1.S7-200Smart 通过Modbus RTU实现 V90伺服内部位置控制的MDI功能

1概述

SINAMICS V90 固件版本 1.05 以上开始，伺服驱动器提供了 Modbus RTU 通信功能。PLC 可以通过 Modbus 的 FC3 及 FC6 功能代码读取或写入伺服驱动的寄存器，S7-200 Smart 可通过标准的 Modbus 功能块完成发送伺服驱动器的控制指令及读写驱动的参数。本文详细描述了 S-200 SMART PLC 通过 Modbus RTU 通信连接 SINAMICS V90 实现内部位 置的 MDI 功能。

2必备条件

2.1 使用的硬件

使用的硬件如表 2-1 所示。

序号

设备名称

订货号

1

SIMATIC S7-200 SMART CPU ST60

6ES7288-1ST60-0AA0

2

V90 驱动器

6SL3210-5FE10-4UA0（V1.05 版本以上）

3

伺服电机

1FL6042-1AF61-0LG1

4

电机及编码器配套电缆

2.2 使用的软件

使用的软件如表 2-2 所示。

序号

描述

1

Window 7 旗舰版 32 位或 64 位

2

STEP 7-Micro/WIN SMART 编程软件

3

SINAMICS V-ASSISTANT V1.02

2.3 通信连接

SINAMICS V90 伺服驱动通过 RS485 电缆与 PLC 连接，使用标准 Modbus 通信协 议进行通讯。通过 Modbus PLC 给 V90 发送伺服使能和停止命令并且可以读取伺服驱动 器的状态及故障代码。

SINAMICS V90 伺服驱动通过 RS485 接口（X12）使用 MODBUS 协议与 PLC RS485（端口 0） 进行通讯，接线如图 2-1 所示。

图 2-1S7-200 SMART CPU 与 V90 通讯线连接

3通过 Modbus 通信实现 V90 内部位置控制的 MDI 功能

3.1V90 Modbus 寄存器说明

V90内部控制的控制数据寄存器如表3-1所示。

寄存器编号

描述

单位

定标系数

范围

40100

IPOS控制模式控制字

40932/40933

MDI 速度设定值

1000LU/min

1

1至2147482647

40934

MDI 加速度倍率

%

100

0.1 至100

40935

MDI 减速度倍率

%

100

0.1 至100

40102

位置设定值高字

LU

1

-2147482648至

2147482647

40103

位置设定值低字

表3-1 V90的内部位置控制数据寄存器

IPOS控制模式寄存器 40100控制字的定义如表3-2所示。

位

信号

描述

0

SON_OFF1

通过上升沿使能伺服，=0时驱动通过斜坡函数发生器停车，脉冲被取消

1

OFF2

1：OFF2=1,允许使能

0：OFF2=0,立即取消脉冲

2

OFF3

1：OFF3=1,允许使能

0：OFF3=0，快速停车，脉冲被消除

3

OPER

1：允许运行（脉冲可以被使能）

0：禁止运行（取消脉冲）

4

SETP_ACC

触发上升沿来接收MDI 设定值

5

TRANS_TYPE SE

1：立即接收新的设定值

0：通过触发上升沿来接收新的设定值

6

POS_TYP

1：绝对定位

0：相对定位

7

RESET

复位故障

8

预留

9

预留

10

PLC

使能 PLC 的控制权

11

预留

12

预留

13

SREF

启动回参考点（对于p29240=0，通过REF 信号回参考点）

14

预留

15

预留

表 3-2 寄存器 40100 控制字的定义

3.2V90 参数设置

按照表 3-3 设置伺服驱动器的相关参数

参数设置

说明

P29003=1

P29003 为内部控制模式

P29303[0]=3

设置 DI3 为 CWL，正限位，连接限位开关为高电平

P29304[0]=4

设置 DI4 为 CCWL，负限位，连接限位开关为高电平

P29004=1

设置 SINAMICS V90 的 MODBUS 站地址为 1

P29007=2

设置通信协议为 Modbus 协议

P29008=1

选择 Modbus 控制源,设定值和控制字来自于 Modbus PZD

P29009=8

设置传输波特率为 38400 波特

表 3-3 伺服驱动器的相关参数

3.3PLC 的编程

PLC 的编程如表 3-4 所示。

1

初始化Modbus通信接口，需确保 PLC 的波特率与驱动设置一致，设置 PLC 校验方式为偶校验（parity = 2）。

2

通过寄存器 40100 写入需要的控制字。必须设置寄存器 40100 的位 10 为 1 以允许PLC 控制驱动。使能驱动器，先将16进制数 40E 写入寄存器 40100 中，然后再写入40F）。

3

如果需要对带增量编码器驱动执行回参考点操作，保持驱动为伺服使能状态，可通过写控制字 40100 第13位，执行回参考点操作。

4

通过MBUS_MSG功能块，将位置设定值和速度设定值写入寄存器 40932、40933、40934、40935、40102 和40103 中。

5

MDI相对定位的40100控制寄存器操作：

(1) 在IPos 控制模式中，控制字的位6=0选择相对定位模式(40F)

(2) 控制字的位5=0，设置使用上升沿来接收MDI 设定值(40F)

(3) 将表3-1中的寄存器，写入需要的值 (如40934及40935写入十六进制的4000, 40932/40933写入MDI速度值，40102/40103写入MDI的位置值) 后，通过PLC发送 控制字的位4上升沿来接收设定值，驱动进行MDI运行(41F)

MDI绝对定位的40100控制寄存器操作：

(1) 在IPos 控制模式中，控制字的位6=1来选择绝对定位模式(44F)

(2) MDI设定值的生效有两种：

MDI设定值立即生效：控制字的位5=1，设置接收的MDI设定值立即生效(46F)；

上升沿来接收MDI 设定值：控制字的位5=0，设置使用上升沿来接收MDI 设定值

(44F)

(3) 将表3-1中的寄存器写入需要的值 (如40934及40935写入十六进制的4000,

40932/40933写入MDI速度值，40102/40103写入MDI的位置值)后，如果是MDI设

定值立即生效，则驱动进行MDI运行。如果是通过上升沿接收MDI设定值，则通

过PLC发送控制字的位4的上升沿来接收设定值(45F)，驱动进行MDI运行

2.别再把伺服驱动器和变频器弄混了，它们就是不同的电气装置

原创不易，请勿抄袭！

导读；变频器和伺服驱动器作为现如今主要的电机控制方式，被广泛的应用在工厂里，你知道它们的优势、区别以及如何应用吗？

优势：

普通电机控制系统：为接触器控制电机启停，正反转，星角启动等，这种控制方式使用起来较为粗糙，不能控制电机转矩，不能调速，只适用于较为简单的的场合，可通过增加锅热继电器，软起动等电气装置提高适用性，但仍然是比较低级的控制方式。

变频系统：是工厂里常见的电机控制方式，由变频器和电机组成，变频器由整流（交流变直流）、滤波、逆变（指流变交流）、制动单元、驱动单元等组成。

其原理是变频器根据实际的需要将工频电转换为电机需要的电压，进而达到节能、调速，控制转矩等参数的目的,而且，变频器对电机的保护功能也很好，有过载报警、过流报警、过压报警等。

其控制功方式主要有V/F控制，矢量控制等，适用的场合比较多，而价格也比伺服控制系统便宜很多，变频器可以使用专用的变频电机，也可以使用一般的电机。

伺服系统：是一种使目标单位的位置，转矩等等状态能够跟随控制单位的任意变化的闭环控制系统，伺服的基本概念是精确、快速定位，因此是一种比较高端的电机控制方式。

由伺服驱动器和专用的伺服电机组成，控制精度要比变频器高很多，而伺服主要靠脉冲来定位，然后还会把动作的脉冲数反馈回伺服驱动器，进而形成非常准确的闭环控制系统，而伺服电机在没有脉冲输入的时候，会维持当前位置不变。

区别：

变频器和伺服驱动器相比，主要有以下区别;

1 目的不同；

变频器的目的是；节能、调速、保护电机等，使用编码器可以实现闭环控制，但定位精度不是很高，所以像风机、水泵、车辆等都是变频器控制。

伺服驱动器的主要目的是实现精确、快速定位，定位精度理论可以达到1um，实际情况取决于传动部位的机械机构，但精度依然很高，而且在高速运行的情况下依然可以保持很高的精确度，所以伺服驱动器一般应用在机床、机器人等场合。

2 控制方式不同；

变频器主要由三种控制方式：

a由外部端子数字量输入或者模拟量输入控制，这种控制方式需要在外部做按钮，适合控制单一的场合。

b可以由PLC进行数字量或者模拟量控制，优点是集成到PLC系统里，与PLC共享信息。

c通过通讯的方式控制转速、转矩等。优点是大型系统里面几乎可以共享所有的变频器信息。并且可以模块化控制变频器。

伺服驱动器主要为脉冲输入控制（虽然一部分伺服驱动器也有外部端子控制，通讯控制等，但其他控制方式没有脉冲输入控制精确，方便），脉冲输入控制的优点是可以实现双闭环控制，即伺服控制器和编码器形成一个闭环，编码器和PLC形成另一个闭环，双闭环保证了控制的精确性。因此，如果想用PLC控制伺服驱动器精确定位需要选择带有高速脉冲输出功能的PLC。大家需记住，如果准备使用伺服系统，需要选择带晶体管输出的PLC类型，对于西门子S7200smart系列来说，需要使用ST20，ST30，ST40，ST60系列，因为继电器不适合高频率输出，如果强行使用高速脉冲会烧毁PLC输出点。

3 制作工艺不同，导致功率区间不同

变频器功率小的有不到1kw，大的有几百KW的，都很常见，甚至有一些大的熔炼炉如中频炉也是变频器的原理，量化意味着价格亲民。

但伺服驱动器因为工艺要求较高，一般常见的只有小功率的，价格也会贵一些，高功率伺服系统更是相当昂贵。

4 污染相同

变频器和伺服驱动器，对电网的污染都很大，尤其是80KW以上的变频器和伺服驱动器，启动时会有很明显的拉低电网电压的特征，因此高功率的变频器和伺服驱动器都要安装电抗器，滤波器等保护措施，如果有多个变频器或者伺服驱动器，要分开启动避免同时对电网的进行冲击。而且如果附近有检测类传感器也需要大家做好屏蔽措施。这一点需要大家谨记。

这篇文章我们主要说下两者的差异，下篇文章我会和大家分享伺服驱动器如何选型，以及如何用PLC编程。

每篇文章都倾注了我的心血，请大家支持原创！喜欢的话请点赞并分享，您的支持是我坚持下去的动力！送人玫瑰，手有余香！

3.伺服驱动器比变频器精确得多，因为原理不同，带您熟悉变频和伺服

原创不易，请勿抄袭！

导读；变频器和伺服驱动器作为现如今主要的电机控制方式，被广泛的应用在工厂里，你知道它们的优势、区别以及如何应用吗？

优势：

普通电机控制系统：为接触器控制电机启停，正反转，星角启动等，这种控制方式使用起来较为粗糙，不能控制电机转矩，不能调速，只适用于较为简单的的场合，可通过增加锅热继电器，软起动等电气装置提高适用性，但仍然是比较低级的控制方式。

变频系统：是工厂里常见的电机控制方式，由变频器和电机组成，变频器由整流（交流变直流）、滤波、逆变（指流变交流）、制动单元、驱动单元等组成。

其原理是变频器根据实际的需要将工频电转换为电机需要的电压，进而达到节能、调速，控制转矩等参数的目的,而且，变频器对电机的保护功能也很好，有过载报警、过流报警、过压报警等。

其控制功方式主要有V/F控制，矢量控制等，适用的场合比较多，而价格也比伺服控制系统便宜很多，变频器可以使用专用的变频电机，也可以使用一般的电机。

伺服系统：是一种使目标单位的位置，转矩等等状态能够跟随控制单位的任意变化的闭环控制系统，伺服的基本概念是精确、快速定位，因此是一种比较高端的电机控制方式。

由伺服驱动器和专用的伺服电机组成，控制精度要比变频器高很多，而伺服主要靠脉冲来定位，然后还会把动作的脉冲数反馈回伺服驱动器，进而形成非常准确的闭环控制系统，而伺服电机在没有脉冲输入的时候，会维持当前位置不变。

区别：

变频器和伺服驱动器相比，主要有以下区别;

1 目的不同；

变频器的目的是；节能、调速、保护电机等，使用编码器可以实现闭环控制，但定位精度不是很高，所以像风机、水泵、车辆等都是变频器控制。

伺服驱动器的主要目的是实现精确、快速定位，定位精度理论可以达到1um，实际情况取决于传动部位的机械机构，但精度依然很高，而且在高速运行的情况下依然可以保持很高的精确度，所以伺服驱动器一般应用在机床、机器人等场合。

2 控制方式不同；

变频器主要由三种控制方式：

a由外部端子数字量输入或者模拟量输入控制，这种控制方式需要在外部做按钮，适合控制单一的场合。

b可以由PLC进行数字量或者模拟量控制，优点是集成到PLC系统里，与PLC共享信息。

c通过通讯的方式控制转速、转矩等。优点是大型系统里面几乎可以共享所有的变频器信息。并且可以模块化控制变频器。

伺服驱动器主要为脉冲输入控制（虽然一部分伺服驱动器也有外部端子控制，通讯控制等，但其他控制方式没有脉冲输入控制精确，方便），脉冲输入控制的优点是可以实现双闭环控制，即伺服控制器和编码器形成一个闭环，编码器和PLC形成另一个闭环，双闭环保证了控制的精确性。因此，如果想用PLC控制伺服驱动器精确定位需要选择带有高速脉冲输出功能的PLC。大家需记住，如果准备使用伺服系统，需要选择带晶体管输出的PLC类型，对于西门子S7200smart系列来说，需要使用ST20，ST30，ST40，ST60系列，因为继电器不适合高频率输出，如果强行使用高速脉冲会烧毁PLC输出点。

3 制作工艺不同，导致功率区间不同

变频器功率小的有不到1kw，大的有几百KW的，都很常见，甚至有一些大的熔炼炉如中频炉也是变频器的原理，量化意味着价格亲民。

但伺服驱动器因为工艺要求较高，一般常见的只有小功率的，价格也会贵一些，高功率伺服系统更是相当昂贵。

4 污染相同

变频器和伺服驱动器，对电网的污染都很大，尤其是80KW以上的变频器和伺服驱动器，启动时会有很明显的拉低电网电压的特征，因此高功率的变频器和伺服驱动器都要安装电抗器，滤波器等保护措施，如果有多个变频器或者伺服驱动器，要分开启动避免同时对电网的进行冲击。而且如果附近有检测类传感器也需要大家做好屏蔽措施。这一点需要大家谨记。

这篇文章我们主要说下两者的差异，下篇文章我会和大家分享伺服驱动器如何选型，以及如何用PLC编程。

每篇文章都倾注了我的心血，请大家支持原创！喜欢的话请点赞并分享，您的支持是我坚持下去的动力！送人玫瑰，手有余香！

4.V90伺服电机安装运行问题汇总

V90伺服电机尤其是PN版，400V电压版在2016年下半年才面世，市面上参考资料相对较少，在调试中遇到这样那样的一些问题，现就我们自己调试遇到的一些问题和其他总结一并汇总如下：

1、 V90伺服驱动器是否要接24V DC电源？

V90伺服驱动器 的 24V 端子必须连接外部 24V 电源，以提供控制板及抱闸电源，否则 V90 不能工作。

2、 V90伺服驱动器24V端子是否需要安全回路辅助？

V90伺服驱动器24V供电最好不要安全回路辅助，可以主电源供电运用接触器的控制回路关联安全回路辅助。

3、V90 在运行中突然自动重启动？

(1) 确认一下只是本台 V90 在运行时自己会突然自动重启，还是有其他的也会出现同样的问题？如果只是这一台可以考虑更换此台驱动器

(2) 检查给 V90 供电的 24V 供电电源的容量是否足够？

(3) 单独找一个 24V 电源为总自动重启的 V90 供电看一下是否还会发生重起？如是更换驱动器。

4、点到点位移控制V90是否需要安装行程限位开关？

有条件必须安装行程限位开关，否则在调试及运行过程中避免不了磕磕碰碰，当然软限位也必须要依据实际情况而设定。

5、设备运行时偶发报 F31100 和 F7453 等编码器相关故障？

(1) 在驱动器上安装屏蔽板；

(2) 将动力电缆及编码器电缆的屏蔽层按规范连接至驱动器的屏蔽板上；

(3) 采用独立的24V电源为现场中的几台 V90 驱动器供电，与电磁阀供电电源分开。

6、Smart PLC 通过发送脉冲控制 V90 PTI 定位，发现重复定位时实际行走位置不准确？

(1) 检查机械连接是否松动；（联轴器、滚珠丝杆、电机固定法兰座等）

(2)将编码器电缆更换为西门子原装电缆，长度小于20 米，连接屏蔽层；

(3) 检查现场是否有电磁阀负载，将电磁阀与V90 的控制电源分开；

(4) 用示波器监视 V90 PTI 输入的脉冲波形是否正常。

7、V90电机抱闸接线注意事项？

（1）200V系列V90驱动器内部没有集成抱闸继电器，需要订购第三方的继电器用作抱闸继电器；

（2）400V系列V90驱动器内部集成抱闸继电器，西门子抱闸电缆可直接连接驱动侧端子B+、B-。

8、V90 PN限制信息？

（1）V90 PN 版本的是独立于当前的 SINAMCIS V90 脉冲串的控制器，它不支持 PTI， 脉冲加方向，模拟量，USS/Modbus RTU 通信控制方式。

（2）V90 PN 只支持 PROFINET 通信，支持西门子标准报文 1，2，3，5，102，105，支持 DSC 控制。

9、F52983报警？

（1）使用带编码器的伺服电机，当前伺服驱动不支持无编码器的操作；

（2）检查伺服驱动和伺服电机之间的编码器电缆连接，查看插头是否松动。

10、A52902报警？

原因：急停EMGS端子输入关闭时，启动伺服，发生报警。

松开急停，再开启伺服。

11、A30016报警？

原因：L1、L2、L3电源供电断开。

（1） 打开供电电源；

（2） 检查电源连接线路。

以上问题只是遇到过的一部分问题与大家分享，当然，其他问题也可以参考西门子用户手册V90故障报警列表查找相关解决办法。