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6ES7313-6BG04-0AB0
SIMATIC S7-300，CPU 313C-2 PTP 带 MPI 的紧凑型 CPU， 16 DE/16 DA， 3 个快速计数器(30 kHz)， 集成接口 RS485， 集成电源 24V DC， 工作存储器 128 KB， 前连接器（1x 40 较）和 需要微型存储卡
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1．应用概述
SIMOTION通信函数_xsend与_xreceive适合SIMOTION之间通过MPI－MPI接口、PROFIBUS-PROFIBUS间的数据交换，通信数据较大为200个字节，SIMOTION也可以通过调用通信函数_xsend与_xreceive实现与S7-300/400 PLC（在PLC中调用SFC65 X_SEND与SFC66 X-REV）MPI接口间的数据交换，由于受到PLC通信区的限制，较大通信数据为64个字节。
2．MPI与PROFIBUS网络介绍
MPI是S7-300/400，SIMOTION的编程接口，对通信数据及实时性要求不高的应用可以利用编程接口进行通信， MPI的通信速率为19.2K～12Mbit/s, 只有可以设置为PROFIBUS接口的MPI口才支持12M的通信速率，例如S7-300中CPU318-2DP及所有的S7-400CPU 、SIMOTION MPI口都可以设定为PROFIBUS接口，所以它们的MPI接口通信速率都可以设置为12M。MPI接口通信速率缺省设置为187.5Kbit/s，无中继情况下较大通信通讯距离为50米，通过中继器可以扩展网络长度，扩展的方式有两种，**种，两个站点中间没有其它站，如图1
图1：MPI网络扩展
控制器站点到中继器较长为50米，两个中继器之间的距离为1000米，较多可以增加10个，所以两个站点之间的较长距离为9100米。
*二种，如果在两个中继器中间有MPI站点，那么每个中继器只能扩展50米，在组态时要考虑这两种连接方式。
MPI接口为RS485接口，连接电缆为PROFIBUS电缆（屏蔽双绞线），接头为PROFIBUS接头并带有终端电阻，如果用其它电缆和接头不能保证通信距离。在MPI网络上较多可以有32个站，中继器，WINCC站，操作面板OP/TP也要算一个站点。MPI的站号及通讯速率可以在STEP7或SCOUT硬件组态时修改，下载组态信息到CPU后，站号及通讯速率将改变。
PROFIBUS总线符合EIA RS485[8]标准，PROFIBUS RS485 的传输程序是以半双工、异步、无间隙同步为基础的。传输介质可以是光缆或屏蔽双绞线，电气传输时，每一个RS485传输段为32个站点包括有源网络元件(RS485中间器，OLM等)，在总线的两端为终端电阻，结构如图2：
图2：PROFIBUS网络结构
西门子总线终端一般都配有终端电阻，PROFIBUS使用9针D型连接器，D型连接器插座连接总线站，D型连接器插头与总线电缆相连。总线终端和针脚定义如表1：
表1 总线终端管脚定义
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针脚号
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信号名称
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设计含义
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1
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SHIELD
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屏蔽或功能地
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2
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M24
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24V输出电压地（辅助电源）
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3
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RXD/TXD-P
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接收和发送数据－正 B线
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4
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CNTR-P
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方向控制信号P
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5
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DGND
|
数据基准电位（地）
|
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6
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VP
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供电电压－正
|
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7
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P24
|
正24V输出电压（辅助电源）
|
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8
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RXD/TXD-N
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接收和发送数据－负 A线
|
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9
|
CNTR-N
|
方向控制信号N
|
PROFIBUS总线的传输速率为9.6Kbit/s ～12Mbit/s，总线长度与传输速率相关，总的规律是传输速率越高总线长度越短，越容易受到电磁干扰，基于传输速率的较大网段长度参考表2：
表2 传输速率与通信长度
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波特率（K Bit/s）
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9.6～187.5
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500
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1500
|
3000～12000
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总线长度（米）
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1000
|
400
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200
|
100
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总线终端的电阻与PROFIBUS总线相匹配，并配有轴向电感以消除电容性负载而引起的导线反射，选择普通的屏蔽双绞线不能保证总线的段长度。
如果需要扩展总线的长度或者PROFIBUS从站数大于32个时，就要加入RS485中继器，例如，PROFIBUS的长度为500米，而波特率要求达到1.5MBIT/S，对照表2波特率为1.5MBIT/S使较大的长度为200米，要扩展到500米，就需要加入两个RS485中继器，拓扑图如图3所示：
图3：PROFIBUS网络扩展
西门子RS485中继器具有信号放大和再生功能，在一条PROFIBUS总线上较多可以安装9个RS485中继器，其它厂商的产品要查看其产品规范以确定安装个数。
一个PROFIBUS网段较多可有32个站点，如果一条PROFIBUS网上**过32个站点，也需要用RS485中继器隔开，例如一条PROFIBUS总线上有80个站点，那么就需要两个RS485中继器分成3个网段。RS485中继器是一个有源的网络元件，本身也要算一个站点。除了以上两个功能，RS485中继器的还可以使网段之间相互隔离。
3．网络设置
下面以SIMOTION D435与S7-300 PLC 通过MPI网络通信为例介绍通信函数_xsend与_xreceive的使用。首先打开SCOUT软件插入D435，点击D435使用右键进入硬件配置界面如图4所示：
图4：SIMOTION MPI接口设置
双击X136接口（只有X136接口可以设置为MPI接口），将该接口设置为MPI接口，选择MPI站地址，如图5所示：
图5： MPI接口参数配置
注意MPI站地址与通信方的站地址不能冲突，同样在STEP7中设置S7-300 PLC的站地址，本例中SIMOTION的MPI地址为2，PLC的站地址为4。
4．编程
4.1 SIMOTION侧编程
在D435中的“PROGRAM”中插入编程单元“LAD/FBD UNIT”，如MPI，在“UNIT”中插入程序如“SEND”和“RECEIVE”编写发送和接收程序如图6所示，也可以将通信程序编写在同一个程序中。
图6： SIMOTION 程序的创建
本例中在“SEND”程序中编写发送程序，在“RECEIVE”程序中编写接收程序，发送和接收函数可以在函数库中的位置如图7所示：
图7： 函数块的位置
? 调用_xsend函数
在程序SEND中调用_xsend函数发送数据，与PLC编写方式相似，将发送函数_xsend拖曳到LAD网络中，如图8所示：
图8： _xsend函数块
给所有的参数赋值，变量可以任意定义，如“COMMODE”变量，键入后选择变量类型如图9所示：
图9： 配置参数类型
数据类型自动定义，在变量类型中选择变量存储的类型，如全局变量或区域变量，如图9中变量类型只能在一个“UNIT”中使用，如果需要在其它“UNIT”或HMI中使用，将在“INTERFACE”中创建变量。
_xsend函数参数含义如下：
COMMUNICATIONMODE:
枚举数据类型，元素中包括“ABORT_CONNECTION ”和“HOLD_CONNECTION”，
“ABORT_CONNECTION ”：通信完成之后释放连接资源。
“HOLD_CONNECTION”：通信完成之后占用连接资源。
枚举类型变量的赋值可以使用MOVE指令，如图10所示：
图10： 参数赋值
ADDRESS:
结构体数据类型，结构体元素参考表3：
表3 _xsend函数ADRESS参数结构体数据
|
结构体元素
|
名称
|
数据类型
|
单元
|
|
deviceId
|
元素 ID
|
USINT
|
-
|
|
remoteSubnetIdLength
|
通信方subnet ID占用字节的长度
|
USINT
|
-
|
|
remoteStaddrLength
|
通信方站地址占用字节的长度
|
USINT
|
-
|
|
nextStaddrLength
|
路由器占用字节的长度
|
USINT
|
-
|
|
remoteSubnetId
|
通信方subnet ID
|
ARRAY [0..5] OF USINT
|
-
|
|
remoteStaddr
|
通信方站地址
|
ARRAY [0..5] OF USINT
|
-
|
|
nextStaddr
|
路由器地址
|
ARRAY [0..5] OF USINT
|
-
|
deviceId：*使用的接口，1表示D435 X126接口，2表示D435 X136接口，本例中选择2。
remoteSubnetIdLength：预留参数，MPI通信中无意义，缺省为0，设置为0。
remoteStaddrLength：MPI、PROFIBUS通信设置为1。西门子6ES73136BG040AB0
nextStaddrLength：预留参数，MPI通信中无意义，，缺省为0，设置为0。
remoteSubnetId：预留参数，MPI通信中无意义，缺省为0。
remoteStaddr：数组类型，在remoteStaddr[0]中赋值通信方的MPI地址，其它元素无意义，本例中S7-300 MPI地址为4，可以使用MOVE（LAD）指令赋值。
nextStaddr：预留参数，MPI通信中无意义，缺省为0。
MESSAGEID:
UDINT数据类型，定义发送报文的标识符，本例中定义为6，在PLC接收块参数REQ_ID可以读出。
NEXTCOMMAND:
枚举数据类型，元素中包括“IMMEDIATELY ”和“WHEN_COMMAND_DONE”，
“IMMEDIATELY”：下一个命令同步执行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：命令执行或失败后执行下一个命令，异步执行。
例子程序中使用“WHEN_COMMAND_DONE”。
COMMANDID:
COMMANDID数据类型，可以跟踪命令的状态。
DATA:
数组数据类型，发送数据缓存区，必须为200个字节。
DATALENGTH:
UDINT数据类型，发送数据的长度，本例中发送为10个字节。
OUT:
DINT数据类型，函数调用返回值，包含通信状态。
在程序receive中调用_xreceive函数接收数据，与PLC编写方式相似，将接收函数_xreceive拖曳到LAD网络中，如图11所示：
图11： _xreceive函数块
调用_xreceive函数
函数_xreceive的输入参数MESSAGEID、COMMANDID和NEXTCOMMAND与_xsend函数输入参数意义相同，发送与接收函数的参数MESSAGEID必须相同，本例中_xreceive输入参数定义的数据包标识符为8，与PLC发送块参数REQ_ID定义的标识符必须相同。
_xreceive函数的输出变量 “OUT”为结构体数据类型，元素参考表4：
表4 _xreceive函数OUT参数结构体数据
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结构体元素
|
名称
|
数据类型
|
单元
|
|
functionResult
|
函数调用的返回值
|
DINT
|
-
|
|
dataLength
|
接收数据的长度(字节数)
|
UDINT
|
-
|
|
data
|
接收数据区
|
ARRAY [0..199] OF BYTE
|
-
|
functionResult：
函数调用的返回值，可以判断接收状态，数据类型为 DINT。
dataLength：
接收数据的长度(字节数)，较大长度为200个字节，数据类型为 UDINT。
Data：
数据接收区,较大长度为200个字节，在编程中定义的接收区必须大于数据发送区，数据类型为数组。
通信参数赋值完成之后，将整个程序进行编译，如果需要在线监控通信程序，必须在编译程序之前进行配置，如图12所示，点击程序单元，本例中为“MPI”，右键进入属性界面，点击菜单“Compiler”选择“Permit program status”选项，这样经过编译之后，程序可以在线监控。
图12： 配置程序在线监控
通信程序编写和编译完成后，将程序放置到D435的执行系统中调用（程序只有被调用才能执行），如图13所示：
图13： 调用通信程序
本例中将通信程序放置于“BackgroundTask”运行（循环运行）。将整个项目编译后，联机下传通信程序。
4.2 PLC侧编程
调用发送程序块
PLC侧调用SFC65用于数据发送，发送程序参考图14程序：
图14： PLC中调用发送程序
SFC65的参考解释如下，
REQ：
发送请求，为1时发送。
CONT：
相当于SIMOTION发送函数_xsend 参数“COMMUNICATIONMODE”，为0时通信完成之后释放连接资源，为1时通信完成之后占用连接资源。
DEST_ID：
通信方的MPI地址，本例中SIMOTION的MPI地址为2。
REQ_ID：
相当于SIMOTION发送函数_xsend 参数“MESSAGEID”，定义发送报文的标识符，在接收块中除接收到数据外，本例中与函数_xreceive中参数MESSAGEID定义必须相同。
SD ：
发送区，以指针的格式，本例中将DB1中DBB0 以后10个字节作为发送区，较大为76个字节。
RET_VAL：
发送块返回值。
BUSY ：
为1时，端口占用，发送中止。
PLC侧调用发送块，在SIMOTION中需要调用函数_xreceive接收。
调用接收程序块
PLC侧调用SFC66用于接收数据，接收程序参考图15程序：
图15： PLC中调用接收程序
SFC65的参考解释如下，
EN_DT：
为1使能接收功能。
RET_VAL ：
接收块返回值。
REQ_ID：
接收数据包的标识符，本例中接收SIMOTION _xsend函数MESSAGEID参数定义的报文的标识符6。在SIMOTION中，接收、发送函数MESSAGEID参数为输
入参数，发送和接收的报文标识符必须提前定义，在PLC中发送块REQ_ID参数为输入参数，接收块REQ_ID参数为输出参数，识别接收数据包的标识符。
NDA ：
接收到新的数据包时产生脉冲信号。
RD：
接收区，本例中接收SIMOTION发送的10个字节，并将接收的数据存储于DB2中DBB0以后的10个字节中。
将PLC中的通信程序编译下传到PLC中，通信建立。
5．状态监控
在SCOUT联机状态中，点击程序单元如“MPI”，然后点击“Symbol browser”标签，可以监控“MPI”程序单元中定义的全局变量，如发送数据区、接收区等。如图16所示：
图16： 监控SIMOTION侧通信变量
在STEP7中打开变量监控表同样可以对数据发送区、接收区进行监控，如图17所示：
图17： 监控PLC侧通信变量
6．示例程序
示例程序参考文档附件程序，名称为Mpitest.rar。（示例程序使用STEP7 V5.4和SCOUT V4.0编写）
S7--200提供了三种方式的开环运动控制：
? 脉宽调制（PWM）--内置于S7--200，用于速度、位置或占空比控制。
? 脉冲串输出（PTO）--内置于S7--200，用于速度和位置控制。
? EM253位控模块--用于速度和位置控制的附加模块。
S7—200的内置脉冲串输出提供了两个数字输出通道（Q0.0和Q0.1），该数字输出可以通过位控向导组态为PWM或PTO的输出。
当组态一个输出为PTO操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电机的速度和位置的开环控制。内置PTO功能仅提供了脉冲串输出。您的应用程序必须通过PLC内置I/O或扩展模块提供方向和限位控制。
PTO按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波（占空比50％），如图1。PTO可以产生单段脉冲串或者多段脉冲串（使用脉冲包络）。可以*脉冲数和周期（以微秒或毫秒为增加量）:
? 脉冲个数： 1到4,294,967,295
? 周期： 10μs(100K)到65535μs或者2ms到65535ms。
图1
200系列的PLC的较大脉冲输出频率除 CPU224XP 以外均为20kHz。CPU224XP可达100kHz。如表1所示：
表1
2 MAP库的应用
2.1 MAP库的基本描述
现在，200系列 PLC 本体 PTO 提供了应用库MAP SERV Q0.0 和 MAP SERV Q0.1，分别用于 Q0.0 和 Q0.1 的脉冲串输出。如图2所示：
图2
注： 这两个库可同时应用于同一项目。
各个块的功能如表2所示：
|
块
|
功能
|
|
Q0_x_CTRL
|
参数定义和控制
|
|
Q0_x_MoveRelative
|
执行一次相对位移运动
|
|
Q0_x_MoveAbsolute
|
执行一次**位移运动
|
|
Q0_x_MoveVelocity
|
按预设的速度运动
|
|
Q0_x_Home
|
寻找参考点位置
|
|
Q0_x_Stop
|
停止运动
|
|
Q0_x_LoadPos
|
重新装载当前位置
|
|
Scale_EU_Pulse
|
将距离值转化为脉冲数
|
|
Scale_Pulse_EU
|
将脉冲数转化为距离值
|
表2
总体描述
该功能块可驱动线性轴。
为了很好的应用该库，需要在运动轨迹上添加三个限位开关，如图3：
? 一个参考点接近开关（home），用于定义**位置 C_Pos 的零点。
? 两个边界限位开关，一个是正向限位开关(Fwd_Limit)，一个是反向限位开关(Rev_Limit)。
? **位置? C_Pos 的计数值格式为 DINT ，所以其计数范围为(-2.147.483.648 to +2.147.483.647). ?
? 如果一个限位开关被运动物件触碰，则该运动物件会减速停止，因此，限位开关的安置位置应当留出足够的裕量?ΔSmin 以避免物件滑出轨道尽头。
图3
2.2 输入输出点定义
应用MAP库时，一些输入输出点的功能被预先定义，如表3所示：
|
名称
|
MAP SERV Q0.0
|
MAP SERV Q0.1
|
|
脉冲输出
|
Q0.0
|
Q0.1
|
|
方向输出
|
Q0.2
|
Q0.3
|
|
参考点输入
|
I0.0
|
I0.1
|
|
所用的高速计数器
|
HC0
|
HC3
|
|
高速计数器预置值
|
SMD 42
|
SMD 142
|
|
手动速度
|
SMD 172
|
SMD 182
|
表3
2.3 MAP库的背景数据块
为了可以使用该库，必须为该库分配 68 BYTE（每个库）的全局变量，如图4所示：
图4
下表是使用该库时所用到的较重要的一些变量（以相对地址表示），如表4：
|
符号名
|
相对地址
|
注释
|
|
Disable_Auto_Stop
|
+V0.0
|
默认值=0意味着当运动物件已经到达预设地点时，即使尚未减速到Velocity_SS，依然停止运动； =1时则减速至Velocity_SS时才停止
|
|
Dir_Active_Low
|
+V0.1
|
方向定义，默认值 0 = 方向输出为1时表示正向。
|
|
Final_Dir
|
+V0.2
|
寻找参考点过程中的较后方向
|
|
Tune_Factor
|
+VD1
|
调整因子（默认值=0）
|
|
Ramp_Time
|
+VD5
|
Ramp time = accel_dec_time（加减速时间）
|
|
Max_Speed_DI
|
+VD9
|
较大输出频率 = Velocity_Max
|
|
SS_Speed_DI
|
+VD13
|
较小输出频率 = Velocity_SS
|
|
Homing_State
|
+VB18
|
寻找参考点过程的状态
|
|
Homing_Slow_Spd
|
+VD19
|
寻找参考点时的低速(默认值 = Velocity_SS)
|
|
Homing_Fast_Spd
|
+VD23
|
寻找参考点时的高速(默认值 = Velocity_Max/2)
|
|
Fwd_Limit
|
+V27.1
|
正向限位开关
|
|
Rev_Limit
|
+V27.2
|
反向限位开关
|
|
Homing_Active
|
+V27.3
|
寻找参考点激活
|
|
C_Dir
|
+V27.4
|
当前方向
|
|
Homing_Limit_Chk
|
+V27.5
|
限位开关标志
|
|
Dec_Stop_Flag
|
+V27.6
|
开始减速
|
|
PTO0_LDPOS_Error
|
+VB28
|
使用Q0_x_LoadPos时的故障信息(16#00 = 无故障, 16#FF = 故障)
|
|
Target_Location
|
+VD29
|
目标位置
|
|
Deceleration_factor
|
+VD33
|
减速因子 =(Velocity_SS – Velocity_Max) /
|
|
accel_dec_time (格式: REAL)
|
|
SS_Speed_real
|
+VD37
|
较小速度 = Velocity_SS (格式: REAL)
|
|
Est_Stopping_Dist
|
+VD41
|
计算出的减速距离 (格式: DINT)
|
表4
2.4 功能块介绍
下面逐一介绍该库中所应用到的程序块。这些程序块全部基于PLC-200 的内置PTO输出，完成运动控制的功能。此外，脉冲数将通过*的高速计数器 HSC 计量。通过 HSC 中断计算并触发减速的起始点。
2.4.1 Q0_x_CTRL
该块用于传递全局参数，每个扫描周期都需要被调用。功能块如图5，功能描述见表5。
图5
|
参数
|
类型
|
格式
|
单位
|
意义
|
|
Velocity_SS
|
IN
|
DINT
|
Pulse/sec.
|
启动/停止频率，必须是大于零的数
|
|
Velocity_Max
|
IN
|
DINT
|
Pulse/sec.
|
较大频率
|
|
accel_dec_time
|
IN
|
REAL
|
sec.
|
较大加减速时间
|
|
Fwd_Limit
|
IN
|
BOOL
|
|
正向限位开关
|
|
Rev_Limit
|
IN
|
BOOL
|
|
反向限位开关
|
|
C_Pos
|
OUT
|
DINT
|
Pulse
|
当前**位置
|
表5
Velocity_SS 是较小脉冲频率，是加速过程的起点和减速过程的终点。
Velocity_Max 是较大小脉冲频率，受限于电机较大频率和PLC的较大输出频率。
在程序中若输入**出（Velocity_SS，Velocity_Max）范围的脉冲频率，将会被Velocity_SS 或 Velocity_Max 所取代。
accel_dec_time 是由 Velocity_SS 加速到 Velocity_Max 所用的时间（或由Velocity_Max 减速到 Velocity_SS 所用的时间，两者相等），范围被规定为 0.02 ~ 32.0 秒，但较好不要小于0.5秒。
警告：**出 accel_dec_time 范围的值还是可以被写入块中，但是会导致定位过程出错！
2.4.2 Scale_EU_Pulse
该块用于将一个位置量转化为一个脉冲量，因此它可用于将一段位移转化为脉冲数，或将一个速度转化为脉冲频率。功能块如图6，功能描述见表6。
图6
|
参数
|
类型
|
格式
|
单位
|
意义
|
|
Input
|
IN
|
REAL
|
mm or mm/s
|
欲转换的位移或速度
|
|
Pulses
|
IN
|
DINT
|
Pulse /revol.
|
电机转一圈所需要的脉冲数
|
|
E_Units
|
IN
|
REAL
|
mm /revol.
|
电机转一圈所产生的位移
|
|
Output
|
OUT
|
DINT
|
Pulse or pulse/s
|
转换后的脉冲数或脉冲频率
|
表6
下面是该功能块的计算公式：
2.4.3 Scale_ Pulse_EU
该块用于将一个脉冲量转化为一个位置量，因此它可用于将一段脉冲数转化为位移，或将一个脉冲频率转化为速度。功能块如图7，功能描述见表7。
图7
|
参数
|
类型
|
格式
|
单位
|
意义
|
|
Input
|
IN
|
REAL
|
Pulse or pulse/s
|
欲转换的脉冲数或脉冲频率
|
|
Pulses
|
IN
|
DINT
|
Pulse /revol.
|
电机转一圈所需要的脉冲数
|
|
E_Units
|
IN
|
REAL
|
mm /revol.
|
电机转一圈所产生的位移
|
|
Output
|
OUT
|
DINT
|
mm or mm/s
|
转换后的位移或速度
|
表7
下面是该功能块的计算公式：
2.4.4 Q0_x_Home
功能块如图8，功能描述见表8。
图8
|
参数
|
类型
|
格式
|
单位
|
意义
|
|
EXECUTE
|
IN
|
BOOL
|
|
寻找参考点的执行位
|
|
Position
|
IN
|
DINT
|
Pulse
|
参考点的**位移
|
|
Start_Dir
|
IN
|
BOOL
|
|
寻找参考点的起始方向
|
|
（0=反向，1=正向）
|
|
Done
|
OUT
|
BOOL
|
|
完成位（1=完成）
|
|
Error
|
OUT
|
BOOL
|
|
故障位（1=故障）
|
表8
该功能块用于寻找参考点，在寻找过程的起始，电机首先以 Start_Dir 的方向，Homing_Fast_Spd 的速度开始寻找；在碰到limit switch (“Fwd_Limit” or “Rev_Limit”)后，减速至停止，然后开始相反方向的寻找；当碰到参考点开关(input I0.0; with
Q0_1_Home: I0.1)的上升沿时，开始减速到 “Homing_Slow_Spd”。如果此时的方向与 “Final_Dir” 相同，则在碰到参考点开关下降沿时停止运动，并且将计数器HC0的计数值设为 “Position” 中所定义的值。
如果当前方向与 “Final_Dir” 不同，则必然要改变运动方向，这样就可以保证参考点始终在参考点开关的同一侧（具体是那一侧取决于 “Final_Dir”）。
西门子6ES73136BG040AB0
