S7-1200與G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS通信 第1部分 控制變頻器起停及調速

1 G120 PROFIBUS通信功能概述
SINAMICS G120第二代控制單元CU240B-2 DP、CU240E-2 DP、CU240E-2 DP F支持基于PROFIBUS的周期過程數據交換和變頻器參數訪問。
> 周期過程數據交換--通過該通信PROFIBUS主站可將控制字和主設定值等過程數據周期性的發送至變頻器，并從變頻器周期性的讀取狀態字和實際轉速等過程數據。G120最多可以接收和發送8個過程數據。該通信使用周期性通信的PZD通道（過程數據區），變頻器不同的報文類型定義了不同數量的過程數據（PZD）。
> 變頻器參數訪問--提供PROFIBUS主站訪問變頻器參數的接口，有兩種方式能夠訪問變頻器參數：

1. 周期性通信的PKW通道（參數數據區）：通過PKW通道主站可以讀寫變頻器參數，每次只能讀或寫一個參數，PKW通道的長度固定為4個字。
2. 非周期性通信：主站采用PROFIBUS-DPV1通信訪問變頻器數據記錄區，每次可以讀或寫多個參數。

本文通過示例介紹S7-1200與CU240E-2 DP F的PROFIBUS PZD通信，以組態標準報文1為例介紹通過S7-1200如何控制變頻器的起停、調速以及讀取變頻器狀態和電機實際轉速。

2 S7-1200與CU240X-2 DP的PROFIBUS PZD通信實例

2.1 硬件列表

表2-1硬件列表

設備	訂貨號	版本
S7-1200 CPU1214 C DC/DC/DC	6ES7 214-1AE30-0XB0	V2.2
PROFIBUS主站模塊CM1243-5	6GK7 243-5DX30-0XE0	V1.0
CU240E-2 DP F	6SL3244-0BB13-1PA1	V4.4

2.2 變頻器設置

? 設置地址：兩種方式設置PROFIBUS地址：

1) 通過DIP開關設置PROFIBUS地址，本示例設置地址為10，如右圖所示；
2) 當所有DIP開關都被設置為on或off狀態，通過P918設置PROFIBUS地址；
注意：DIP開關設置PROFIBUS地址優先。

圖2-1 DIP開關設置地址

? 通信參數基本設置：設置變頻器接口宏P0015=7；設置通信報文為標準報文P0922=1（有關報文類型信息請參考“3 PROFIBUS報文結構及控制字和狀態字”章節）

2.3 S7-1200硬件組態  銷售原裝西門子V90伺服驅動器6SL3210-5FB10-1UF1廣州現貨

? 創建S7-1200項目：打開TIA PORTAL軟件；1）選擇創建新項目；2）輸入項目名稱；3）點擊“創建”按鈕；4）打開項目視圖。

圖2-2創建S7-1200項目

? 添加S7-1200 CPU1214C：打開項目試圖后；1）點擊“添加新設備”選項，彈出添加新設備對話框；2）設備樹中選擇相應的CPU本示例選擇CPU1214C DC/DC/DC；3）選擇CPU版本號；4）點擊“確定”按鈕。

圖2-3添加S7-1200 CPU1214C

? 添加PROFIBUS主站模塊CM1243-5：1）將硬件目錄中“通信模塊 -> CM1243-5 -> 6GK7 243-5DX30-0XE0 ”模塊拖拽到CPU左側第一個槽位中；2）單擊CM1243-5 PROFIBUS接口圖標；3）設備屬性對話框下點擊“PROFIBUS地址”項；4）點擊“添加新子網”按鈕，創建PROFIBUS_1網絡；5）使用默認PROFIBUS地址2。

圖2-4添加PROFIBUS主站模塊CM1243-5

? 添加CU240E-2 DP F從站：1）點擊網絡視圖按鈕進入網絡視圖頁面；2）將硬件目錄中“其它現場設備 -> PROFIBUS DP -> 驅動器 -> Siemens AG -> SINAMICS -> SINAMICS G120 CU240x-2 DP（F）V4.4 -> 6SL3 244-0BBxx-1PA1 ”模塊拖拽到網絡視圖空白處；3）點擊以插入站點藍色“未分配”提示，選擇主站“PLC_1.CM1243-5 PROFIBUS接口（X1）”，完成與主站網絡連接。

圖2-5添加CU240E-2 DP F從站

? 分配CU240E-2 DP F從站地址：1）鼠標單擊添加的CU240E-2 DP F從站；2）設備屬性對話框下點擊“PROFIBUS地址”項；3）選擇“PROFIBUS_1”網絡；4）設置PROFIBUS地址為10。

圖2-6分配CU240E-2 DP F從站地址

? 組態與CU240E-2 DP F通信報文：鼠標雙擊添加的CU240E-2 DP F從站，打開設備視圖； 1）將硬件目錄中“Standard telegram1，PZD-2/2 ”模塊拖拽到“設備概覽”視圖的第1個插槽中，系統自動分配了輸入輸出地址，本示例中分配的輸入地址IW68、IW70，輸出地址QW64、QW66；2）編譯項目。

圖2-7組態與CU240E-2 DP F通信報文

? 下載硬件配置：1）鼠標單擊“PLC_1”選項；2）點擊“下載到設備”按鈕；3）選擇PG/PC接口類型，PG/PC接口，子網的鏈接；4）點擊“下載”按鈕。

圖2-8下載硬件配置

2.4 通過標準報文1控制電機起停及速度
S7-1200通過PROFIBUS PZD通信方式將控制字1（STW1）和主設定值（NSOLL_A）周期性的發送至變頻器，變頻器將狀態字1（ZSW1）和實際轉速（NIST_A_GLATT）發送到S7-1200.

1. 控制字：常用控制字如下，有關控制字1（STW1）詳細定義請參考“3 PROFIBUS報文結構及控制字和狀態字”章節。

? 047E(16進制) - OFF1停車
? 047F(16進制) - 正轉啟動
? 0C7F(16進制) - 反轉啟動
? 04FE(16進制) - 故障復位

1. 主設定值：速度設定值要經過標準化，變頻器接收十進制有符號整數16384（4000H十六進制）對應于100%的速度，接收的最大速度為32767（200%）。參數P2000中設置100%對應的參考轉速。
2. 反饋狀態字詳細定義請參考“3 PROFIBUS報文結構及控制字和狀態字”章節。
3. 反饋實際轉速同樣需要經過標準化，方法同主設定值。

示例：通過TIA PORTAL軟件“監控表”模擬控制變頻器起停、調速和監控變頻器運行狀態。

表2-2 PLC I/O地址與變頻器過程值

數據方向	PLC I/O地址	變頻器過程數據	數據類型
PLC -> 變頻器	QW64	PZD1 - 控制字1（STW1）	16進制(16Bit)
	QW66	PZD2 - 主設定值（NSOLL_A）	有符號整數(16Bit)
變頻器 -> PLC	IW68	PZD1 - 狀態字1（ZSW1）	16進制(16Bit)
	IW70	PZD2 - 實際轉速（NIST_A_GLATT）	有符號整數(16Bit)

 

1. 啟動變頻器
   首次啟動變頻器需將控制字1（STW1）16#047E寫入QW64使變頻器運行準備就緒，然后將16#047F寫入QW64啟動變頻器。
2. 停止變頻器
   將16#047E寫入QW64停止變頻器；
3. 調整電機轉速
   將主設定值（NSOLL_A）十進制16384寫入QW66，設定電機轉速為1500rpm。
4. 讀取IW68和IW70分別可以監視變頻器狀態和電機實際轉速。

圖2-8監控表
 

3 PROFIBUS報文結構及控制字和狀態字

3.1 報文結構

表3-1報文結構

報文類型 P922	過程數據
	PZD1	PZD2	PZD3	PZD4	PZD5	PZD6	PZD7	PZD8
報文1 PZD2/2	STW1	NSOLL_A
	ZSW1	NIST_A_ GLATT
報文20 PZD2/6	STW1	NSOLL_A
	ZSW1	NIST_A_ GLATT	IAIST_ GLATT	MIST_ GLATT	PIST_ GLATT	MELD_ NAMUR
報文350 PZD4/4	STW1	NSOLL_A	M_LIM	STW3
	ZSW1	NIST_A_ GLATT	IAIST_ GLATT	ZSW3
報文352 PZD6/6	STW1	NSOLL_A	預留過程數據
	ZSW1	NIST_A_ GLATT	IAIST_ GLATT	MIST_ GLATT	WARN_ CODE	FAULT_ CODE
報文353 PZD6/6	STW1	NSOLL_A
	ZSW1	NIST_A_ GLATT
報文354 PZD6/6	STW1	NSOLL_A	預留過程數據
	ZSW1	NIST_A_ GLATT	IAIST_ GLATT	MIST_ GLATT	WARN_ CODE	FAULT_ CODE
報文999 PZDn/m	STW1	接收數據報文長度可定義(n = 1 … 8)
	ZSW1	發送數據報文長度可定義(m = 1 … 8)

 

表3-2 過程值縮寫含義

過程值縮寫	含義	過程值縮寫	含義
STW1/3	控制字1/3	PIST_GLATT	當前有功功率
ZSW1/3	狀態字1/3	MELD_NAMUR	故障字，依據;VIK-NAMUR定義
NSOLL_A	轉速設定值	M_LIM	轉矩極限值
NIAST_A_GLATT	經過濾波的轉速實際值	FAULT_CODE	故障編號
IAIST_GLATT	經過濾波的電流實際值	WARN_CODE	報警編號
MIST_GLATT	當前轉矩

 

3.2 控制字

表3-3控制字

控制字位	數值	含義		參數設置
		報文20	其它報文
0	0	OFF1停車（P1121斜坡）		P840=r2090.0
	1	啟動
1	0	OFF2停車（自由停車）		P844=r2090.1
2	0	OFF3停車（P1135斜坡）		P848=r2090.2
3	0	脈沖禁止		P852=r2090.3
	1	脈沖使能
4	0	斜坡函數發生器禁止		P1140=r2090.4
	1	斜坡函數發生器使能
5	0	斜坡函數發生器凍結		P1141=r2090.5
	1	斜坡函數發生器開始
6	0	設定值禁止		P1142=r2090.6
	1	設定值使能
7	1	上升沿故障復位		P2103=r2090.7
8		未用
9		未用
10	0	不由PLC控制（過程值被凍結）		P854=r2090.10
	1	由PLC控制（過程值有效）
11	1	---	設定值反向	P1113=r2090.11
12		未用
13	1	---	MOP升速	P1035=r2090.13
14	1	---	MOP降速	P1036=r2090.14
15	1	CDS位0	未使用	P810=r2090.15

3.3 狀態字

表3-4狀態字

狀態字位	數值	含義		參數設置
		報文20	其它報文
0	1	接通就緒		P2080[0]=r899.0
1	1	運行就緒		P2080[1]=r899.1
2	1	運行使能		P2080[2]=r899.2
3	1	變頻器故障		P2080[3]=r2139.3
4	0	OFF2激活		P2080[4]=r899.4
5	0	OFF3激活		P2080[5]=r899.5
6	1	禁止合閘		P2080[6]=r899.6
7	1	變頻器報警		P2080[7]=r2139.7
8	0	設定值/實際值在偏差過大		P2080[8]=r2197.7
9	1	PZD(過程數據)控制		P2080[9]=r899.9
10	1	達到比較轉速		(P2141) P2080[10]=r2199.1
11	0	達到轉矩極限		P2080[11]= r1407.7
12	1	---	抱閘打開	P2080[12]=r899.12
13	0	電機過載		P2080[13]=r2135.14
14	1	電機正轉		P2080[14]=r2197.3
15	0	顯示CDS位0狀態	變頻器過載	P2080[15]=r836.0/ P2080[15]=r2135.15

 4 文檔說明
S7-1200與G120 CU240X-2 DP之間的PROFIBUS通信入門指南包含3個部分：

>《S7-1200與G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS 通信 第1部分 控制變頻器起停及調速》：介紹S7-1200通過周期性通信PZD通
     道（過程數據區）控制和檢測變頻器狀態。
> 《S7-1200與G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS 通信 第2部分 周期通信讀寫變頻器參數》：介紹S7-1200通過周期性通信
      PKW通道（參數數據區）讀寫變頻器參數。
> 《S7-1200與G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS通信 第3部分 非周期通信讀寫變頻器參數》：介紹S7-1200通過非周期性通信
     讀寫變頻器參數。  銷售原裝西門子V90伺服驅動器6SL3210-5FB10-1UF1廣州現貨

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注：有關PROFIBUS 通信內容更詳細信息請參考《CU240E-2操作手冊》