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1 SINAMICS G120 故障安全型变频器的硬件
1)SINAMICS G120 CU240S DP F (6SL3244-0BA21-1PA0)
2 组态PLC
2.1 软件需求
所需软件:
2.2 STEP7项目组态和设置
1)硬件组态
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)。
2) 组态网络
3) 故障安全参数设置
其中:
4) F-CPU的参数配置
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。
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)。
配置结束后,选择“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)。
(2)系统将启动SIMOTION SCOUT(或者DriveES / Starter)。
这里采用的以太网的连接方式。
(3)在Scout软件中,选择在线“online”,连接到G120。
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。
选择“Safety Integrated”,设置故障安全功能的参数。西门子6SE64402UD411FA1
2. 4 故障安全功能调试
2.4.1 安全功能选择
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。
(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。
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
1) 安全转矩关断(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)。
2) 安全停车(SS1)
3) 安全限速(SLS)
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。
2.4.3 程序编制
安全程序的编制和安全功能的调试:
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。
一、应用概述
二、功能描述
三、操作步骤:
1.设置MM440的DP地址,在屏的control panel\Transfer菜单中设置其地址与通讯速率。使用DP电缆连接MM440 的DP接口与屏的IF 1B接口。
2.建立新的项目,选择正确的屏和设备版本
3. 新建连接。所建连接类型为SIMATIC S7 300/400,屏的接口为IF 1B,需要注意的是此处的PLC设备就是带有Profibus-DP模板的MM440变频器,DP地址即为拨码开关或P918所设的地址。
4. 建立变量。用DB块指示变频器的各个参数,根据变频器个参数是U32或者U16在建立变量时为其选择正确的数据类型。在变量地址选择时DB号为变频器的参数号,DB块中起始位置表示的变频器参数的index值,如要对P1121.0进行读写,则变量的地址应为DB1121 DBD0。
5.创建画面。通过拖动工具栏中的对象在画面上合理布局需要显示的各个变量,将I/O域连接相应变量,注意显示格式。在画面设计时应注意添加“退出”按钮,并将单击事件设为“stop run time”。
6、写BI类型的参数时,因为变频器进行的BICO连接,数据类型为U32型,但它实际得到的值是0/1信号,但在Flexible中只能定义数据类型为DInt型,而不能定义为Bool型,否则为无效数据格式。在进行对BI进行写操作时,系统将0做为0,将65536即2的17次方做为1。
7、变频器的起/停通过自由功能块完成,在变频器应激活自由功能块功能及相应使用的自由功能块,本例使用逻辑块,同理也可以使用定时器、比较器等来实现这一功能。激活自由功能块,设置P2810.1=1,AND1的输出r2811连接到P840。在屏的组态中建立变量DB2810 Dint型,定义按钮“ON”的单击事件为给AND1 P2810赋值为65536即1,按钮“OFF”的单击事件为为P2810赋值为0。在屏的组态中建立变量DB2889 Real型,对变频器参数P2889进行读写,并将2889连接到P1070做为变频器的频率给定值,注意通过P2889设定的频率值是以百分数来显示的。
8、编译并下载。选择正确的通讯方式和站地址。若提示设备版本不正确,需进行OS升级。
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:
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。
我们通过一个实例来介绍如何在STEP7中组态G120变频器模块。
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
图2 将G120添加到项目中
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
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
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);
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
图6 CPU的F相关系统参数
图7 设置CPU读/写密码保护
图8 存盘编译
图9 双击打开G120调试界面
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
图11 设置PG/PC 接口
图12 选择在线功能
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
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
图16 两个处理器进行信号的比较
图15 G120F故障安全接线端子
选择“Change settings”选项进行参数设定。
图16 选择安全功能设定
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。
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
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
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。
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)
图21 选择创建语言F-CALL
这个应用可以不使用SIMATIC S7系列PLC,只利用HMI设备如MP370/TP170 B来控制MM440变频器的运行控制和监控。
这一应用要求变频器带有Profibus-DP通讯模板,所有较后数字位为7的SIMATIC OP/TP ,MP, TD都可以做为2类主站实现这个功能。(IF1B接口)。
本例采用的是:
硬件设备:MM440+Profibus模板 MP370屏
软件环境:WinCC Flexible 2007
任何时候MP370都只能控制一台MM440,所以变频器外围应该设置急停电路来实现紧急情况下的变频器停车。
急停电路应该由急停开关(常闭接点)、自闭锁的继电器/接触器和确认按钮构成。当急停时,自闭锁的继电器/接触器断开,数字输入端的接入电平为0V,当急停按钮被释放,必须要按确认按钮以使继电器接触器重新自闭锁,这时数字输入端才能重新接入+24V高电平。
出于安全原因,不允许将急停开关直接接到数字输入端。当急停开关被释放,变频器可以立即上电。
Micromaster 440变频器可以不用SIMATIC S7,而直接通过ProTool / WinCC Flexible进行简单控制和状态显示。
在MP370屏的功能界面完成驱动的设置定义,参数通过MP370设定值的输入/输出变量传给变频器,写控制字或读取状态字来控制变频器或显示变频器状态。相对于MP 370,MM440充当了SIMATIC S7控制器的角色。
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