西门子G120控制单元

上海朕锌电气设备有限公司

西门子G120控制单元

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G120变频器为一体式变频器，它将整流、逆变单元合在一起了，不必你单独做选型。但是，G120的功能很有限，它最多带矢量轴，实现矢量控制。且整流部分为不可回馈式。
sinamics s120——特殊型通用变频器，S为special的意思。
S120变频器为整流、逆变单元分开型的变频器，可以将整流、逆变单元分开进行选型配置。S120功能非常强大，它不仅仅可以带矢量轴，还可以带伺服轴，且整流部分有不可回馈、可回馈、有源前端等多种选择。

SINAMICS S120 是一种高性能、高精度的变频器。硬件上具有模块化的结构设计，安装、维护简单易行；强大的软件功能，使其适用于各种复杂应用的场合。既能做伺服控制，也能做矢量控制，能实现速度控制，转矩控制，位置控制多种控制方式，同时能满足运动控制的要求；多种冷却方式，更使其能适应于各种场合和应用。

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最高版本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。

西门子G120控制单元
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。

1 G120 PROFIBUS通信功能概述
SINAMICS G120第二代控制单元CU240B-2 DP、CU240E-2 DP、CU240E-2 DP F支持基于PROFIBUS的周期过程数据交换和变频器参数访问。
> 周期过程数据交换--通过该通信PROFIBUS主站可将控制字和主设定值等过程数据周期性的发送至变频器，并从变频器周期性的读取状态字和实际转速等过程数据。G120最多可以接收和发送8个过程数据字。该通信使用周期性通信的PZD通道（过程数据区），变频器不同的报文类型定义了不同数量的过程数据字（PZD）。
> 变频器参数访问--提供PROFIBUS主站访问变频器参数的接口，有两种方式能够访问变频器参数：

1. 周期性通信的PKW通道（参数数据区）：通过PKW通道主站可以读写变频器参数，每次只能读或写一个参数，PKW通道的长度固定为4个字。
2. 非周期性通信：主站采用PROFIBUS-DPV1通信访问变频器数据记录区，每次可以读或写多个参数。

本文通过示例介绍S7-1200与CU240E-2 DP F的PROFIBUS PKW通信，介绍如何通过PKW通信读P2902[5]参数值、写P1121参数值。

2 参数通道(PKW)的数据结构
PKW通信工作模式：主站发出请求，变频器收到主站请求后处理请求，并将处理结果应答给主站。


图2-1 PKW通信原理

PKW通信的请求和应答数据总是包含4个字，第1个字和第2个字传送参数号、索引以及任务类型（读或写），第3个和第4个字传送参数内容。


图2-2 PKW参数通道的结构 

> PKE：PKW第1个字

? AK：位 12~15 包含了任务ID 或应答ID，任务ID参考表2-1，应答ID参考表2-2 ；
? SPM：始终为0；
? PNU：参数号 < 2000 PNU = 参数号。 参数号 ≥ 2000 PNU = 参数号减去偏移，将偏移写入分区索引中
（ IND 位 7 … 0 ）。

 
图2-3 PKW结构
 

表2-1主站发送给变频器的任务ID

表2-2变频器发送给主站的应答ID

应答ID = 7 变频器会在参数值PWE1中将错误号发送给主站。

表2-3 应答ID = 7时的错误编号

注：更多错误编号描述请参考《CU240E-2操作手册》
> 参数索引IND：PKW第2个字

? 子下标（参数下标）：标识变频器参数的子索引（参数下标）值。例如P840[1]中括号中的“1”即为参数下标。
? 分区下标：变频器参数偏移量，配合PNU确定参数号。例如P2902的分区下标 = 0x80，分区下表查询请参考表
   2-1。

图2-4 IND结构

表2-4 分区下标设置，取决于变频器参数范围

> 参数值PWE：PKW第3、4个字
参数值PWE总是以双字方式（ 32 位）发送，一条报文只能传送一个参数值。

? 32位的参数值由PWE1（第3个字）和PWE2（第4个字）两个字组成；
? 16位的参数值以PWE2表示，PWE1为0；
? 8位的参数值以PWE2中位0…7表示，高8位和PWE1为0；
? BICO参数：PWE1表示参数号，PWE2位10…15为1，PWE2位0…9表示参数的索引或位号。

3 S7-1200与CU240X-2 DP的PROFIBUS PKW通信实例

3.1 S7-1200组态
CU240E-2 DP F控制单元支持两种PKW通信报文：353报文和354报文，它们的区别在于过程值通道PZD数量的不同，PKW通道功能完全相同。本示例以组态353报文为例。
S7-1200与CU240X-2 DP的PROFIBUS通信基本组态过程以及变频器通信参数设置请参考《S7-1200与G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS PZD通信》文档，在此不做详细介绍。

? 组态与CU240E-2 DP F通信报文

1） 将硬件目录中“SIEMENS telegr 353, PKW+PZD-2/2”模块拖拽到“设备概览”视图的第1个插槽中，系统自动分配了输入输出地址，本示例中分配PKW的输入地址IB68~IB75，输出地址QB64~QW71，分配PZD的输入地址IW76、IW78，输出地址QW72、QW74；
2）为方便编程将插槽1的PKW区重命名为“PKW”（在调用系统功能DPRD_DAT、DPWR_DAT时将用到此名字），将插槽2的PZD区重命名为“PZD”。

图3-1组态与CU240E-2 DP F通信报文

? 编程：在S7-1200中调用扩展指令“DPRD_DAT”读取PKW区数据，调用扩展指令“DPWR_DAT”写入PKW数据。

1） 双击项目树下的“Main（OB1）”打开OB1程序编辑窗口；
2） 扩展指令目录中“分布式I/O -> 其它 -> 驱动器 -> DPRD_DAT和DPWR_DAT ”指令拖拽到程序编辑窗口中。

图3-2 S7-1200编程

? 为系统功能“DPRD_DAT”、“DPWR_DAT”分配硬件标识：

1） 单击块参数“LADDR”；
2） 在下拉列表中选择“PKW[AI/AO]”。

图3-3分配硬件标识符

? 为系统功能“DPRD_DAT”、“DPWR_DAT”分配其它参数：

1） DPRD_DAT读取缓冲区从MB100开始的8个字节；
2） DPRD_DAT发送缓冲区从MB200开始的8个字节；

注意：也可以使用DB块作为缓冲区，创建DB时请将块访问模式定义为“标准-与S7-300/400兼容”模式。

图3-4分配其它参数

3.2示例1：读取参数P2902[5]数值
将MB200~MB207的8个字节请求数据发送到变频器，变频器返回的响应数据保存在MW100~MB107的8个字节中。读取参数P2902[5]值的请求数据格式参考表2.2.1，变频器响应数据格式参考表2.2.2。
P2902参数范围在2000…3999之间，根据表2-1设置分区索引值为0x80。
PNU = 2902-2000 = 902（十进制）= 386 （十六进制）。
通过变量表模拟程序读取参数P2902[5] = 100.0，参考图3-4。

图3-4 S7-1200读P2902[5]参数