功能概述 (S7-1500, S7-1500T)通过同步操作，可将一个跟随轴与一个引导轴相关联，并使二者同步运行。引导轴和跟随轴之间的同步操作关系通过同步操作功能指定。齿轮传动齿轮传动(页 37)期间，跟随轴的位置等于引导轴位置乘以传动比。将传动比指定为两个整数之间的比例。其结果是一个线性传动函数。齿轮传动(S7-1500T)跟随轴可通过主值路径或动态参数进行预同步或后同步。为此，可指定引导轴和跟随轴的相应参考位置，这些参考位置定义了轴之间的关系。作为设定值的备用值，推断的实际值可被互连为主值，以便实现同步操作。因此，可使用外部编码器工艺对象作为主值。此外，可通过主值路径或动态参数将跟随轴取消同步到可预设的停止位置。速度同步操作(S7-1500T)在速度同步操作 (页68)期间，跟随轴的速度由引导轴的速度乘以传动比得出，与位置无关。在同步期间，将传动比指定为两个整数之间的比例一次，或以可变方式进行指定。凸轮传动(S7-1500T)在凸轮传动期间 (页74)，引导轴和跟随轴将通过同步操作功能进行耦合（通过凸轮工艺对象进行指定）。凸轮工艺对象（TO_Cam、TO_Cam_10k）通过插补点和/或段定义了函数f(x)。在用户程序运行期间，可通过插补使定义的凸轮插补点和段之间的空隙闭合。凸轮传动过程中的传输行为通过凸轮曲线表示。同步操作阶段同步操作按以下阶段实现：•未决同步操作 (S7-1500T)跟随轴等待同步运动的开始条件得到满足。• 同步跟随轴将与主值进行同步。•同步运动跟随轴按照同步操作功能跟随引导轴的位置。•超驰同步操作主动同步操作会被跟随轴上的运动控制作业（例如“MC_Halt”）超驰。• 等待同步作业(S7-1500T)跟随轴等待取消同步运动的开始条件得到满足。• 取消同步操作(S7‑1500T)跟随轴与主值取消同步。跟随轴停在定义的位置，同步操作结束。跨 PLC 同步操作 (S7-1500T)跨 PLC同步操作 (页 152)可在多个控制器上实现同步操作。可以在不同的控制器上组态引导轴和跟随轴。同步操作功能（例如，齿轮传动）在 CPU的跟随轴上执行。引导轴代理工艺对象(TO_LeadingAxisProxy) 表示 CPU中本地同步操作的引导轴。引导轴代理用于评估主值报文，并为本地跟随轴提供外部主值。21功能概述 (S7-1500,S7-1500T)STEP 7 V18 及以上版本的 S7-1500/S7-1500T 同步操作功能 V7.0功能手册,11/2022, A5E47011356-AC4.1 同步轴工艺对象 (S7-1500,S7-1500T)同步轴工艺对象包括定位轴工艺对象的全部功能。同步轴也可以跟随引导轴的运动。引导轴和跟随轴之间的同步操作关系通过同步操作功能指定。有关同步轴工艺对象所支持指令的概述，请参见“同步操作的运动控制指令(页 26)”部分。下图所示为同步轴工艺对象的基本操作原理：组态以下非等时同步特定组态对应于定位轴工艺对象：• 基本参数–轴或编码器类型– 测量单位– 模数设置– 虚轴– 仿真轴• 硬件接口– 连接 PROFIdrive 驱动装置– 通过PROFIdrive 连接编码器– 自动传输驱动装置和编码器参数– 连接步进电机– 连接带有模拟设定值接口的驱动装置– 通过SIEMENS 附加报文 750 连接力/扭矩数据• 机械装置– 组态定位轴/同步轴的驱动装置和编码器方向– 组态负载齿轮–组态丝杠螺距– 组态反向间隙补偿• 动态默认值• 急停• 限值– 位置限值– 动态限值– 扭矩限值– 固定挡块检测• 回原点–主动回原点– 被动回原点• 位置监视功能– 位置监视– 跟随误差– 停止信号• 控制回路– 在 PLC 中组态位置控制器– 使用DSC 为驱动装置组态位置控制器– 组态动态滤波器– 关闭和开启位置控制有关组态参数的说明，请参见《S7-1500/S7-1500T轴功能》 (页 11)文档。23功能概述 (S7-1500, S7-1500T)4.1 同步轴工艺对象 (S7-1500,S7-1500T)STEP 7 V18 及以上版本的 S7-1500/S7-1500T 同步操作功能 V7.0功能手册,11/2022, A5E47011356-AC同步轴工艺对象的以下组态特定于同步操作：• 主值互连 (页 30)• 主值设置–组态主值规范 (页 158)– 组态延时时间 (页 163)• 实际值推断 (页31)有关组态参数的说明，请参见《S7-1500/S7-1500T 同步操作功能》 (页 11)文档。4.2 凸轮工艺对象(S7-1500T)术语定义以下章节概要介绍了“凸轮工艺对象”。这是指“TO_Cam”和“TO_Cam_10k”这两种类型的凸轮工艺对象。如果要使用特定的凸轮工艺对象，则会明确说明其类型。凸轮工艺对象凸轮工艺对象定义了一个传输函数y =f(x)。通过这个传递函数，即可以单位独立的方式描述输入值与输出值的相关关系。可多次使用同一凸轮工艺对象。有关凸轮工艺对象所支持指令的概述，请参见“同步操作的运动控制指令(页 26)”部分。函数 y = f(x) 在工艺对象组态 (页75)中使用插补点和/或插补段定义。“TO_Cam”类型的凸轮工艺对象可包含多达 1000个点。“TO_Cam_10k”类型的凸轮工艺对象可包含多达 10000 个点。这两种工艺对象Zui多均可包含 50个线段。插补点和线段之间的范围使用运动控制指令“MC_InterpolateCam (页250)”进行内插。可按照“在线更改凸轮的同步操作功能 (页102)”部分中的说明在用户程序运行期间通过工艺数据块更改/重新定义设置。I[[插补凸轮可用作凸轮系统 (页74)的同步运算功能。24STEP 7 V18 及以上版本的 S7-1500/S7-1500T 同步操作功能 V7.0功能手册,11/2022, A5E47011356-AC功能概述 (S7-1500, S7-1500T)4.2 凸轮工艺对象(S7-1500T)下图所示为凸轮工艺对象的基本操作原理：凸轮工艺对象中可进行以下组态：• 组态凸轮的同步操作功能引导轴代理工艺对象(S7-1500T)对于跨 PLC 同步操作，引导轴代理工艺对象表示 CPU中本地同步操作的引导轴。引导轴代理调整主值的时间，以使不同 CPU上的跟随轴同步，并为本地跟随轴提供主值。有关引导轴代理工艺对象所支持指令的概述，请参见“同步操作的运动控制指令 (页26)”部分。下图所示为引导轴代理工艺对象的基本操作原理：组态引导轴代理工艺对象中可进行以下组态：• 基本参数•主值设置同步操作的运动控制指令 (S7-1500, S7-1500T)通过用户程序中的运动控制指令或 TIAPortal（在“工艺对象 > 调试”(Technology object >Commissioning)下）执行同步轴、凸轮和引导轴代理工艺对象的功能。下表列出了工艺对象所支持的除轴功能外的其它同步操作运动控制指令同步操作中指令的操作模式(S7-1500, S7-1500T)下图显示了同步操作中运动控制指令对跟随轴的一般影响：①有效主值(<TO>.StatusSynchronizedMotion.EffectiveLeadingValue)②同步操作功能的主值(<TO>.StatusSynchronizedMotion.FunctionLeadingValue)③同步操作功能的从值(<TO>.StatusSynchronizedMotion.FunctionFollowingValue)④从值偏移后的从值(<TO>.StatusSynchronizedMotion.FunctionFollowingValue.Position+<TO>.StatusSynchronizedMotion.Offset)
附加主值通过“MC_LeadingValueAdditive (页246-247)”作业，除了跟随轴的有效主值以外，还可以循环指定附加主值 (页149)。主值偏移通过“MC_PhasingAbsolute (页 209)”或“MC_PhasingRelative (页202)”作业，可在齿轮传动 (页52)或凸轮传动 (页132)期间偏移跟随轴上的有效主值。不允许同时使用从值偏移。只有在先前的从值偏移作业完成后，才能开始新的主值偏移作业。同步操作功能通过“MC_GearIn(页 187)”或“MC_GearInPos (页 191)”作业，可在引导轴和跟随轴之间启动齿轮传动 (页37)。通过“MC_CamIn (页 225)”作业，可在引导轴和跟随轴之间启动凸轮传动 (页74)。通过“MC_GearInVelocity (页 198)”作业，可在引导轴和跟随轴之间启动速度同步操作(页68)。从值偏移通过“MC_OffsetAbsolute (页 219-220)”或“MC_OffsetRelative (页215)”作业，可在齿轮传动(页 56)或凸轮传动 (页136)期间移动跟随轴上的从值。不允许同时使用主值偏移。只有在先前的主值偏移作业完成后，才能开始新的从值偏移作业。叠加运动通过“MC_MoveSuperimposed”作业，可将从值与相对定位运动叠加，而无需考虑引导轴的运动。借助“MC_MotionInSuperimposed”作业，可通过为每个应用程序周期指定位置、速度和加速度值来叠加后续值。叠加运动独立于引导轴的运动。在基于“MC_GearInVelocity”的速度同步操作中，仅当跟随轴处于位置控制模式时，才能进行叠加运动。借助“MC_HaltSuperimposed”作业，可独立于基本运动停止叠加运动。29功能概述(S7-1500, S7-1500T)4.5 同步操作中指令的操作模式 (S7-1500, S7-1500T)STEP 7 V18及以上版本的 S7-1500/S7-1500T 同步操作功能 V7.0功能手册, 11/2022,A5E47011356-ACSTEP 7 V18 及以上版本的 S7-1500/S7-1500T 同步操作功能 V7.030功能手册, 11/2022, A5E47011356-AC准备同步操作 (S7-1500, S7-1500T) 55.1 创建工艺对象(S7-1500,S7-1500T)对于同步操作，需要分别为引导轴和跟随轴创建工艺对象。此外，还可以为一个引导轴创建多个跟随轴。对于凸轮传动，还需要创建一个凸轮工艺对象(S7-1500T)。要求• 已创建 S7-1500 CPU，以便使用“MC_GearIn (页 187)”启动齿轮传动。请注意，只有S7-1500T CPU 可提供实际值耦合。• 已针对以下其中一种同步操作创建 S7-1500T CPU：–使用“MC_GearInPos (页 191)”从指定同步位置开始齿轮传动– 使用“MC_GearInVelocity (页198)”启动速度同步操作– “MC_CamIn (页 225)”凸轮传动操作步骤要为同步操作创建工艺对象，请按以下步骤操作：1.对于引导轴，创建以下其中一个工艺对象：– 定位轴– 同步轴– 外部编码器 (S7‑1500T)2.对于跟随轴，创建一个同步轴工艺对象。3.组态非特定于同步操作的引导轴和跟随轴的组态参数。有关组态参数的说明，请参见《S7-1500/S7-1500T 轴功能》文档 (页11)。4. 对于凸轮传动，创建一个凸轮工艺对象 (S7-1500T)。5.2 定义主值互连 (S7-1500,S7-1500T)5.2.1 互连主值 (S7-1500, S7-1500T)同步操作的主值由引导轴或外部编码器 (S7‑1500T)提供。在用户程序中调用相应的运动控制指令来实现同步操作，从而在用户程序中指定并耦合主值。再次调用运动控制指令来指定其它引导轴时，主值会切换。以下规则适用于主值耦合：•引导轴或外部编码器 (S7-1500T) 可以输出多个跟随轴的主值。• 跟随轴可与多个主值工艺对象互连。以下工艺对象支持主值：–定位轴– 同步轴 (页 21)– 外部编码器 (S7-1500T)引导轴代理工艺对象仅与跨 PLC 同步操作 (页 152)(S7-1500T) 相关。操作期间所需的所有互连都必须在同步轴工艺对象的组态期间设置。•在用户程序运行期间，一次只能选择一个主值进行耦合和评估。•对主值和从值进行耦合时，不会转换为相应组态的测量单位。如果引导轴线性移动10 mm，旋转轴会以 1:1 的传动比移动10°。操作步骤要互连跟随轴的所需主值，请按以下步骤操作：1. 打开同步轴的“工艺对象 > 组态 >主值互连”(Technology object > Configuration > Leadingvalueinterconnections) 组态窗口。2. 在“可能的主值”(Possible leading values)表列中，添加操作所需的全部主值工艺对象作为跟随轴的主值。可以使用表中通过相应运动控制指令添加的工艺对象作为跟随轴的主值。工艺对象的所有已组态的主值互连均显示在工艺对象的交叉引用列表中。3.在“耦合类型”(Type of coupling) 表列中，选择主值的耦合类型：– 设定值耦合 (页 31)– 实际值耦合 (页31) (S7-1500T)“延迟”(Delayed) 选项仅与跨 PLC 同步操作 (页 152) (S7-1500T)相关。5.2.2 设定值耦合 (S7-1500,S7-1500T)对于设定值耦合，引导轴的设定值将作为同步操作的主值。以下工艺对象的设定值可连接，作为同步操作的主值：• 定位轴•同步轴• 引导轴代理 (S7-1500T)5.2.3 实际值耦合和实际值推断(S7-1500T)对于不可以耦合设定值的应用程序（例如，使用外部编码器时）或在工艺方面无意义的应用程序，S7-1500T CPU将额外提供实际值耦合来实现同步操作。对于实际值耦合，某个工艺对象的推断实际值用作主值。以下工艺对象的实际值可用作同步操作的主值：•定位轴• 同步轴• 外部编码器31准备同步操作 (S7-1500, S7-1500T)5.2 定义主值互连 (S7-1500,S7-1500T)STEP 7 V18 及以上版本的 S7-1500/S7-1500T 同步操作功能 V7.0功能手册,11/2022,A5E47011356-AC主值的实际值推断对于实际值耦合，处理实际值时会生成延时。为了对延时时间进行补偿，可将实际值外部插补到主值中。这意味着主值基于之前的已知值进行了外部插补。恒定速度或恒定加速度或减速度下的延时时间可通过推断进行补偿。由于技术原因，推断过程中的加速度或减速度（加加速度）变化总会导致主值相关的跟随轴移位。有效的推断时间包含引导轴相关部分、组态的跟随轴相关部分，还可以包含跨PLC 同步操作的时间：•引导轴相关部分引导轴相关的部分在工艺对象变量“<TO>.Extrapolation.LeadingAxisDependentTime”中针对引导轴自动计算并显示。可以使用变量“<TO>.Extrapolation.Settings.SystemDefinedExtrapolation”= 0 禁用引导轴相关部分。•跟随轴占用部分跟随轴占用的部分在工艺对象变量“<TO>.StatusPositioning.SetpointExecutionTime”中针对引导轴自动计算并显示。组态“工艺对象> 组态 > 扩展参数 > 实际值推断”(Technologyobject > Configuration> Extended parameters > Actual value extrapolation)下的值(<TO>.Extrapolation.FollowingAxisDependentTime)。• 跨 PLC同步操作的时间对于跨 PLC同步操作，将自动考虑本地耦合的跟随轴上主值的输出延迟。显示值等于主值延迟，并且对应于在引导轴或外部编码器上输入的延时时间。可以在“工艺对象> 组态 > 主值设置”(Technology object > Configuration >Leading value settings)下组态延时时间(<TO>.CrossPlcSynchronousOperation.LocalLeadingValueDelayTime)。外部插补实际值将通过可组态的滞回进行评估，之后再作为主值进行输出。滞回评估可防止主值反转，从而导致外部插补干扰值。注意机器损坏如果在用户程序运行期间过大幅度更改推断时间，可能造成机器损坏。只能小幅调整外插补时间。下图显示了实际值推断的顺序。①实际位置值② 实际速度值③ 位置滤波器 T1 (<TO>.Extrapolation.PositionFilter.T1)和 T2 (<TO>.Extrapolation.PositionFilter.T2)④ 速度滤波器 T1(<TO>.Extrapolation.VelocityFilter.T1) 和 T2(<TO>.Extrapolation.VelocityFilter.T2)⑤ 速度容差范围宽度(<TO>.Extrapolation.VelocityTolerance.Range)⑥ 用组态的长度单位表示的滞后值(<TO>.Extrapolation.Hysteresis.Value)⑦ 由引导轴产生的推断时间分量(<TO>.Extrapolation.LeadingAxisDependentTime)⑧ 由跟随轴产生的推断时间分量(<TO>.Extrapolation.FollowingAxisDependentTime)⑨ 来自跨 PLC同步操作的推断时间分量(<TO>.CrossPlcSynchronousOperation.LocalLeadingValueDelayTime)⑩推断主值位置⑪ 推断主值速度，具体取决于开关位置：•通过带滞后的推断得到的主值速度（“<TO>.Extrapolation.Settings.ExtrapolatedVelocityMode”=1）•滤波后实际速度的主值速度（“<TO>.Extrapolation.Settings.ExtrapolatedVelocityMode”=0）过滤实际值编码器干扰信号会导致信号发生快速步长变化，这也会影响外插补。这种步长变化可通过使用合适的过滤器设置来减少或补偿。位置滤波器为PT2 滤波器。速度过滤器为支持可组态容差范围宽度的 PT2过滤器。实际位置值通过实际位置滤波器混合滤波。实际速度值通过速度过滤器混合滤波，然后通过容差范围“稳定”。滤波后的实际位置值随后根据滤波后的速度值进行推断。主值速度基于推断的主值位置或滤波后的速度值（无推断，“<TO>.Extrapolation.Settings.ExtrapolatedVelocityMode”=0）得出。推荐设置。将位置过滤器的时间常量 T1 和 T2 的总和设置为明显小于速度过滤器的时间常量 T1 和T2。容差范围容差范围作用在插补周期中的速度滤波值上。一旦容差范围在一个方向上的改变超过Zui后一个输出值容差范围的一半以上，则该容差范围的位置将自动沿速度值方向移动。随着容差范围的移位同时生成新的输出值。这对应于速度滤波值减去容差范围的一半。只要速度值保持在容差范围内，就不会生成新的输出值。滞后作用在插补周期中的位置滤波插补值上。方向改变只有在位置值反方向发生至少为滞后值的变化时才起作用。滞后/反向容差可在容差范围内发生位置反向时防止主值意外反向。组态实际值推断要组态主值的实际值推断，请按以下步骤操作：1.打开引导轴的“工艺对象 > 组态 > 扩展参数 > 实际值推断”(Technology object>Configuration > Extended parameters > Actual valueextrapolation") 组态窗口。2. 在“位置滤波器 T1”(Position filter T1) 和“位置滤波器T2”(Position filter T2) 输入字段中，输入 PT2 滤波器的时间常量来对位置进行滤波。3.在“滞后值”(Hysteresis value) 输入字段中，输入应用到位置的推断实际值的迟滞功能值。指定值采用组态的长度单位。4.在“速度滤波器 T1”(Velocity filter T1) 和“速度滤波器 T2”(Velocity filter T2)输入字段中，输入 PT2 滤波器的时间常量来对实际速度进行滤波。5. 在“容差范围宽度”(Tolerance band width)输入字段中，输入经过滤波的实际速度的容差带宽。为优化容差范围的应用，请输入与容差区间相同的带宽作为噪声信号带宽。6.在“跟随轴”(Following axis)输入字段中，为主值的推断指定跟随轴比例。跟随轴变量“<TO>.StatusPositioning.SetpointExecutionTime”中的值（保持不变或通过用户指定的时间抵消）可用作基准值。此引导轴相关的推断将显示在“引导轴”(Leadingaxis) 字段中。与引导轴相关的推断时间通过引导轴的实际值采集时间 (Ti)、插补器时间 (TIpo) 以及位置滤波器 T1 与T2 之和计算得出：与引导轴相关的推断时间 = Ti + TIpo + T1 + T2跨 PLC 同步操作的时间显示在“跨PLC”(cross-PLC) 字段。跨 PLC 同步操作的时间对应于组态窗口“工艺对象 > 组态 >主值设置”(Technology object > Configuration > Leadingvaluesettings) 中设置的延时时间。34STEP 7 V18 及以上版本的 S7-1500/S7-1500T 同步操作功能V7.0功能手册, 11/2022, A5E47011356-AC准备同步操作 (S7-1500, S7-1500T)5.2定义主值互连 (S7-1500, S7-1500T)7. 要应用由推断主值位置微分得出的主值速度，选中“激活微分”(Activatedifferentiation) 复选框。否则，将应用滤波后的实际速度值。8.要在计算有效推断时间时考虑与引导轴相关的推断，请选中“考虑引导轴”(Consider leadingaxis)复选框。否则，在计算有效推断时间时不会考虑与引导轴相关的推断。在“有效推断时间”(Effective extrapolationtime) 字段，将显示引导轴时间、与跟随轴相关的时间以及跨 PLC 同步延时时间的总和。可在西门子工业在线支持的常见问题解条目109763337 中找到用于组态实际值推断的指南。