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西门子 S1500 PLC 通过 Profinet 对 6 台施耐德 ATV304 变频器的控制，用于 6 台升降台的位置控制。

news 来源：原创 2025/5/17 5:46:38

西门子 S1500 PLC 通过 Profinet 对 6 台施耐德 ATV304 变频器的控制，用于 6 台升降台的位置控制。程序主要特点：

模块化设计：采用功能块数组结构，实现对多台设备的统一控制
循环控制：使用 FOR 循环遍历每台升降台，减少代码冗余
独立控制：每台升降台具有独立的使能、复位、目标位置设置
状态监控：对每台升降台的运行状态、位置和故障进行独立监控

程序代码分为三部分，分别为主程序，位置控制程序，安全程序

1、以下为主程序 (MainProgram)：负责整体控制流程和协调各个功能块

MainProgram.ST

FUNCTION_BLOCK MainProgram
{ S7_Optimized_Access = 'TRUE' }
VERSION : 0.1
VAR_INPUT
Enable : ARRAY[1..6] OF BOOL; // 各升降台使能信号
Reset : ARRAY[1..6] OF BOOL; // 各升降台复位信号
TargetPosition : ARRAY[1..6] OF REAL; // 各升降台目标位置
END_VAR
VAR_OUTPUT
SystemReady : ARRAY[1..6] OF BOOL; // 各升降台系统就绪信号
PositionReached : ARRAY[1..6] OF BOOL; // 各升降台位置到达信号
Fault : ARRAY[1..6] OF BOOL; // 各升降台故障信号
FaultCode : ARRAY[1..6] OF INT; // 各升降台故障代码
END_VAR
VAR
// 位置控制相关变量
CurrentPosition : ARRAY[1..6] OF REAL; // 各升降台当前位置

// 功能块实例数组
FB_PositionControl : ARRAY[1..6] OF PositionControl; // 位置控制功能块
FB_SafetyCheck : ARRAY[1..6] OF SafetyCheck; // 安全检查功能块

// 循环变量
i : INT;
END_VAR

// 主程序实现
FOR i := 1 TO 6 DO
// 安全信号检查
FB_SafetyCheck[i](
UpperLimit := "ATV304_Drive" & i.UpperLimit,
LowerLimit := "ATV304_Drive" & i.LowerLimit,
RopeFault := "ATV304_Drive" & i.RopeFault,
Fault => Fault[i],
FaultCode => FaultCode[i]
);

// 如果有安全故障，直接停机
IF Fault[i] THEN
// 通过Profinet停止变频器
P#DB100 + (i-1)*16 DBX0.0 BYTE 8 := B#16#00; // 控制字清零
PositionReached[i] := FALSE;
SystemReady[i] := FALSE;
ELSE
// 检查Profinet连接状态
SystemReady[i] := Enable[i] AND NOT Fault[i] AND "ATV304_Drive" & i.PNIO_OB_1;

// 读取变频器状态和故障信息
IF "ATV304_Drive" & i.StatusWord.DriveFault THEN
Fault[i] := TRUE;
FaultCode[i] := "ATV304_Drive" & i.FaultCode;
P#DB100 + (i-1)*16 DBX0.0 BYTE 8 := B#16#00; // 控制字清零
ELSE
// 从变频器读取编码器位置
CurrentPosition[i] := REAL("ATV304_Drive" & i.ActualPosition);

// 位置控制处理
IF SystemReady[i] THEN
FB_PositionControl[i](
Enable := Enable[i],
TargetPosition := TargetPosition[i],
CurrentPosition := CurrentPosition[i],
DriveControl => P#DB100 + (i-1)*16 DBX0.0 BYTE 8, // 直接操作Profinet输出区域
PositionReached => PositionReached[i]
);
ELSE
P#DB100 + (i-1)*16 DBX0.0 BYTE 8 := B#16#00; // 控制字清零
END_IF;
END_IF;
END_IF;
END_FOR;
END_FUNCTION_BLOCK

2、位置控制 (PositionControl)：实现基于编码器反馈的位置闭环控制

FUNCTION_BLOCK PositionControl
{ S7_Optimized_Access = 'TRUE' }
VERSION : 0.1
VAR_INPUT
Enable : BOOL;
TargetPosition : REAL; // 目标位置
CurrentPosition : REAL; // 当前位置
END_VAR
VAR_OUTPUT
DriveControl : POINTER TO BYTE; // 变频器控制字指针
PositionReached : BOOL; // 位置到达标志
END_VAR
VAR
// PID控制器参数
PID_Config : PID_ConfigType;
PID_Input : REAL;
PID_Output : REAL;
PID_Error : REAL;

// 位置控制参数
PositionTolerance : REAL := 0.5; // 位置容差(单位取决于应用)
MaxSpeed : REAL := 100.0; // 最大速度
Acceleration : REAL := 50.0; // 加速度
Deceleration : REAL := 50.0; // 减速度

// 运动状态
MotionState : INT; // 0: 停止, 1: 加速, 2: 匀速, 3: 减速

// 控制字结构
ControlWord : STRUCT
Run : BOOL; // 运行命令
EnableOp : BOOL; // 使能操作
QuickStop : BOOL; // 快速停止
FaultReset : BOOL; // 故障复位
Mode : WORD; // 控制模式
SpeedRef : REAL; // 速度给定
END_STRUCT;
END_VAR

// 位置控制功能块实现
// 初始化PID控制器
PID_Config.CYCLE := T#100ms; // 控制周期
PID_Config.DEADBAND := 0.1; // 死区
PID_Config.GAIN := 1.0; // 比例增益
PID_Config.TI := T#1s; // 积分时间
PID_Config.TD := T#0s; // 微分时间
PID_Config.MIN := -MaxSpeed; // 输出最小值
PID_Config.MAX := MaxSpeed; // 输出最大值

// 计算位置误差
PID_Error := TargetPosition - CurrentPosition;

// 位置到达判断
PositionReached := ABS(PID_Error) <= PositionTolerance;

// 位置控制逻辑
IF Enable THEN
// 根据位置误差计算输出
IF ABS(PID_Error) > PositionTolerance THEN
// 计算所需速度
IF PID_Error > 0 THEN
// 需要向上移动
PID_Output := MIN(MaxSpeed, PID_Error * 10.0); // 简化的P控制
ELSE
// 需要向下移动
PID_Output := MAX(-MaxSpeed, PID_Error * 10.0); // 简化的P控制
END_IF;

// 设置控制字
ControlWord.Run := TRUE;
ControlWord.EnableOp := TRUE;
ControlWord.QuickStop := FALSE;
ControlWord.Mode := 16#0001; // 速度控制模式
ControlWord.SpeedRef := PID_Output;
ELSE
// 位置已到达，停止运动
ControlWord.Run := FALSE;
ControlWord.EnableOp := FALSE;
END_IF;
ELSE
// 未使能，停止运动
ControlWord.Run := FALSE;
ControlWord.EnableOp := FALSE;
PositionReached := FALSE;
END_IF;

// 将控制字写入Profinet输出区域
DriveControl^ := ControlWord.Run;
DriveControl^ + 1 := ControlWord.EnableOp;
DriveControl^ + 2 := ControlWord.QuickStop;
DriveControl^ + 3 := ControlWord.FaultReset;
P#DriveControl + 4 WORD 1 := ControlWord.Mode;
P#DriveControl + 6 REAL 1 := ControlWord.SpeedRef;
END_FUNCTION_BLOCK

3、安全检查 (SafetyCheck)：监控极限、限位和松乱绳等安全信号

FUNCTION_BLOCK SafetyCheck
{ S7_Optimized_Access = 'TRUE' }
VERSION : 0.1
VAR_INPUT
UpperLimit : BOOL; // 上极限信号
LowerLimit : BOOL; // 下极限信号
RopeFault : BOOL; // 松乱绳信号
END_VAR
VAR_OUTPUT
Fault : BOOL; // 安全故障标志
FaultCode : INT; // 安全故障代码
END_VAR
VAR
// 安全状态变量
FaultDetected : BOOL;
FaultTimer : TON; // 故障定时器
END_VAR

// 安全检查功能块实现
// 检查安全信号
FaultDetected := UpperLimit OR LowerLimit OR RopeFault;

// 使用定时器过滤干扰信号
FaultTimer(IN := FaultDetected, PT := T#200ms);

IF FaultTimer.Q THEN
Fault := TRUE;

// 确定故障代码
IF UpperLimit THEN
FaultCode := 1001; // 上极限故障
ELSIF LowerLimit THEN
FaultCode := 1002; // 下极限故障
ELSIF RopeFault THEN
FaultCode := 1003; // 松乱绳故障
END_IF;
ELSE
Fault := FALSE;
FaultCode := 0;
END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK