西門(mén)子6SE64402UD275CA1

6SE6440-2UD27-5CA1 MICROMASTER 440 無(wú)濾波器 380-480V+10/-10% 三相交流 47-63Hz 恒定轉(zhuǎn)矩 7.5kW 過(guò)載 150% 60S，200% 3S 二次矩 11kW 245x 185x 195（高x寬x深） 防護(hù)等級(jí) IP20 環(huán)境溫度 -10+50°C 無(wú) AOP/BOP

1 SINAMICS G120 故障安全型變頻器的硬件
G120變頻器包括支持DP接口和PN接口兩種，其中G120D具有高防護(hù)等級(jí)（IP67）的特性，它們的安全功能基本都類似：

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)
硬件的版本為到目前為止較高版本V3.2。

2 組態(tài)PLC

2.1 軟件需求
我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)介紹如何在STEP7中組態(tài)G120變頻器模塊。

所需軟件：

•  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項(xiàng)目組態(tài)和設(shè)置

1）硬件組態(tài)
首先在STEP7中建立一個(gè)S7 300項(xiàng)目，在實(shí)際硬件中，我們采用了帶PN接口的G120模塊，因而需要組態(tài)Profinet網(wǎng)絡(luò)。

圖1 新建S7 300項(xiàng)目

在硬件組態(tài)中，選擇CPU317F-2PN/DP做為F的主站，添加一條以太網(wǎng)，在硬件列表中選擇“PROFINET IO” ? “SINAMICS G120” ?“SINAMICS G120 CU240S PN F”，用鼠標(biāo)點(diǎn)中將其拖拽到以太網(wǎng)上，同時(shí)將“PROFIsafe”報(bào)文添加到G120的硬件插槽中（圖2）。

圖2 將G120添加到項(xiàng)目中

2） 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)
雙擊G120為其分配設(shè)備名（g120pnio）和IP地址(192.168.0.3)。其中設(shè)備名必須與實(shí)際連接的G120的設(shè)備名一致，否則將無(wú)法進(jìn)行下載（圖3）。

圖3 為G120的PN口分配IP地址和設(shè)備名

3) 故障安全參數(shù)設(shè)置
雙擊G120硬件組態(tài)1.3槽中的“Profisafe”，打開(kāi)屬性設(shè)置（圖4）。

圖4 Profisafe屬性設(shè)置

其中：
F_SIL：表示系統(tǒng)能夠達(dá)到的安全等級(jí)；
F_Source_Add：F系統(tǒng)主站的“源地址”，一般采用默認(rèn)值即可；
F_Dest_Add：F系統(tǒng)目的站的地址，一般采用默認(rèn)值即可，該值需要與G120的實(shí)際值相對(duì)應(yīng)，可通過(guò)參數(shù)P9810在G120上設(shè)定；
F_WD_Time：F系統(tǒng)的看門(mén)狗時(shí)間，一般至少應(yīng)大于OB35的循環(huán)中斷時(shí)間（建議設(shè)置在300ms以上）；

4） F-CPU的參數(shù)配置
雙擊CPU，打開(kāi)屬性頁(yè)面。首先選擇“F Parameters”屬性頁(yè)，為安全程序設(shè)置密碼。該密碼防止了F程序被沒(méi)有授權(quán)的用戶隨意修改（圖5）。

圖5 為F程序設(shè)置密碼

密碼設(shè)置后，點(diǎn)擊“OK”，可以看到F參數(shù)。這些參數(shù)是CPU處理F程序時(shí)的基本信息，一般是系統(tǒng)自動(dòng)分配的，不建議做修改，選擇確認(rèn)即可。

圖6 CPU的F相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)

接下來(lái)在“Protection”屬性中，設(shè)置程序的讀/寫(xiě)保護(hù)，同時(shí)將“CPU contains safety program”激活（圖7）。

圖7 設(shè)置CPU讀/寫(xiě)密碼保護(hù)

配置結(jié)束后，選擇“存盤(pán)/編譯”。

圖8 存盤(pán)編譯

2. 3 G120的參數(shù)設(shè)置

（1）編譯后的S7項(xiàng)目下，出現(xiàn)了G120設(shè)備，其設(shè)備名為“g120pnio”，雙擊“Commissioning”，打開(kāi)G120的調(diào)試界面（圖9）。

圖9 雙擊打開(kāi)G120調(diào)試界面

（2）系統(tǒng)將啟動(dòng)SIMOTION SCOUT（或者DriveES / Starter）。
首先選擇接口設(shè)置，否則軟件可能無(wú)法與G120正常連接（圖10）。

圖10 設(shè)置連接接口

這里采用的以太網(wǎng)的連接方式。

圖11 設(shè)置PG/PC 接口

（3）在Scout軟件中，選擇在線“online”，連接到G120。

圖12 選擇在線功能

至于如何配置驅(qū)動(dòng)，這里不再詳細(xì)介紹，請(qǐng)參照有關(guān)G120的調(diào)試手冊(cè)。
G120的安全功能只有在“Online”狀態(tài)下才可以進(jìn)行調(diào)試。

圖13 打開(kāi)安全功能調(diào)試界面

選擇“Safety Integrated”，設(shè)置故障安全功能的參數(shù)。

2. 4 故障安全功能調(diào)試

2.4.1 安全功能選擇
G120 F提供了STO/SS1/SLS/SBC等安全功能，這些安全功能可以通過(guò)端子或者Profisafe協(xié)議來(lái)控制。在“Enables”屬性頁(yè)中，可以通過(guò)P9603/P9803選擇安全功能的激活方式（圖14）。

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圖14 通過(guò)P9603選擇安全功能激活方式

G120的故障安全功能是通過(guò)兩個(gè)處理器進(jìn)行信號(hào)處理的，一個(gè)為驅(qū)動(dòng)處理器（P9603），另外一個(gè)為通訊處理器（P9803）。G120通過(guò)比較這兩個(gè)處理器的結(jié)果對(duì)功能進(jìn)行設(shè)置，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，則可以正常啟動(dòng)相應(yīng)的功能，否則進(jìn)入“鈍化”狀態(tài)。

圖16 兩個(gè)處理器進(jìn)行信號(hào)的比較

(1) 對(duì)于通過(guò)端子實(shí)現(xiàn)安全功能，G120F提供了2組雙回路的端子，可以連接2個(gè)雙通道的按鈕或者急停開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全功能的激活（圖15），但通過(guò)端子控制時(shí)只能選擇2個(gè)安全功能。

圖15 G120F故障安全接線端子

當(dāng)選擇通過(guò)Porfisafe來(lái)激活安全功能時(shí)，端子激活的方式將不再能夠被選擇。

(2) 選中通過(guò)Profisafe的報(bào)文來(lái)控制安全功能后，端子控制的方式將不能再被激活。

2.4.2 安全功能參數(shù)設(shè)置
選擇“Change settings”選項(xiàng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

圖16 選擇安全功能設(shè)定

1) 安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷（STO）
當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷（STO）功能將用于安全的斷開(kāi)電機(jī)電源。當(dāng)選擇了該功能時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元將進(jìn)入“安全狀態(tài)”。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元的啟動(dòng)功能被禁止，驅(qū)動(dòng)設(shè)備無(wú)法在故障狀態(tài)下被重啟，電機(jī)進(jìn)入無(wú)轉(zhuǎn)矩自由停車狀態(tài)。

圖17 設(shè)置STO

 

 如果采用端子控制方式，則可以對(duì)兩個(gè)輸入端子回路進(jìn)行差異時(shí)間的監(jiān)控（Debounce time），也可以定義較小相應(yīng)時(shí)間來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波（Response time）。
 如果采用Profisafe方式，則可以定義系統(tǒng)在STO結(jié)束時(shí)的自檢過(guò)程，以**系統(tǒng)正常運(yùn)行 (包括關(guān)斷測(cè)試時(shí)間：8 hour) 。
 鈍化的STO功能（Passivated STO）：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入STO過(guò)程中（20ms）檢測(cè)到內(nèi)部出現(xiàn)故障或者其它過(guò)程中檢測(cè)到故障時(shí)，將隨時(shí)進(jìn)入PSTO狀態(tài)，直到所有的故障都被消除后并確認(rèn)后，系統(tǒng)才可以正常運(yùn)行。且PSTO擁有較高優(yōu)先級(jí)。

2) 安全停車（SS1）
當(dāng)“SS1”被激活時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速將按照設(shè)定方式的斜坡下降，當(dāng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（Tr）到達(dá)Standstill 設(shè)定頻率時(shí)，進(jìn)入STO狀態(tài)。如果**過(guò)延時(shí)監(jiān)控時(shí)間（Tv），則系統(tǒng)故障，同時(shí)進(jìn)入STO。此時(shí)需要將該故障進(jìn)行“確認(rèn)”操作，之后系統(tǒng)才可以正常啟動(dòng)。

圖18 選擇安全停車

3） 安全限速(SLS)
安全限速功能(Safely Limited Speed) 用于保護(hù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備在相對(duì)安全的速度上運(yùn)行。G120提供了4種模式的安全限速功能（模式0～模式3）。

圖19 安全限速功能的選擇

關(guān)于幾種模式的功能說(shuō)明，請(qǐng)參照手冊(cè)：SINAMICS Function Manual (Firmware V3.2)，這里不再一一詳述。其中模式3只有V3.2的硬件中才有。
設(shè)定結(jié)束，選擇“Accept settings”。
至此，我們完成G120安全功能的組態(tài)，接下來(lái)我們通過(guò)Profisafe協(xié)議來(lái)控制S120的安全功能。

2.4.3 程序編制

安全程序的編制和安全功能的調(diào)試：
1）首先打開(kāi)SIMATIC Manager，進(jìn)入編程界面，選擇“Insert new object”?“Function”（圖20）。

圖20 插入新的功能（Function）

2）為新創(chuàng)建的FC選擇語(yǔ)言“F-CALL”。這里創(chuàng)建的FC100是用于CPU處理故障安全程序的需要而建立的。

圖21 選擇創(chuàng)建語(yǔ)言F-CALL

1 系統(tǒng)要求

? PC機(jī)：安裝STEP7和Starter軟件
? G120裝置：選擇支持PROFINET的控制單元，CU240S PN 或CU240S PN F
? S7-300機(jī)架：需要選擇支持PROFINET的CPU，本實(shí)驗(yàn)使用CPU317-2DP/PN
? PROFINET 連接電纜
網(wǎng)絡(luò)連接如下圖所示：

2 G120和S7-300之間的PN連接和設(shè)置

2.1 設(shè)置通訊接口

? 選擇TCP/IP接口

? 分配IP地址

2.2設(shè)置PG/PC

2.3分別對(duì)CPU和驅(qū)動(dòng)裝置G120分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址

? 點(diǎn)擊 Edit Ethernet Node編輯站點(diǎn)信息

? G120 的IP地址須由控制器來(lái)分配，在變頻器內(nèi)部可以通過(guò)參數(shù)r61001來(lái)讀取

? 確保硬件組態(tài)中的Device name與設(shè)備已分配的Device name一致，否則CPU會(huì)報(bào)通訊故障

2.4 對(duì)變頻器進(jìn)行組態(tài)并把它連接到PROFINET網(wǎng)絡(luò)中

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