西门子6SE64402UD322DB1

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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”。

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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。

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

在实际应用中，经常需要通过DP总线获取6SE70变频器和6RA70直流调速器的内部数据，如：输出的电压、电流、电机实际转速等。由于6RA70直流调速器与6SE70变频器使用相同的DP通讯板卡—CBP2板，因而它们在PLC侧的组态和编程方法基本一致（具体实现方法请参考下载中心文档A0049，《驱动通讯基础》），在实际应用中仅发送的控制字稍有不同。为了获取6SE70变频器和6RA70直流调速器的内部数据，可以使用过程数据PZD。

1使用PZD传送装置内部数据

1．1 6SE70中的实现方法与常用连接器
根据《6SE70使用大全V3.4使用大全》功能图125，参数P734.01~P734.16为变频器发送给DP主站的16个PZD字的参数化接口。P734.01默认值为K0032，代表通过**个PZD将状态字1发送的DP主站。同理若要求用*3个PZD将变频器输出电流值传给DP主站，则 P734.03 = K0022（Output Amps）；这样在DP主站侧所接收的*3个PZD的数值就是变频器输出电流。如图1.1所示，可以通过参数r735.01到.16来从变频器侧读数所发送的数值。

图1.1 6SE70过程数据PZD参数化接口

常用连接器号：
KK0020     实际速度
K0023        输出电压
K0025        直流母线电压
K0030        控制字1
K0031        控制字2
K0032        状态字1
K0033        状态字2
（更多内容请参考《6SE70使用大全V3.4使用大全》连接器表）

1．2 6RA70中的实现方法与常用连接器
根据《 6RA70 系列V3.1全数字直流调速装置中文说明书》功能图Z110，参数U734.01~U734.16为调速器发送给DP主站的16个PZD字的参数化接口。如图1.2：默认的U734.01=K0032（状态字1），U734.02=K0167（实际转速），U734.04=K0033（状态字2），若想要用*5个PZD将调速器器输出实际电枢电压**值传给DP主站，则 U734.05 = K0291；这样在DP主站侧所接收的*5个PZD的值就是实际电枢电压**值。

图1.2 6RA70 过程数据PZD参数化接口

常用连接器号：
K0107     6 个电流波头的平均值
K0118     电枢电流给定**值
K0265     励磁电流调节器输入的实际值
K0030     控制字1
K0031     控制字2
K0032     状态字1
K0033     状态字2
（更多内容请参考《 6RA70 系列V3.1全数字直流调速装置中文说明书》连接器表）

2注意事项：

2.1双字的传送
传送双字时，需要注意必须连续将两个PZD都设置为同样的KK连接器才能完整传送32位的双字。如6SE70变频器从*5个PZD开始传送实际频率KK0148到DP主站，则需设置P734.05 = KK0148, P734.06 = KK0148；否则仅能将双字KK0148的高16位传送过去。

2.2使用16个PZD
5种PPO类型中，PPO5可以支持较多的10个PZD， CBP2板通讯支持较多16个PZD。若想组态做多于10个PZD的通讯可以选择DP从站时使用”MASTERDRIVES MASTER CBP2 DPV1”，这样就可以继续选择PPO类型，较高支持16个PZD。此种方法较多可以组态40个字节的输入和40个字节的输出，总数不能**过80个字节。

图2.1 16个PZD的组态画面

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