西门子6SE64402UD315DA1

西门子6SE64402UD315DA1

6SE6440-2UD31-5DA1 MICROMASTER 440 无滤波器 380-480V+10/-10% 三相交流 47-63Hz 恒定转矩 15kW 过载 150% 60S，200% 3S 二次矩 18.5kW 520x 275x 245（高x宽x深） 防护等级 IP20 环境温度 -10+50°C 无 AOP/BOP

1 SINAMICS G120 故障安全型变频器的硬件
G120变频器包括支持DP接口和PN接口两种，其中G120D具有高防护等级（IP67）的特性，它们的安全功能基本都类似：

1）SINAMICS G120 CU240S DP F （6SL3244-0BA21-1PA0）
2）SINAMICS G120 CU240S PN F （6SL3244-0BA21-1FA0）
3）SINAMICS G120D CU240D DP F （6SL3544-0FA21-1PA0）
4) SINAMICS G120D CU240D PN F (6SL3 544-0FA21-1FA0)
硬件的版本为到目前为止较高版本V3.2。

2 组态PLC

2.1 软件需求
我们通过一个实例来介绍如何在STEP7中组态G120变频器模块。

所需软件：

•  STEP7 V5.4 SP3或以上版本
•  Distributed safety V5.4 SP4或以上版本
•  Drive ES V5.4以上版本（或Scout/Starter）

2.2 STEP7项目组态和设置

1）硬件组态
首先在STEP7中建立一个S7 300项目，在实际硬件中，我们采用了带PN接口的G120模块，因而需要组态Profinet网络。

图1 新建S7 300项目

在硬件组态中，选择CPU317F-2PN/DP做为F的主站，添加一条以太网，在硬件列表中选择“PROFINET IO” ? “SINAMICS G120” ?“SINAMICS G120 CU240S PN F”，用鼠标点中将其拖拽到以太网上，同时将“PROFIsafe”报文添加到G120的硬件插槽中（图2）。

图2 将G120添加到项目中

2） 组态网络
双击G120为其分配设备名（g120pnio）和IP地址(192.168.0.3)。其中设备名必须与实际连接的G120的设备名一致，否则将无法进行下载（图3）。

图3 为G120的PN口分配IP地址和设备名

3) 故障安全参数设置
双击G120硬件组态1.3槽中的“Profisafe”，打开属性设置（图4）。

图4 Profisafe属性设置

其中：
F_SIL：表示系统能够达到的安全等级；
F_Source_Add：F系统主站的“源地址”，一般采用默认值即可；
F_Dest_Add：F系统目的站的地址，一般采用默认值即可，该值需要与G120的实际值相对应，可通过参数P9810在G120上设定；
F_WD_Time：F系统的看门狗时间，一般至少应大于OB35的循环中断时间（建议设置在300ms以上）；

4） F-CPU的参数配置
双击CPU，打开属性页面。首先选择“F Parameters”属性页，为安全程序设置密码。该密码防止了F程序被没有授权的用户随意修改（图5）。

图5 为F程序设置密码

密码设置后，点击“OK”，可以看到F参数。这些参数是CPU处理F程序时的基本信息，一般是系统自动分配的，不建议做修改，选择确认即可。

图6 CPU的F相关系统参数

接下来在“Protection”属性中，设置程序的读/写保护，同时将“CPU contains safety program”激活（图7）。

图7 设置CPU读/写密码保护

配置结束后，选择“存盘/编译”。

图8 存盘编译

2. 3 G120的参数设置

（1）编译后的S7项目下，出现了G120设备，其设备名为“g120pnio”，双击“Commissioning”，打开G120的调试界面（图9）。

图9 双击打开G120调试界面

（2）系统将启动SIMOTION SCOUT（或者DriveES / Starter）。
首先选择接口设置，否则软件可能无法与G120正常连接（图10）。

图10 设置连接接口

这里采用的以太网的连接方式。

图11 设置PG/PC 接口

（3）在Scout软件中，选择在线“online”，连接到G120。

图12 选择在线功能

至于如何配置驱动，这里不再详细介绍，请参照有关G120的调试手册。
G120的安全功能只有在“Online”状态下才可以进行调试。

图13 打开安全功能调试界面

选择“Safety Integrated”，设置故障安全功能的参数。

2. 4 故障安全功能调试

2.4.1 安全功能选择
G120 F提供了STO/SS1/SLS/SBC等安全功能，这些安全功能可以通过端子或者Profisafe协议来控制。在“Enables”属性页中，可以通过P9603/P9803选择安全功能的激活方式（图14）。

图14 通过P9603选择安全功能激活方式

G120的故障安全功能是通过两个处理器进行信号处理的，一个为驱动处理器（P9603），另外一个为通讯处理器（P9803）。G120通过比较这两个处理器的结果对功能进行设置，如果没有错误，则可以正常启动相应的功能，否则进入“钝化”状态。

图16 两个处理器进行信号的比较

(1) 对于通过端子实现安全功能，G120F提供了2组双回路的端子，可以连接2个双通道的按钮或者急停开关来实现安全功能的激活（图15），但通过端子控制时只能选择2个安全功能。

图15 G120F故障安全接线端子

当选择通过Porfisafe来激活安全功能时，端子激活的方式将不再能够被选择。

(2) 选中通过Profisafe的报文来控制安全功能后，端子控制的方式将不能再被激活。

2.4.2 安全功能参数设置
选择“Change settings”选项进行参数设定。

图16 选择安全功能设定

1) 安全转矩关断（STO）
当设备出现故障时，安全转矩关断（STO）功能将用于安全的断开电机电源。当选择了该功能时，驱动单元将进入“安全状态”。此时，驱动单元的启动功能被禁止，驱动设备无法在故障状态下被重启，电机进入无转矩自由停车状态。

西门子6SE64402UD315DA1
图17 设置STO

 

 如果采用端子控制方式，则可以对两个输入端子回路进行差异时间的监控（Debounce time），也可以定义较小相应时间来对信号进行滤波（Response time）。
 如果采用Profisafe方式，则可以定义系统在STO结束时的自检过程，以保证系统正常运行 (包括关断测试时间：8 hour) 。
 钝化的STO功能（Passivated STO）：当系统进入STO过程中（20ms）检测到内部出现故障或者其它过程中检测到故障时，将随时进入PSTO状态，直到所有的故障都被消除后并确认后，系统才可以正常运行。且PSTO拥有较高**级。

2) 安全停车（SS1）
当“SS1”被激活时，电机转速将按照设定方式的斜坡下降，当在规定时间内（Tr）到达Standstill 设定频率时，进入STO状态。如果**过延时监控时间（Tv），则系统故障，同时进入STO。此时需要将该故障进行“确认”操作，之后系统才可以正常启动。

图18 选择安全停车

3） 安全限速(SLS)
安全限速功能(Safely Limited Speed) 用于保护驱动设备在相对安全的速度上运行。G120提供了4种模式的安全限速功能（模式0～模式3）。

图19 安全限速功能的选择

关于几种模式的功能说明，请参照手册：SINAMICS Function Manual (Firmware V3.2)，这里不再一一详述。其中模式3只有V3.2的硬件中才有。
设定结束，选择“Accept settings”。
至此，我们完成G120安全功能的组态，接下来我们通过Profisafe协议来控制S120的安全功能。

2.4.3 程序编制

安全程序的编制和安全功能的调试：
1）首先打开SIMATIC Manager，进入编程界面，选择“Insert new object”?“Function”（图20）。

图20 插入新的功能（Function）

2）为新创建的FC选择语言“F-CALL”。这里创建的FC100是用于CPU处理故障安全程序的需要而建立的。

图21 选择创建语言F-CALL

1.1本例程的系统配置
本例程中用到的硬件： S7-1200（CPU 1214C）、G120 ( 控制单元CU240B-2 )、一台装有TIA Portal软件的PC机、CM1241模块、电源模块、标准RJ45网线。

1.2 硬件连接

1.2.1硬件连线
本例程中的硬件间的结构如下图所示：

图1-1

1.2.2 PLC与控制单元通信端口之间的连接
用电缆将CU240B-2 Modbus 通讯接口与PLC通信模块连接起来，如下图所示。

图1-2

2 变频器设置

2.1 地址设置
可以通过控制单元上的地址开关，也可以通过参数 P2021 或 STARTER 中“Control Unit / Communication / Field bus”页面来确定变频器的 Modbus-RTU 地址。
只有所有地址开关都设为“OFF”(0)时，P2021 或 STARTER 中的设置才有效。否则，Modbus-RTU 地址为地址开关所设置的地址。

2.2 参数设置
除了设置地址之外，还需要对其他一些变频器的通信参数进行设置，才可以进行MODBUS通信。具体需要设置的参数如表2-1所示：

表2-1

参数	描述
P0015 = 21	变频器宏程序 选择 I/O 配置
p2030 = 2	现场总线协议选择 2： Modbus
p2020	现场总线波特率 设置范围是 4800 bit/s … 187500 bit/s，出厂为 19200 bit/s
p2024	Modbus 计时 索引 0：较大从站应答延迟： 在该时间后，从站应答主站。 索引 1： 字符延时： 指一个 Modbus 消息帧内，单个字符之间允许的较大延迟时间。 （即 Modbus 1.5 个字节标准的处理时间） 索引 2： 报文延时： 指 Modbus 报文之间允许的较大延时。（即 Modbus 3.5 个字节标准的处理时间）
p2029	现场总线错误统计 指现场总线接口上接收错误的统计、显示
p2040	过程数据监控时间 指没有收到过程数据时发出报警的延时。 注： 该时间必须根据从站数量、总线波特率加以调整，出厂为 100 ms。

3 PLC组态和编程

3.1 创建项目
首先创建一个项目，点击创建新项目，输入名称，路径等信息。

图3-1

3.2 硬件组态
按照新手上路的提示首先选择设备和网络，进行硬件组态。

图3-2

点击添加新设备，添加相应型号的设备，修改设备名称，选择版本号，点击添加。

图3-3

在弹出的设备与网络的右侧硬件目录中，找到通信模块-点到点-CM1241(RS485)，加入CM1241通信模块。

图3-4

双击设备视图中的RS485端口，设置端口组态，本例程配置如下图。

图3-5

在左侧的项目树-设备-在线访问-Broadcom NetXtreme。。。（本例程PC机所使用的网卡），双击更新可使用的设备，搜索到连接的设备。

图3-6

3.3 编程
在左边的设备中找到S7-1200/程序块，打开主程序（Main[OB1]）。在右边的指令栏里选择通信/通信处理器/MODBUS，添加MB_COMM_LOAD和MB_MASTER。

图3-7

在弹出的调用选项中，定义一个背景数据块。

图3-8

使用同样的方法，再加入一个MB_MASTER模块，同样定义背景数据块。

图3-9

西门子6SE64402UD315DA1

http://zx2015888.cn.b2b168.com