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西門子7.5KW軟啟動器
 | 3RW3018-1BB14 SIRIUS 軟起動器 S00 17.6 A，7.5 kW/400 V，40 °C 200-480 V AC，110-230 V AC/DC 螺釘端子 |
ET200Pro系列產(chǎn)品做為西門子分布式IO系列產(chǎn)品中的一種，具有高IP67的防護等級，成為特殊行業(yè)應用的主要產(chǎn)品之一。同時，ET200Pro還提供了故障安全模板：F-DI/F-DO以及電機啟動器（MotorStarter）、故障安全型變頻器（F-FC）等，滿足了行業(yè)中的故障安全應用的需求。本文將主要介紹ET200Pr*安全型變頻器的調(diào)試和使用的方法。
1 ET200Pr*安全系統(tǒng)介紹
與ET200S系統(tǒng)類似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型輸入/輸出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型輸入/輸出的模板的使用與ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）電機啟動器（MotorStarter）
ET200Pro的電機啟動器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，電機啟動器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以達到SIL3(Cat.4)的安全等級（圖1）。
圖1 故障安全型電機啟動器（MotorStarter）系統(tǒng)配置(Cat.4)
具體配置列表請參照手冊：SIMATIC ET 200pro Motor starters
3）故障安全型變頻器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系統(tǒng)中的緊湊型的故障安全型變頻器。工作電壓為3 AC 400V 50/60Hz，連接3相交流電機，大1.1KW，溫度允許的情況下，可以連接1.5KW電機。
該變頻器可以通過PROFIBUS/PROFINET的接口模板進行連接調(diào)試，也可以使用光纖轉串口的電纜進行連接。
ET200Pro變頻器需要與前面提到的電機啟動模塊中的特殊模塊一起使用來對其關斷信號進行評估，因而系統(tǒng)中需要F-Switch 或F-RSM（圖2）。
圖2 故障安全變頻器與F-RSM的配置
其中主要的模板包括：
③接口模板
可以連接變頻器模板的接口模板包括：
1) IM154-4 PN HF Cu V6.0 (6ES7 154-4AB10-0AB0)
2) IM154-2 DP HF (6ES7 154-2AA00-0AB0)
④F-RSM或者F-SWITCH
⑤故障安全型變頻器（F-FC）
⑥終端模塊
2 ET200Pro F-FC的調(diào)試方法
ET200Pro F-FC的組態(tài)可以通過Step7軟件來實現(xiàn)。但變頻器模板的調(diào)試工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等軟件。如果系統(tǒng)中使用了F-Switch，則需要MotorStarter ES軟件來設置相關Switch的參數(shù)。
2．1 Step7的組態(tài)
（1）新建一個S7 300站，這里選擇CPU 317F-2 PN/DP做為F主機，IM154-4 PN HF Cu V6.0做為F設備。（圖3）
圖3 新建S7 300站
硬件組態(tài)中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe報文，因而只能添加標準報文F-FC 1.1/1.5KW Standard telegram1。(圖4)
圖4 添加硬件
分別雙擊兩個模板，打開屬性框，將診斷選項使能。
（2）雙擊CPU，設置CPU的參數(shù)。
選擇F 參數(shù)，為故障安全程序設置密碼（圖5），防止有未經(jīng)授權的人修改F程序。
圖5 設置F程序的密碼
選擇“Protection”，設定CPU程序的訪問保護密碼，同時將“CPU contains safety program”激活（圖6）。
圖6 保護選項
保存編譯后，我們可以看到在Step7的Block下，出現(xiàn)了一些相關F系統(tǒng)的功能塊，但由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe的報文，因而這里實際上并沒有關于ET200Pro F-FC的F系統(tǒng)塊，這也是ET200Pro F-FC與ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之處，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通過F-RSM或F-Switch來實現(xiàn)的。
至于如何建立Step7的F程序，這里不再詳細介紹，請參考相關手冊。
2．2 F-FC的調(diào)試
ET200Pro F-FC的調(diào)試需要用到Drive的一些軟件。通過Step7界面，雙擊變頻器模板，則可以打開相應的調(diào)試軟件的界面。
（1） 雙擊打開調(diào)試界面，選擇“在線”。
圖7 選擇在線連接到F-FC
如果無法在線操作，則檢查“Option”菜單下的“Set PG/PC interface”的設置，選擇合適的接口用于連接F-FC。
（2） 選擇“上載”，將系統(tǒng)配置自動上傳到PG。
西門子7.5KW軟啟動器
圖8 上傳參數(shù)
在“Functions”下選擇“Safety Integrated”進行安全功能的設置。注意這個選項只有在“在線”的模式下才可以操作。
圖9 選擇安全功能設置
（3） 打開設定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3種安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的內(nèi)部，有兩條F功能總線“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”?？梢酝ㄟ^“Enables”選擇這兩條安全總線回路中的安全功能。如圖10所示，由于F-RSM只提供一個安全回路開關(F0)，故這里只選擇了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系統(tǒng)中使用了F-Switch，則可以設置兩個安全功能回路。
圖10 選擇安全功能
（4） 分別設定安全功能的參數(shù)
STO：安全轉矩關斷。該功能激活后，變頻器內(nèi)部的電源被切斷，電機進入自由停車狀態(tài)。（圖11）
圖11 STO的參數(shù)設置界面
這里的設置都是關于安全回路測試的：當系統(tǒng)恢復正常時，是否進行回路測試，用來保證系統(tǒng)正常運行，以及及時檢查系統(tǒng)錯誤。T=8小時的設置也是保證系統(tǒng)的自檢測的時間。
SS1:安全停車指令1。當SS1被激活時，系統(tǒng)按照設定的參數(shù)進行停車。否則進入故障狀態(tài)，并終進入STO。
圖12 SS1的參數(shù)設置界面
Standstill:截止頻率。當停車過程中，頻率達到該設定值時，進入STO狀態(tài)。
Tr：停車時間設定；
Tv: 延時監(jiān)控時間。超出該設定值，變頻器進入故障狀態(tài)，同時馬上進入STO狀態(tài)。
SLS：安全限速。安全限速有4種模式，分別對應4種安全限速的動作。這里需要定義安全限速的設定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和選擇模式。
圖13 SLS的參數(shù)設置界面
參數(shù)設定和修改都需要“Accept settings”才能生效。這里需要輸入密碼和進行驗證。
圖14 參數(shù)修改和生效
2．3 F-RSM的調(diào)試
ET200Pro F-FC的F功能需要通過F-RSM或者F-Switch來實現(xiàn)（見圖15），因而需要對F-RSM進行設置。
圖15 ET200Pro F-FC與F-RSM/F-Switch的配置原理圖
（1）F-RSM的連線
圖16 F-RSM組件
其內(nèi)部原理圖為：
圖17 F-RSM的原理圖
F-RSM內(nèi)部為一個3TK2841的安全繼電器，其中輸入端子為IN1/IN2，可以用于連接急停按鈕；IN3做為3TK2841的“monitered START”輸入端，當選擇“自動啟動”時，該端子可以不接。
輸出“OUT”做為3TK3841的功能輸出連接端子，內(nèi)部busbar總線將“F0”輸出到F-FC,做為安全功能的激活信號。
a.IN1可以連接一個單通道或者雙通道的“急停”信號，其端子接線方式為：
圖18 IN1的連接
b.“Start”信號的接線方式： c. “OUT”信號的接線：
圖19 啟動信號的連接 圖20 輸出信號的連接
單通道以及雙通道的選擇，自動啟動與手動啟動的選擇是通過切換開關實現(xiàn)的：
圖21 選擇開關的模式設置
（2） 激活安全功能
當急停信號為“1”時，系統(tǒng)正常工作，此時“F0”狀態(tài)為“1”。當急停被按下時，表示系統(tǒng)運行出現(xiàn)危險狀況，應當啟動相應的安全功能，此時“F0”變?yōu)?ldquo;0”，此時，應通過busbar將F0信號傳送至F-FC，變頻器激活相應的安全功能。
注意：系統(tǒng)中的F-RSM的供電是通過電源端子提供的，因而在連接接口模板的電源端子時，應當連接兩路電源（DC 24V），否則F-RSM內(nèi)部的3TK2841處于失電狀態(tài)，從其運行燈的狀態(tài)可以判斷該路電源是否有連接（圖22）。
圖22 電源的連接
西門子MasterDrive變頻器的啟/?？刂剖峭ㄟ^控制字實現(xiàn)的。當其他條件都具備時，控制字第0位為1時，啟動變頻器。 這一位為0時，變頻器停止運行。
設置參數(shù)P554可實現(xiàn)啟/停控制。例如：P554=22，端子X101/9 啟/停變頻器。P554=3100，用Profi-bus 啟/停變頻器（注：通過Profi-bus或USS控制變頻器時控制字的bit10必需為1）。P554=5，用PMU啟/停變頻。P554=2100，用OP1S 啟/停變頻器等等。
有時用戶需要用按鈕實現(xiàn)對變頻器的啟/?？刂?。用戶的需求有：一、用兩個按鈕和一個繼電器。二、用兩個按鈕。三、用一個按鈕。實現(xiàn)方法如下：
1． 用兩個按鈕和一個繼電器
S1是啟動按鈕，S2是停止按鈕，繼電器K1將啟動信號保持，同時把K1的常開觸點連接在變頻的開關量輸入端。變頻器中的參數(shù)設置：P554=22。
2． 用兩個按鈕
用兩個按鈕實現(xiàn)該功能時，需要使用變頻器的自由功能塊，但可以不使用繼電器。接線圖如下：
S1是啟動按鈕，S2是停止按鈕，實現(xiàn)對變頻器的啟/?？刂?，需要設置如下參數(shù)：
U951.34 = 4 激活RS觸發(fā)器的功能
U281.01 = 18 RS觸發(fā)器的S端連接在X101/7
U281.02 = 21 RS觸發(fā)器的R端連接在X101/8
P554.01 = 501 RS觸發(fā)器的輸出控制變頻器的啟/停
實現(xiàn)該功能使用的是MasterDrive自由功能塊中的RS觸發(fā)器，在功能圖775中。詳見下圖：
3. 如果用戶用一個自復位按鈕實現(xiàn)變頻器的啟/停控制，則需要在變頻器中用自由功能塊實現(xiàn)這一功能。因為自復位按鈕給出的是脈沖信號，而自變頻器的啟動是高電平，停止是低電平，脈沖信號送到P554中是無法控制變頻器的啟/停，實現(xiàn)這一功能需要在變頻器中用自由功能塊中的D-觸發(fā)器。
接線圖如下：
需要設置如下參數(shù)：
U951.25 = 4 激活D-觸發(fā)器功能
U279.001= 0
U279.001= 526
U279.001= 18 端子X101/7 作為D-觸發(fā)器的輸入
U279.001= 0
P554.001=525 D-觸發(fā)器輸出控制變頻器的啟/停
功能圖如下:
以上介紹的是MasterDrive變頻器的啟動方法，變頻器 的停車方式共有三種分別是：1. OFF1 2. OFF2 3. OFF3 。
OFF1是正常的停車方式，以上例子中都是OFF1停車。OFF1的命令源在P554中設置。OFF1停車是指 ：
在P100=3， 4 和從動時等到上級開/閉環(huán)控制使裝置停機
在P100=3,4 和主動時在斜坡函數(shù)發(fā)生器輸入端的設定值被封鎖(設定值=0) 以使系統(tǒng)按已設定參數(shù)的降速斜坡(P464)下降至關機頻率(P800)后，在經(jīng)過關機等待時間(P801)后逆變器脈沖被封鎖同時主接觸器(選件/旁路接觸器)如有的話則斷開。如關機OFF1 命令在下降時撤消(例如用開機命令)，那么下降過程將中斷并轉回運行狀態(tài)(014)
西門子MasterDrive變頻器的啟/?？刂凭徒榻B到這，由以上的例子可以感受到MasterDrive作為工程型變頻器的靈活性和強大功能，可以滿足用戶的普通要求，特殊要求，以及通過工業(yè)網(wǎng)絡控制的更高的要求。MasterDrive的通訊功能，BICO功能，自由功能塊的功能給用戶提供了非常廣闊的自由空間。
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