西门子6ES7134-4GB01-0AB0

西门子6ES7134-4GB01-0AB0

6ES7134-4GB01-0AB0 SIMATIC DP，电子模块 针对 ET200S，2AI Standard I-2DMU 15mm 结构宽度 4.. 20mA；13 位 用于 2 线测量变换器 每通道循环时间 65ms 利用 LED 集中报错（集中报错）

西门子6ES7134-4GB01-0AB0

  

当一台感应电机被机械驱动，并且有一台变频器给电机的出线端子提供某一电压的时候，它将作为一台发电机给变频器回馈能量。
        通常，在交流电机和负载的减速阶段，储存的大部分能量将被电机转化为电能反馈到变频器。当一个高惯性负载突然减速时，会有过大的反馈能量不能被变频器的直流母线所吸收，导致直流母线上电压过高而跳闸。

        由于变频器的直流侧电容只能吸收很小一部分的反馈能量，对于**过系统本身损耗的的制动力矩, 需提供一个动力制动电路来消除剩余能量。通过控制一个**的制动控制电路控制的制动单元的工作/停止周期来防止直流母线上的电压过高。通过控制在发电过程中制动单元的工作/停止周期来防止直流电压**过较大值和直流侧电容的过度充电。许多变频器的固有特征是当输出频率小于基础频率时，为恒定V/F比值控制（力矩恒定）；当输出频率大于基础频率时，为恒电压控制（功率恒定）。因为其恒压变频特性，基础频率之上的再生功率是恒定的，但在基础频率之下，将逐渐衰减至在速度为零时功率为零。当停车时，系统固定损耗大多数情况为摩擦力使驱动系统停止。
        当运行在基础频率之上任何速度，再生功率都为较大值且保持恒定，此时制动电阻器发挥较大功效。较大制动扭矩与在恒定电压下反比于电阻值的再生电流是一对函数关系。于是电阻值的选择决定了制动扭矩的大小。
        电阻的额定功率取决于制动周期（制动时间和循环时间）和电阻的冷却。
        出于安全的考虑，通常使用一个热继电器来单独保护电阻防止持续过载。这个热继电器应该控制切断变频器输入电源。

制动电阻的应用

        通常情况下，当电源为380-460V时，变频器的直流母线电压较大值为800V，电阻，电缆，绝缘需与此工作电压匹配。
        电阻值及额定功率可以由需吸收的能量，即释放的功率值和连续减速的延时时间算出。为了得到电阻的阻值需要知道要求的制动扭矩；为了得到电阻的额定功率需要知道负载的能量有多大。
        电机和负载的动能等于 0,5 J?2

在此    J = 电机和驱动器的总转动惯量(Kgm2 )
? = 角速度 (弧度值/秒), 或者

        因为能量与角速度的平方成正比，系统的较大能量集中在高速状态，会在开始减速的时候传递给电阻。假如电机运转在基础频率之上，传递给电阻的能量为定值，直到降至基础频率以下。用于制动周期的制动电阻应能承受热冲击，推荐使用额定脉冲式电阻。

举例：
转动惯量为10 的负载由1500rpm减速到静止。
计算制动电阻值，额定功率。

需要的数据:
        电机及驱动                                             30kW
        电机额定转矩                                         191Nm
        减速时间                                                 待定
        重复周期时间                                         30 s
        负载转动惯量 (J)                                    10 Kgm2
        电阻阻值(R)                                            未知
        电阻额定功率值（Pr）                         未知
        电阻工作电压 (V)                                  750V

首先较基本的一步是确定减速时间 (Tb ):

                                        

较大减速发生在电机额定转矩的150%。
较大值         Mb max = 1.5 x 191 = 286.5
较快的减速时间Tb :  

秒

可以确定一个实际的减速时间 , 对于这个例子，令 =7s
计算减速时间为7s时需要的制动转矩

       

       

制动功率为：

	Kw

     = 35.24 kW

制动电阻阻值为：

        电阻的额定功率为：
        由于制动电阻的工作为间歇性的，其额定功率可按间歇性的功率选择而不必是连续功率。优点是可根据电阻的过载系数来充分利用电阻的过载值（O/L), 这个系数可由一组冷却曲线得出，这个曲线是由制动电阻生产商或者供应商提供的。
        在这个例子中，减速时间设置为7秒，循环周期时间为30秒。
        所选择的电阻的额定功率为：

      
      = 17.5Kw

        实际上，在再生制动过程中，电机和负载的机械损耗可耗散15%到20%的制动能量。通常的情况下，实际上推荐的制动电阻阻值是代表应用中的较小值，使用推荐的阻值有可能会产生额外的制动转矩。然而，由于负载惯量的能量反馈值是由减速度决定，制动单元通过调整制动电阻的运行/停止周期来实现按照实际速率消耗能量。

西门子MM4系列变频器都集成了串行接口，支持USS通信协议，通过USS协议可以对变频器进行控制和读写变频器参数。使用S7-300PLC有以下两种通讯方案：

1. 按照USS协议要求编写通讯报文，计算BCC校验，适用于从站数量比较少，较简单的应用；
2. 采用DriveES SIMATIC软件提供的S7-300库程序，自动生成从站轮询表程序，适用于从站数量比较多，较复杂的应用。

本文主要介绍通过**种方案实现CPU314-2PtP与MM440的USS通讯。使用S7-300编写USS通讯程序分为以下几个步骤：

1. 依据USS协议编写报文；
2. 使用S7-300提供的串口数据发送程序发送USS报文；
3. 使用S7-300提供的串口数据接收程序接收USS报文；
4. 依据USS协议分析接收到的报文。

本文根据这4个步骤编写了如下内容：*1节简单介绍USS协议内容，了解USS协议报文格式；*2节根据USS协议列举了4条报文；*3节介绍PLC和变频器USS通讯的硬件组态；*4节介绍通过调用PLC中的发送和接收功能块实现USS协议报文的发送和接收。

1 USS协议介绍
USS协议是西门子专为驱动装置开发的通信协议。USS的工作机制是，通信是由主站发起，USS主站不断循环轮询各个从站，从站根据收到的指令，决定是否响应主站。从站不会主动发送数据。从站在以下条件满足时应答主站：接收到主站报文没有错误，并且本从站在接收到主站的报文中被寻址，上述条件不满足或者主站发出的是广播报文，从站不会做任何响应。USS的字符传输格式为11位，其中1位起始位、8位数据位、1偶校验、1位停止位。如下表所示：

起始位	数据位								校验位	停止位
1	0	1	2	3	4	5	6	7	偶X1	1
	LSB							MSB

USS字符帧结构

 

USS协议的报文由一连串的字符组成，协议中定义了它们的功能，如下表所示：

STX	LGE	ADR	有效据区					BCC
			1	2	3	…	n

USS报文结构

 

? STX：长度1个字节，总是为02（Hex），表示一条信息的开始；
? LGE：长度1个字节，表明在LGE后字节的数量，上表中黄色区域长度；
? ADR：长度1个字节，表明从站地址；
? BCC：长度1个字节，异或校验和，USS报文中BCC前面所有字节异或运算的结果；
? 有效数据区：由PKW区和PZD区组成，如下表所示。

PKW区						PZD区
PKE	IND	PWE1	PWE2	…	PWEm	PZD1	PZD2	PZD1	PZDn

USS有效数据区

 

PKW区用于主站读写从站变频器参数：
? PKE：长度一个字,结构如下表，任务或应答ID请参考《MM440使用大全》*13章。
Bit15- Bit 12 Bit 11 Bit 10-Bit 0

Bit15- Bit 12	Bit 11	Bit 10-Bit 0
任务或应答ID	0	基本参数号PNU

PKW结构

 

变频器参数号<2000时，基本参数号PNU=变频器参数号，例如P700的基本参数号PNU=2BC（Hex）（700（Dec）=2BC（Hex））。
变频器参数号>=2000时，基本参数号PNU=变频器参数号-2000（Dec），例如P2155的基本参数号PNU=9B（Hex）（2155-2000=155（Dec）=9B（Hex））。

? IND：长度一个字，结构如下表。

Bit15- Bit 12	Bit 11- Bit 8	Bit 7 - Bit 0
PNU扩展	0（Hex）	参数下标

IND结构

变频器参数号<2000时，PNU扩展=0（Hex）。
变频器参数号>=2000时，PNU扩展=8（Hex）。
参数下标，例如P2155[2]中括号中的2表示参数下标为2。
? PWE：读取或写入参数的数值
PZD区用于主站与从站交换过程值数据：
? PZD1： 主站?从站 控制字
主站?从站 状态字
? PZD2： 主站?从站 速度设定值
主站?从站 速度反馈值
? PZDn： MM430/440支持较多8个PZD，MM420支持较多4个PZD

根据传输的数据类型和驱动装置的不同，PKW和PZD区的数据长度不是固定的，可以通过P2012、P2013 设置。本例采用4PKW，2PZD报文格式。

2 USS协议报文定义
本文通过发送4个不同功能的报文来演示自定义USS报文的方法，USS协议详细说明请参照《MM440使用大全》*13章。
例1．把参数P2155[2]的数值修改为40.00Hz

字节数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
发送报文	2	0E	1	30	9B	80	2	42	20	0	0	4	7E	0	0	3C
应答报文	2	0E	1	20	9B	80	2	42	20	0	0	FB	31	0	0	9C

报文解释：

STX	Byte1	起始字符
LGE	Byte2	报文长度（字节3到字节16共14个字节）
ADR	Byte3	从站地址
PKW	Byte4-5	PKE内容：
		Bit15- Bit 12（任务ID） =3（Hex），修改参数数值双字
		Bit15- Bit 12（应答ID） =2（Hex），传送参数数值双字
		Bit10- Bit 0（基本参数号PUN）=2155-2000（Dec）=9B（Hex）
	Byte6-7	IND内容：
		Bit15- Bit 12（PNU扩展） =8（Hex），参数号大于2000
		Bit7- Bit 0（参数下标）=2（Hex），P2155[2]
	Byte8-11	参数值，42 20 00 00（Hex）=40.0（浮点数）
PZD	Byte12-13	PZD1
	Byte14-15	PZD2
BCC	Byte16	异或校验和

注：黄色标记表示应答报文中的内容

例2．读取参数P0700[0]的数值

字节数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
发送报文	2	0E	1	12	BC	0	0	0	0	0	0	4	7E	0	0	D9
应答报文	2	0E	1	12	BC	0	0	0	0	0	5	FB	31	0	0	6C

报文解释：

STX	Byte1	起始字符
LGE	Byte2	报文长度（字节3到字节16共14个字节）
ADR	Byte3	从站地址
PKW	Byte4-5	PKE内容：
		Bit15- Bit 12（任务ID） =1（Hex），读取参数数值
		Bit15- Bit 12（应答ID） =1（Hex），传送参数数值单字
		Bit10- Bit 0（基本参数号PUN）=700（Dec）=2BC（Hex）
	Byte6-7	IND内容：
		Bit15- Bit 12（PNU扩展） =0（Hex），参数号小于2000
		Bit7- Bit 0（参数下标）=0（Hex），P700[0]
	Byte8-11	参数值，5（Hex）=5（Dec）
PZD	Byte12-13	PZD1
	Byte14-15	PZD2
BCC	Byte16	异或校验和

注：黄色标记表示应答报文中的内容

例3．不需要读写参数只发送停止变频器报文

字节数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
发送报文	2	0E	1	0	0	0	0	0	0	0	0	4	7E	0	0	77
应答报文	2	0E	1	0	0	0	0	0	0	0	0	FB	31	0	0	C7

例4．不需要读写参数只送启动变频器、设定频率50Hz报文

字节数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
发送报文	2	0E	1	0	0	0	0	0	0	0	0	4	7F	40	0	36
应答报文	2	0E	1	0	0	0	0	0	0	0	0	FF	34	3F	FF	6

例3、4报文比较简单只需要定义PZD中的内容，PKW区内容可以设置为0。
请注意：如果按照以上4个例子发送报文可能会收到与例子中不一样的应答报文，这并不代表报文存在问题，可能由于变频器状态不同或参数设置不同造成。例子报文中已经计算了BCC校验的值，如果使用其他的报文需要自己计算BCC校验。

3 硬件组态
MM4系列变频器提供的串行接口为RS485接口，S7-300 PLC有3种通讯模块支持RS485接口：

1. 采用带有集成RS485接口的CPU例如CPU31X-2PtP；
2. RS485接口的CP340通讯模块；
3. RS485接口的CP341通讯模块；

以上三种模块都可以通过下表中的接线方式与MM4变频器连接，本文中采用1台CPU314-2PtP与1台MM440通讯。

信号	CPU314-2PtP	MM430/MM440	MM420
	RS485接口针脚	端子	端子
P+	11	29	14
N-	4	30	15

S7-300 RS485接口与MM440 USS接线

 

3.1 PLC硬件组态
1) 首先打开STEP7新建项目并插入CPU314-2PtP。

2) 双击CPU314-2PtP的X2端口PtP，打开PTP属性对话框General栏，Protocol复选框中选择“ASCII”协议。

3) Addresses栏中记录起始地址“1023”，在后面的编程中使用。

4) Transfer栏中设置通讯速率“9600bps”，报文格式：“8”位数据位，“1”位停止位，“Even”偶校验，数据流控制选择“None”。

5) End Delimiter栏中设置接收报文结束方式“After character delay time elapses”利用两个报文的间隔时间来判断报文是否结束，并设置字符延时时间“4ms”（该时间可使用默认设置，默认设置时间随通讯速率不同时间也不同）。

6) Signal Assignment栏中设置串行通信接口信号模式为“Half Duplex（RS-485）Two-wire Mode”半双工两线制RS485模式，空闲状态信号状态“R(A)0v、R(B)5V”。

通过以上步骤完成对CPU314-2PtP串行接口的基本设置，如需更详细的信息请参照CPU314-2PtP手册。

3.2 变频器参数设置
与通信有关的变频参数：

参数	设置值	功能说明
P0700	5	命令源选择：com链路USS通讯
P1000	5	频率设定源选择：com链路USS通讯
P2009	0	USS规格化：不规格化
P2010	6	USS波特率：9600bps
P2011	1	USS地址：1
P2012	2	PZD长度：2个字
P2013	4	PKW长度：4个字
r2024~r2031	只读	USS诊断数据

以上参数只对与变频器USS通讯相关的参数进行介绍，变频器其他参数设置请参照《MM440使用大全》。

4 USS通讯编程

4.1 CPU314-2PtP串行接口发送和接收程序
CPU314-2PtP调用系统功能块SFB60和SFB61进行串行通讯接口数据的发送和接收，SFB60与SFB61系统功能块已经包含在CPU中，只需在OB1中直接调用并分配背景数据块即可。在本例中分配DB60为SFB60的背景数据块，在OB1中调用程序：

在SFB60发送通信块中需要对下列参数进行赋值：

REQ：	发送请求，每个上升沿发送一帧数据。
R：	终止发送。
LADDR：	PtP串口的起始地址，请查看PLC硬件配置中，PtP属性对话框Addresses栏址中显示的数值，本例中为“1023”，转化为16进制数为W#16#3FF。
DONE：	发送完成输出一个脉冲。
ERROR：	发送错误输出1。
STATUS：	发送块状态字。
SD_1：	发送数据区起始地址，发送数据区定义为DB1.DBB0开始的n个字节。
LEN：	发送字节的长度。

分配DB61为SFB61的背景数据块，在OB1中调用程序：

在SFB61接收通信块中需要对下列参数进行赋值：

EN_R：	接收使能。
R：	终止接收。
LADDR：	PtP串口的起始地址，请查看PLC硬件配置中，PtP属性对话框Addresses栏址中显示的数值，本例中为“1023”，转化为16进制数为W#16#3FF。
NDR：	接收到新数据输出一个脉冲。
ERROR：	接收错误输出1。
STATUS：	接收块状态字。
RD_1：	接收数据区起始地址，接收数据区定义为DB2.DBB0开始的n个字节。
LEN：	接收到数据的长度。

4.2 通过发送程序发送定义好的USS报文
将例子中的报文按字节顺序传送到从DB1.DBB0开始的16个字节中，设置MW104=16，当M100.0上升沿时PLC即发送一帧USS报文。如果变频器接收到的报文无误就会返回一条响应报文，需要将M200.0置1 PLC就会接收到响应报文，并把报文存储到从DB2.DBB0开始的16个字节中。

4.3使用S7-300 PLC编写BCC校验程序
在USS通讯中变频器在收到主站发送的报文后会重新计算报文的BCC校验，如果计算结果与报文传送的BCC校验不一致，那么表明变频器接收到的信息是无效的，变频器将丢弃这一信息，并且不向主站发出应答信号。所以正确计算BCC校验尤为重要。前面提到的4个例子报文中已经计算好了BCC校验，下面给出利用S7-300 PLC编程计算15个字节的BCC校验的程序。

15字节的BCC校验程序
程序中将DB1.DBB0到DB1.DBB14中的内容依次进行异或计算，并把计算结果保存到DB1.DBB15中。

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