摘要：安全PLC可以实现安全控制功能，符合EN ISO 13849-1以及 IEC 61508等控制系统安全相关部件标准的要求。本文主要介绍了基于 S7-1200 FC安全PLC的伺服控制系统来实现特种设备旋转角度定位控制 功能。

关键词：安全PLC；伺服控制；PROFINET控制

Abstract: A safety PLC can realize safety control functions and meets the requirements of EN ISO 13849-1 and IEC 61508 and other standards for safety-related components of control systems. This article mainly introduces the servo control system based on S7-1200 FC safety PLC to realize the rotation angle positioning control function of special equipment.

Key words: Safety PLC; Servo control; PROFINET control

1　前言

与普通PLC不同，安全PLC不仅具有普通PLC的功 能，更可实现安全控制功能，符合EN ISO 13849-1以 及IEC 61508等控制系统安全相关部件标准的要求。市 场主流的安全PLC有皮尔磁的PSS 3000和PSS 4000、 西门子S7-1200 FC系列等。这些安全PLC所有元器件 采用的是冗余多样性结构，两个处理器处理时进行交叉 检测，每个处理器的处理结果储存在各自内存中，只有 处理结果完全一致时才会进行输出，如果处理期间出现 任何不一致，系统立即停机。本文介绍了安全PLC与伺 服在特种设备旋转角度定位控制系统中的应用。

2　安全PLC的硬件设计

某特种设备旋转角度定位控制系统采用安全PLC CPU1214FC C DC/DC/DC对V90 PN伺服驱动器（订 货号6SL3210-5FE10-8UF0）及S-1FL6伺服电动机（订 货号1FL6044-1AF61-2LB1）进行连接与控制，要求如 下：通过外部启动和停止按钮对该设备进行启停控制， 启动后伺服电动机抱闸打开，进入KTP900 Basic触摸 屏操作，包括伺服手动回零、伺服手动点动正转、伺服 手动点动反转、绝对位置定位（包括位置设定）以及显 示是否原点位置、当前具体位置信息。

图1为本实例电气原理图，其中CPU1214C FC DC/ DC/DC通过交换机与KTP900 Basic触摸屏、V90 PN进 行PROFINET连接。表1为输入输出定义。

图1 电气原理图

表1 输入输出定义

3　PROFINET连接配置

选择配置好PLC和触摸屏，并设置好IP地址，需要 将SINAMICS V90 PN V1.0拖拽入设备与网络视图，完 成后如图2所示。

图2 设备与网络

双击SINAMICS V90 PN V1.0设备后，选择西门 子报文111，PZD-12/12，其设备概览如图3所示。

图3 设备概览

4　触摸屏画面组态和伺服FB块编程

图4为KTP900 Basic触摸屏的画面组态，包括两部 分：伺服点动正转+、伺服手动回零、伺服点动反转、 伺服已回原点指示；绝对位置设定值、伺服当前位置 和绝对定位按钮。

图4 触摸屏画面组态

伺服FB块编程基本思路如下：

（1）定义V90_DB数据块用来存放调用FB284相 关的定位参数。

（2）本实例用到ModePos运行模式2（绝对定 位）、4（主动回零）和7（按指定速度点动）等三种。

（3）在绝对定位时，通过输入参数Position、 Velocity，即指定目标位置及速度。

FB程序段如图5所示，具体说明如下：

程序段1：启动按钮动作，伺服运行命令 EnableAxis置位；停止按钮动作或来自于“安全 DB”.ESTOP信号，EnableAxis复位。

程序段2：当EnableAxis为ON时，打开伺服电动 机抱闸信号。

程序段3：设备刚启动时，如果未设置参考点，则 设定伺服ModePos运行模式4（主动回零）。

程序段4：触摸屏伺服回零按钮动作，制定目标位 置Position为0。

程序段5：当前位置为伺服原点时，如果此时 执行模式4（主动回零），则ConfigEPOS=16#47， 即零点开关信号、激活软件限位、OFF3停止、 OFF2停止均为1；如果此时在执行其他模式，则 ConfigEPOS=16#7，即激活软件限位、OFF3停止、 OFF2停止为1。

程序段6：如果已设置参考点，则触摸屏“绝对定位”按钮动作时，设置ModePos运行模式2（绝对定位）。

程序段7：在绝对定位时，设置Positive为ON，即 正方向，表示模态轴。需要注意的是，在其他情况下， 运行方向按照最短路径运行至目标位置，此时输入参数 Positive及Negative为0。

程序段8：绝对定位时，计算实际位置与设定位置 的距离。

程序段9：绝对定位时，设定速度。

程序段10：伺服模式激活，即通过ExecuteMode 的上升沿触发回零运动。回零完成后“AxisRef”输出 为1。触发ExecuteMode的高电平保持时间不能太短， 建议保持10ms以上，因此这里采用M0.2（即2.5Hz） 与触摸屏的“可以移动”开关信号M40.3进行串联。

程序段11：调用FB284（SINA_POS）块。

程序段12：复位信号处理。

程序段13：在触摸屏上进行伺服点动（+、-），即 正向、反向，此时设置ModePos运行模式7（按指定速 度点动）。

程序段14：伺服位置设置计算。

程序段15：伺服位置显示计算。

图5 FB2梯形图

在OB1块中，只需要调用FB2即可。

5　V90 PN伺服驱动器设置

采用SINAMICS V-ASSISTANT V90调试软件进 行驱动器设置。选择相同型号的驱动和电机，设置 控制模式为“基本定位控制器（EPOS）”。在设置 PROFINET选项“选择报文”中，选择当前报文为 “西门子报文111，PZD-12/12”，如图6所示。

图6 选择“西门子报文111，PZD-12/12”

接下来配置网络IP协议，包括IP地址 192.168.0.2、子网掩码255.255.255.0等。此外还可以 设置机械结构相关参数，包括丝杠、圆盘、皮带轮、齿 轮齿条、辊式带等。

以上步骤设置完成后，需要重启V90 PN驱动器才 能使得参数设置生效。

6　结束语

S7-1200 FC安全PLC不提供定位模块，但它可以采 用PROFINET方式连接驱动器，采用PROFIdrive报文 进行通讯，以实现高精度的定位控制。

作者简介：

李方园（1973-），男，浙江舟山人，副教授，高级工 程师，硕士，现就职于浙江工商职业技术学院，长期 从事智能制造新技术应用与研究工作。

参考文献：

[1] 李方园. 智能工厂设备配置研究[M]. 北京: 电子工业出版社, 2018.

摘自《自动化博览》2021年11月刊