SIMTOTION Measuring Input使用入门

1. 概述
Measuring Input TO用于快速，准确地记录某一时刻轴或编码器的位置值。根据支持硬件及功能的不同，Measuring Input功能可分为Local Measuring Input 和 Global Measuring Input。Local Measuring Input用于对单个轴或编码器的位置值进行记录，其测量点是固定的，通常是通过集成在驱动中的测量点来完成，在系统配置时通过Measuring Input Number来确定相应的测量点。Global Measuring Input可对单个或多个轴或编码器的位置值进行记录，并且带有时间戳功能，可更精确地记录位置信息。它对应的测量点通过设置硬件地址来确定。Measuring Input相关的基本概念如下：

1.1 测量范围Measuring Range
Measuring Input可设置一定的测量范围，可使Measuring Input功能只在该段位置范围内才激活。如果设定的起始值大于结束值，对非模态轴，系统会将两个值对调，对于模态轴，则直接延伸至下一周期。

1.2 触发方式的选择
对于单次测量（见节1.3），有如下的触发方式选择：

• 仅上升沿
• 仅下降沿
• 上升沿或下降沿
• 上升沿或下降沿，但是以上升沿开始
• 上升沿或下降沿，但是以下降沿开始

对于循环测量（见节1.3），有如下的触发方式选择：

• 仅上升沿
• 仅下降沿
• 上升沿或下降沿

1.3 单次测量与循环测量
Measuring Input功能根据测量次数的不同分为两种：

• 单次测量(One-time measurement)：使用命令“_enableMeasuringInput”激活，只执行一次，完成后自动停止，下次测量需重新激活。单次测量也可通过指令停止。
• 循环测量(Cyclic measurement)（仅Global Measuring Input支持循环测量）：使用命令“_enableMeasuringInputCyclic”激活。循环测量会一直执行直到用指令去停止。

根据所设定的触发方式的不同，最终测到的位置值也不同，如下表：

表 1 触发信号不同时的测量值对比

注：TM15能支持Global Measuring Input，但不能支持Cyclic Measuring Input

1.4 时间戳功能 (仅限于Global Measuring Input)
对于Global Measuring Input，每次测量时的当前时刻（时间戳）都会被保存下来，这样位置值就会精确地被记录，而不会由于系统处理的时间延迟导致位置偏差，但只有特定的硬件才能支持时间戳功能。支持的硬件和支持Global Measuring Input的硬件相同，见表2。

1.5 Listening Measuring Input (仅限于Global Measuring Input)
通过使能Listening measuring Input功能可以使一个测量点同时记录多个轴或编码器的位置。通过组态可以设置Listening measuring Input功能。
Listening measuring Input功需要使用时间戳的功能，因而只能是支持Global Measuring Input TO的硬件才能使用，在使用时要注意：

• Listening Measuring Input TO不能进行激活或取消激活，而是取决于其Original Measuring Input TO。
• Listening Measuring Input TO不能选择边沿触发方式以及测量范围，而是由其Original Measuring Input TO来决定
• Listening Measuring Input TO要正确设置处理周期（process cycle） 和系统号（system number）, 处理周期可以和Original Measuring Input TO不同，但会影响精度， 系统号为Listening Measuring Input TO连接轴的编码器编号。
• 一个Measuring Input TO可以连接多个的Listening Measuring Input TO
• 一个轴/编码器可以同时连接多个Measuring Input TO和Listening Measuring Input TO，或两者混合使用。
• Original Measuring Input TO只有输出没有输入接口，Listening Measuring Input TO只有输入没有输出接口

1.6 Measuring Input TO的分配和连接

Measuring Input TO可分配给以下的轴或编码器：

• 位置轴，同步轴或Path轴（Position, synchronous axes, path axes）
• 外部编码器(External encoders)
• 虚轴(Virtual axes)（仅限于Global Measuring Input）

注：Measuring Input TO 不能连接到速度轴（speed-controlled axes）
另外还需注意以下的连接规则：
单个轴或外部编码器可同时连接多个Measuring Input TO：
Local Measuring Input：每个轴最多可配2个Local Measuring Input，且一个时刻只能激活一个。
Global Measuring Input：每个轴可以配多个Global Measuring Input，且可以同时激活多个
多个Measuring Input TO可连接到一个测量点，只能激活一个(仅限于SIMOTION C2xx )：
对于SIMOTION C2xx的Local Measuring Input, 多个Local Measuring Input 可以连接到同一个Measuring Input，但是在某一个时刻只能激活一个。
多个轴上记录同一个测量事件- Listening measuring input(仅限于Global Measuring Input)：
通过Listening Measuring Input功能使多个Global Measuring Input TO连到同一个测量点上，从而在同一时刻记录多个轴／外部编码器的位置值。

1.7 支持Measuring Input功能的相关硬件
实现Measuring Input功能还需要特定的硬件支持，下表为支持该功能的相关硬件：

表 2 Measuring Input 硬件测量点

1.8 Measuring Input的监控
单次测量：
系统变量“measuredEdgeMode”用于选择测量信号的类型。通过系统变量“control”可以查看Measuring Input功能是否激活。通过变量“state”可查看是否已经检测到触发信号，没有检测到时其值为“WAITING_FOR_TRIGGER”，检测到信号输入后其值为“TRIGGER_OCCURRED”。测量到的位置值保存在变量MeasuredValue1 和 MeasuredValue2 中。
循环测量：
系统变量“userdefault.measurededgecyclicMode” 用于选择测量信号的类型。系统变量“cyclicMeasuringEnableCommand”用于显示循环测量是否激活，变量“state”始终保持为“WAITING_FOR_TRIGGER”值。检测到的位置数据保存在变量“MeasuredValue1” 和 “Measured Value2”中。
系统变量“countermeasuredvalue1”和“countermeasuredvalue2”会记录下触发事件的产生次数。Countermeasuredvalue中的值会在上电，重启，重新激活等操作中复位，但如果cyclicMeasuring已经激活，仅仅是再次执行“_enableMeasuringInputCyclic”命令（如用于修改参数），其值不会被复位。

1.9 Measuring Input仿真
测量信号的输入可以进行仿真，使用功能函数_enablemeasuringinputsimulation激活仿真，激活后（simulation=active），仿真值（在函数参数中指定）被写入到Measuredvalue1，同时状态变量state的值被设置为trigger occurred（循环测量时也如此）。只有利用函数_disablemeasuringinputsimulation退出仿真模式时才实际的测量才生效。是否处于仿真模式可通过Measuring Input TO的系统变量”simulation”看出。

2. Measuring Input基本配置过程

2.1 Global Measuring Input的配置

2.1.1 SIMOTION D4xx 的Global Measuring Input配置
下面介绍SIMOTION D4xx集成IO的Global Measuring Input的配置过程，SIMOTION的项目创建及轴的基本配置过程请参考其它相关手册，文中不再详述。
Step 1. SINAMICS_INTEGRATED中的设定。
Global Measuring Input时需要设置P728.8~P728.15即IO的类型为输入， 同时设置CU中的参数P680(0~5)，最多6个Global Measuring Input对应的IO地址，如下图：

图 1 SIMOTION D4xx Global Measuring Input 测量点的选择

注：SIMOTION D4x5只有DI/DO9~11, DI/DO13~15可作为Measuring Input的测量点。
SIMOTION D410只有DI/DO9~11可作为Measuring Input的测量点。
设置完参数之后，再选择报文，CU报文一定要选择带Measuring Input功能的391（2个Measuring Input）或392(6个Measuring Input)报文，SIMOTION D4xx的Global Measuring Input信号是通过CU的报文从SINAMICS传到SIMOTION的。SINAMICS_INTEGRATED的报文设置如图2。
选择好报文后再点击“Transfer to HW Config”按钮，这样就将SINAMICS中的数据与SIMOTION中进行了联结。
注：上述的操作前后顺序不可颠倒，否则SIMOTION将无法识别Measuring Input的地址。

图 2 SINAMICS_INTEGRATED报文设置

Step 2. 插入Measuring Input TO:

图 3 插入Measuring Input TO

Step 3. 配置Global Measuring Input的组态数据：

图 4 Global Measuring Input的组态数据

Monitor current status（组态数据变量MipInputCfg.checkProbeState）仅在单次测量的Measuring Input时有效，其功能是用于是否忽略小于一个处理周期的短脉冲，选择该选项表示忽略短脉冲。比如如果选择了该项，且单次测量的触发方式为上升沿时，那么只有保持一个ServoCycle周期以上为0状态之后产生的上升沿脉冲才会被认为是有效的触发信号。
测量点的硬件地址的确认方法为：(CU报文输入的起始地址+3).Bit位，其中Bit位的确定如下表所示：

表 3 Measuring Input Bit位的确定

如图2中的输出起始地址为300，如果使用DI/DO9作为测量点，那么就用319.1作为硬件地址，如图4。
Step 4. 配置Global Measuring Input的系统变量，即Default中的值：

图 5 Global Measuring Input的Default系统变量值设定

这样Global Measuring Input的配置过程就完成了。
2.1.2 TM15/TM17的Global Measuring Input配置
Step. 1 首先是要配置TM15/TM17 IO的功能，以TM17为例：

图 6 TM17中DI点的Measuring Input功能设置

Step 2~4:
TM15/TM17配置的第2~4步与SIMOTION D 集成IO基本相同。在Step. 3中确定硬件地址的方法也是通过报文中的Input地址加偏差来确定，偏差值可在 DI点的设置中找到，见图6，地址在报文结构中可以找到，如下图：

图 7 TM15/TM17的报文

图中的输入地址为336，如果用DI0作为输入，那么SIMOTION中应设的硬件地址为336+3.0=339.0
注：TM15/TM17的报文是固定的，无需修改，只需要修改IO设置之后点击“Transfer to HW Config”按钮来和SIMOTION进行联结即可。

2.1.3 C240 (B1-B4) 的Global Measuring Input配置
Step. 1：C240的输入B1-B4可以作为Global Measuring Input测量点，由于B1-B4本身就是SIMOTION CPU上的IO点，所以无需通过报文传输测量信号。因而节2.1.1中介绍的Step.1即第一步的内容可以省略。
Step. 2~4：C240 (B1-B4)的Global Measuring Input配置过程的第2~4步与SIMOTION D 集成IO的配置基本相同。在Step. 3中硬件地址的确定对于C240 (B1-B4)，其默认的硬件地址为64，位号0-3对应B1-B4。硬件地址可在硬件组态中查看：

图 8

2.2 Listening Measuring Input 配置
Listening Measuring Input仅被TM15/TM17, SIMOTION D 集成IO点 和 C240 (B1-B4)支持，下面以SIMOTION D 集成IO点为例介绍：
Step. 1~2： 与节2.1.1中的中Step.1~2完全相同。
Step. 3： 配置Listening Measuring Input TO的组态数据如下：

图 9 Listening Measuring Input TO的组态数据

Step. 4： 将Listening Measuring Input TO中的Interconnections组态画面中的Event acceptance连接到original Measuring Input TO(见节1.5)上，输入连接组态如下：

图 10 Listening Measuring Input TO的连接

Listening Measuring Input TO的其他方面使用方法与Global Measuring Input TO类似。

2.3 Local Measuring Input配置
下面以SIMOTION D4x5 集成IO的为例介绍Local Measuring Input配置。
Step. 1 SINAMICS_INTEGRATED中的设定。
Local Measuring Input是与具体的一个驱动即SINAMICS中的Servo/Vector轴相连，因而需要设定Servo/Vector中的参数。参数 P488为第一个Local Measuring Input 测量点，P489为第二个Local Measuring Input 测量点。所能连接的点和Global Measuring Input是相同的，即DI/DO9~11，DI/DO13~15，如下图

图 11 Local Measuring Input 在SINAMICS中的参数设定

Local Measuring Input的测量点信号来自编码器的状态字r481，并经由轴的报文如105或106传给SIMOTION D。如下图：

图 12 Local Measuring Input 信号

Step. 2 插入Measuring Input TO，与节2.1.1中的 Step 2相同。
Step. 3 设置Measuring Input TO的组态画面如下：

图 13 Local Measuring Input TO的组态数据

Step. 4 设置Measuring Input TO的default系统变量：

图 14 Local Measuring Input TO的Default系统变量

至此，Local Measuring Input TO的配置就完成了。
C2xx (M1-M2)设备上的Local Measuring Input配置与SIMOTION D4x5 集成IO的配置过程类似，除了第一步由于C2xx 上的M1-M2输入点为CPU自带，因而不需要报文等内容的设置外，其它步骤均类似。其它硬件设备的Local Measuring Input配置请参考相关手册。

3. Measuring Input编程

3.1 MCC编程
Measuring Input的编程较为简单，首先以MCC编程为例进行介绍，MCC编程中关于Measuring Input的指令如下图：

图 15 MCC中 Measuring Input相关命令栏

编写如下程序：

图 16 Measuring Input的MCC编程中的程序块

其中子程序faultexecution()为故障处理子程序，为空程序，在TechnologicalFqultTask和PeripheralFaultTask中进行调用。
子程序runAxis1用于将轴以位置方式运行，包括轴使能，回零和位置运行命令，该子程序在MotionTask1中进行调用，同时MotionTask1设定为启动后自动运行。

图 17 轴运行子程序

子程序mistartup()为MeasuringInput控制子程序，本例在IPO中进行调用，具体程序如下：

图 18 Measuring Input控制子程序

3.2 ST编程
以ST方式进行编程时，程序结构和MCC的相同，几个子程序的具体内容如下：

图 19 Measuring Input的MCC编程中的程序块

变量及程序声明部分的内容如下：

轴运行子程序如下，仍在MotionTask1中调用，且MotionTask1设为启动后自动启动：

Measuring Input控制子程序如下，本例在同步运行任务IPO中进行调用：

3.3 曲线记录
下图为Global Measuring Input触发信号为All edges，采用循环测量时的监控曲线：

图 20 Cyclic Measuring Input 选择All Edges时的实际监控曲线

注：图中曲线1-5的信号分别为，下文涉及的所有监控曲线图也相同。

• Measuring Input测量信号，即DI/DO9信号
• _to.Measuring_input_1.countermeasuredvalue1
• _to.Measuring_input_1.countermeasuredvalue2
• _to.Measuring_input_1.measuredvalue1
• _to.Measuring_input_1.measuredvalue2

从图中可看出，Measuring Input对每个上升沿和下降沿都进行了触发，上升沿时的位置存入Measuring_input_1.measuredvalue1，同时Measuring_input_1.countermeasuredvalue1加1，下降沿时的位置存入Measuring_input_1.countermeasuredvalue2，同时Measuring_input_1.measuredvalue2加1。

参考文献
SIMOTION Output Cams and Measuring Inputs Function Manual 27002125

关键词
SIMOTION, Measuring Input

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