LREAL TIME 时间类型 DATE TIME_OF_DAY(TOD) DATE_AND_TIME(DT) 字符串 SIMOTION Basic Training STRING 20 / 91

16
32 8 8 16 16 32 32 32 64 32 32 32 64 8 I DT MC APC

基本数据类型

通用数据类型 ANY_BIT ANY_INT ANY_REAL ANY_NUM ANY_DATE

包含的数据类型 BOOL,BYTE,WORD,DWORD SINT,INT,DINT,USINT,UINT,UDINT REAL, LREAL ANY_INT,ANY_REAL DATE,TIME_OF_DAY (TOD),DATE_AND_TIME (DT)

ANY_ELEMENTARY
ANY

ANY_BIT,ANY_NUM,ANY_DATE,TIME,STRING
ANY_ELEMENTARY,用户定义的数据类型,系统数据类型和 工艺对象数据类型

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用户定义的数据类型
结构体

枚举类型

数组类型

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运算表达式
Arithmetic Expressions Instruction
Exponential Unary minus Multiplication Division Modulo Division Addition Substraction

Logic Expressions Instruction
Negation

Operator
** * / MOD + -

Operator
NOT

Conjunction
Exclusive disjunction Disjunction

AND or &
XOR OR

Relational operators Operator
>
< >= <= = <>

Meaning
1. operand is greater than the 2nd operand
1. operand is less than the 2nd operand 1. operand is greater than or equal to the 2nd operand 1. operand is less than or equal to the 2nd operand 1. operand is equal to the 2nd operand 1. operand is not equal to the 2nd operand 23 / 91 I DT MC APC

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LAD编程界面
LAD 工具条

变量声明表

工作区

项目导航栏

详细信息栏

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MCC编程界面

MCC 工具条

变量声明表 工作区

项目导航栏

详细信息栏

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MCC Unit和Chart

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I DT MC APC

MCC工具条

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MCC程序示例

使能轴 等待I0.1信号

定位轴
置位Q0.1

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变量声明
系统变量:
系统变量又分为SIMOTION设备变量和工艺对象变量,这些变量在建 立项目或者新建工艺对象的时候由系统自动产生,用户不能对其进 行更改,主要用来描述SIMOTION设备或者工艺对象的系统特性。

全局用户变量: 全局用户变量包括I/O变量、全局设备变量以及单元变量。

局部用户变量: 局部用户变量是指用户在Program、FC、FB中定义的变量。

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在MCC中定义变量
单元变量

局部变量

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在一个单元中使用另一个单元的变量

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子程序调用
通常,可重复使用的程序段可以子程序的形式被其他程序调用,

从而省去重复编程的麻烦。子程序被调用的时候,程序的执行从
主程序进入到子程序,当子程序执行完后再返回到主程序中继续 未执行的语句。

? Program ? Function block ? Function

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Function和Function Block
FC作为子程序时不带有静态数据,FC中的局部变量在FC被重新调 用的时候恢复到初始值。FC可以通过其输入参数或者输入/输出参 数从外部获得数据,也可以通过返回值向主程序返回数据(FC以 其名称作为返回值变量)。 FB作为子程序时带有静态数据,FB中的局部变量(用VAR定义)在 FB执行完后能够保留其值,即在下一次调用该FB时局部变量保留 上一次调用结束时的值,只有用VAR_TEMP定义的局部临时变量才 会在每次FB被调用的时候重新初始化。在使用FB时,需要先定义 一个FB的实例,FB的静态类型数据都保存在实例中。同一个FB可 以定义多个实例,而每个实例之间是独立。FB可以通过其输入参 数或者输入/输出参数从外部获得数据,也可以通过输出参数或者 输入/输出参数向主程序返回数据。

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FC和FB的声明部分
数据 常量 输入参数 语法 VAR CONSTANT 声明列表 END_VAR VAR_INPUT 声明列表 END_VAR VAR_IN_OUT 声明列表 END_VAR VAR_OUTPUT 声明列表 END_VAR VAR 声明列表 END_VAR VAR_TEMP 声明列表 END_VAR FB X FC X

X

X

输入/输出参数

X

X

输出参数 局部变量 (FC和FB) 局部变量 (只针对FB)

X X (静态) X (临时)
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– X (临时) -

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FC的定义
① 插入MCC Chart,新建名为Circumference的FC ② 声明FC的变量

③ FC程序体

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FC的调用

使用Subroutine Call 指令调用子程序 指定调用的子程序类型

指定子程序名称

指定返回值 给入子程序的输入参数

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FB的定义
① 插入MCC Chart,新建名为FollErr的FB ② 声明FB的变量

③ FB程序体

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FB的调用
使用Subroutine Call 指令调用子程序

指定调用的子程序类型

指定子程序名称

指定FB的映像

给入子程序的输入 输出参数

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Program
Program作为子程序时,调用它的主程序可以是另一个Program和 FB,另外子程序和主程序所在程序单元(Unit)的编译选项需要做 相应的设置。只有Program能够被分配给执行系统,作为系统运行 的基本程序单位。

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SIMOTION中的轴

Axis在SIMOTION中作为工艺对象存在

Configuration Data

Axis
System variable

System Function
Alarm

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轴的类型

Synchronous Axis

轴的分类:

?

Speed-controlled axis

(速度轴)

Positioning Axis

速度轴所用到的数据类型为driveAxis

Speed Axis

? ?

Positioning axis

(位置轴)

位置轴所用到的数据类型为posAxis

Following axis

(同步轴)

同步轴是一个从轴和一个同步对象组成,经过同步对象提供电子齿轮和 电子凸轮的功能,具有耦合、同步、解同步的功能。同步对象可以和不

同主轴相互关联。从轴所用的数据类型为followingAxis,同步对象所用
的数据类型followingObjectType

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轴的类型

NOTE:
所有形式的轴都可以设置为 虚拟轴,它们不控制一个真 正的驱动器,而是作为辅助 轴用来计算或是成为其它实 轴的主轴。

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单轴运动控制命令——使能

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单轴运动控制命令——去使能

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单轴运动控制命令——回零

对于增量式编码器,每次上电都需要进行回零操作。增量式编 码器有三种回零方式:
?主动回零(Active

Homing) Homing) Position Value)

?被动回零(Passive

?设置参考点(Setting Actual

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单轴运动控制命令——回零

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单轴运动控制命令——回零
主动回零 主动回零是指轴按照指定的运动轨迹进行回零,它有三种回零模式: - 带撞块和编码器零脉冲:轴运动直到遇到撞块后开始寻找第一个编码器 零脉冲,找到第一个编码器零脉冲后走指定偏移量再停下来,并将指定的 零点位置坐标作为轴当前所在位置。 - 仅外部零脉冲:轴运动直到遇到外部零脉冲后走指定偏移量再停下来, 并将指定的零点位置坐标作为轴当前所在位置。

- 仅编码器零脉冲:轴运动直到遇到第一个编码器零脉冲后走指定偏移量
再停下来,并将指定的零点位置坐标作为轴当前所在位置。

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单轴运动控制命令——回零
被动回零 被动回零是指在轴运动过程中(该运动由其他指令产生),遇到回零信号开 始回零。被动回零指令本身不能使轴产生运动。它有四种回零模式: - 带撞块和编码器零脉冲:轴运动过程中,一旦检测到外部撞块则开始寻找 接下来的第一个编码器零脉冲,当编码器零脉冲检测到时便将指定的零点位 置坐标作为轴当前位置。

- 仅外部零脉冲:轴运动过程中,一旦检测到外部零脉冲信号,则将指定的
零点位置坐标作为当前轴的位置。 - 仅编码器零脉冲:轴运动过程中,一旦检测到编码器零脉冲,则将指定的

零点位置坐标作为当前轴的位置。
- 缺省设置(取决于编码器):对于增量式Sin/Cos编码器、TTL编码器或者旋 转变压器,采用编码器零脉冲回零;对于Endat编码器采用外部零脉冲回零。
SIMOTION Basic Training 48 / 91 I DT MC APC

单轴运动控制命令——回零
设置参考点(Setting Actual Position Value)
- 直接设置参考点 这种回零方式不能使轴产生运动,它直接将轴的当前位置设置为指定的

零点坐标值。
- 相对设置参考点 这种回零方式不能使轴产生运动,它将轴的当前位置加上指定的偏移量

作为零点位置坐标并赋给当前位置。

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单轴运动控制命令——回零
设置回零模式的参数

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单轴运动控制命令——移动

设置回零模式的参数该命令使轴加速或减速到程序设定的速度,然后 保持不变。如果限制了恒速运动时间(Dynamics页面的Constant traversing time参数),那么轴在设定时间到达后减速到0。

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单轴运动控制命令——移动

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单轴运动控制命令——定位
轴定位命令将轴(旋转轴,模态轴或线性轴)移动到一个位置。位置可以 是绝对位置或者相对位置。模态轴还可以通过“最短路径”进行定位。

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单轴运动控制命令——停止
轴停止命令用于停止轴的运动。该命令适用于所有单轴运动。运动可以通 过普通停止(Normal stop)或快停(Quick stop)来停止。 普通停止(Normal stop): 该命令停止所有单轴运动(定位运动和速度运动), 但不能停止同步运动。 快停(Quick stop): 该命令即可以停止所有单轴运动(定位运动和速度运 动),又可以停止同步运动。此外,轴的使能被移除。

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同步操作
同步操作是指,按照一定的标准(齿轮比,比例,偏移,凸轮),将主对 象的值经过处理后作为给定值分配给从对象。

同步操作功能可以分为以下三类:
? ?

齿轮同步 速度同步

?

凸轮同步

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同步操作
? Gearing(电子齿轮)

?

Camming(电子凸轮)

?

Synchronous velocity operation(恒定的速度耦合)
56 / 91 I DT MC APC

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同步关系
同步关系的建立至少需要一个主对象和一个同步轴,同步轴由一个从轴、一 个或两个同步对象(在凸轮同步的情况下还包含一个或多个凸轮曲线)组成。

同步对象在建立同步轴的时候自动产生。

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齿轮同步
绝对同步

相对同步

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齿轮同步

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齿轮同步

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齿轮同步

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齿轮同步

Absolute gearing (绝对同步)

同步轴速度 主轴位置

同步轴位置

主轴速度

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齿轮同步

Relative gearing(相对同步)

主轴速度 同步轴速度 同步轴位置

主轴位置

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解除齿轮同步

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凸轮同步
在定义域(主值)和值域(从值)凸轮都可以被定义为绝对方式或相对 方式。绝对方式指主或从值相对于各自的绝对坐标原点,相对方式指主

或从值以同步开始时的位置作为参考坐标原点。

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凸轮同步
通过设置cammingMode参数可以指定凸轮同步为非循环或循环。 非循环(NO-CYCLIC) 凸轮同步指凸轮在定义的主值范围内只执行一次。当到 达凸轮终点或起点时,凸轮自行结束。循环凸轮同步(CYCLIC) 指凸轮的定 义区间循环地映射到主值上,凸轮同步按照曲线循环被执行。

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建立凸轮曲线

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凸轮同步

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I DT MC APC

凸轮同步

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I DT MC APC

解除凸轮同步

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Trace 功能

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Trace 功能
添加待trace的变量

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执行系统
SIMOTION中的执行系统(EXECUTION SYSTEM)管理着系统任务以及用 户任务的有序执行。执行系统分为不同的等级,每个等级可以包含一个或多 个任务(TASK),每个任务中又可以分配一个或多个PROGRAM。因此, 用户可以通过将PROGRAM分配到不同的任务,来指定PROGRAM的优先级 或执行顺序。同一个PROGRAM可以分配到不同的任务中,且相互之间不受 影响。分配到任务的PROGRAM可以是MCC、LAD或ST程序。

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执行系统
将Program分配给执行系统

2

1

3

4

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执行等级

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任务优先级

System level

Or

Dp communication

ServoSynchronous Task

Servo Task

High

IPOSynchronous Task IPOSynchronous Task

IPO Task IPO Task

Temperature Control System interrupt tasks System interrupt Task Wait for condition Timer interrupt tasks Timer interrupt tasks User interrupt tasks Timer interrupt tasks Low Background task System startup Motion tasks System shutdown

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Priority

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任务执行时序

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设置系统循环时钟

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与HMI的连接

要求:WinCC Flexibl已经集成到Step7中

可连接的变量包括:
系统变量

SIMOTION设备变量 工艺对象变量
全局用户变量 全局设备变量 Profibus或Ethernet I/O变量 单元变量

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在Step7中插入HMI站

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通讯设置

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在HMI中自动建立到SIMOTION的连接

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为Screen中的对象添加SIMOTION中的变量

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典型应用——咖啡包装机

?

Performance 120...150 bags/min ? Change of format "at the press of a button" ? Also available with packer option
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典型应用——Roller Feed

Machine data: ? Up to 60 cycles per minute with an accuracy of 0.05° ? Simple format change (length) from a few cm up to 3 m ? Sheet metal cutting plant for car manufacturers
SIMOTION Basic Training 85 / 91 I DT MC APC

典型应用

Dosing unit

Register mark encoder Foil-centering

Filling material

Foil feed

Longitudinal sealing unit

Bag foil

Printing unit

Traverse sealing unit with cutter

Machine data: ? Bag length up to 270 mm (totally flexible setting capability) ? Performance up to 120 cycles/min ? Typical products: Rice, coffee, peanuts, ...
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Packed bags

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典型应用——吹瓶机
Machine data: ? Up to 12000 bottles/h (reheating and blowing) ? Everything in one compact machine ? Typical products: PET bottles, shampoo, pharmaceutical articles, ...

Closing unit

Loading and unloading unit

Conveyor belt

Oven unit
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典型应用——handling

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典型应用——SimoPress

Blec h
M

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主要行业

?金属成型
?纺织 ?印刷

?塑料与橡胶
?包装 ?连续物料加工

?其他

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Thank you for your attention!

Li Huijuan Application Engineer Siemens Ltd., China

Phone: +86 (21) 5410 8666 - 616 Fax: +86 (21) 6473 9199

E-mail: Huijuan.li@siemens.com

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