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西門子6RA7090-6GV62-0
6RA7090-6GV62-0
SIMOREG DC Master 整流器 帶微處理器 用于 4 象限驅(qū)動(dòng) 電路（B6）A（B6）C 輸入：575V 三相交流，912A 可操控：勵(lì)磁整流器 D600/1100 MREQ-GEGF6V62 輸出：600V DC，1100A 輸出端 US 等級(jí)：600V DC， 765A 現(xiàn)場輸入端 460V 輸出端 375V，30A
問：如何解決G120變頻器使用二進(jìn)制方式多段速在速度切換時(shí)DI觸點(diǎn)的動(dòng)作配合不同步造成的速度波動(dòng)？
答：可使用格雷二進(jìn)制碼方式的多段速解決此問題。
配備CU240B/E-2 和PM240的G120變頻器具備多段速給定功能，多段速的給定分為兩種：直接給定和二進(jìn)制給定。
在直接給定方式時(shí)，變頻器的終速度給定值是由多四個(gè)DI對(duì)應(yīng)的速度值之和來決定的，此種應(yīng)用多用于總的段速較少的情況下，例如只有4個(gè)固定速度，較少出現(xiàn)段速切換的速度波動(dòng)。但是在選擇二進(jìn)制方式給定時(shí)，往往會(huì)在換檔間隙出現(xiàn)設(shè)定值的波動(dòng)，為此我們可以采用格雷碼二進(jìn)制方式來避免這種波動(dòng)。
在使用二進(jìn)制給定時(shí)，變頻器多支持15個(gè)速度，在從0速到15速的切換過程中，變頻器可能需要同時(shí)改變變頻器多個(gè)DI的狀態(tài)。
以圖2-1所示的應(yīng)用為例，配置三個(gè)DI輸入作為多段速信號(hào)源，除0速外，一共有7個(gè)段速。升速操作時(shí)需要從0速檔依次增加到7速檔，降速操作時(shí)，從7速檔依次降低至0速檔。
圖2-1 多段速控制接線示例
使用二進(jìn)制方式多段速的相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：
P1070= 1024
P1001= 50
P1002= 100
P1003= 200
P1004= 300
P1005= 400
P1006= 500
P1007= 600
P1016= 2
P1020= 722.3
P1021= 722.4
P1022= 722.5
正常升降速操作時(shí)，例如：從3檔（多段速DI狀態(tài)011）切換到4檔（多段速DI狀態(tài)100），多段速DI的三個(gè)位全都發(fā)生了變化，如果按圖1的接線方式，需要S1，S2，S3三個(gè)開關(guān)的狀態(tài)同時(shí)改變狀態(tài)。由于手動(dòng)操作不可能*同時(shí)改變?nèi)齻€(gè)開關(guān)的狀態(tài)，此時(shí)在換擋的間隙如果有配合不嚴(yán)密，就會(huì)造成給定速度的波動(dòng)。
此時(shí)的多段速切換波形如圖2-2所示：
圖2-2 普通二進(jìn)制方式下的速度切換波形圖示
我們看到，多段速切換間隙會(huì)有波動(dòng)，例如在3檔變4檔時(shí)，由于DI3，DI從1變?yōu)?，但是由DI5從0變?yōu)?沒有與DI3，DI4保持*同步，所以出現(xiàn)了瞬間的000狀態(tài)，速度設(shè)定值發(fā)生了波動(dòng)，影響到負(fù)載驅(qū)動(dòng)。6檔變5檔時(shí)，4檔變3檔時(shí)，以及2檔變1檔時(shí)也都出現(xiàn)了類似的波動(dòng)情況。
為避免二進(jìn)制方式的固定速度切換時(shí)出現(xiàn)的波動(dòng)，我們可以使用各類二進(jìn)制碼方式對(duì)速度進(jìn)行給定。格雷二進(jìn)制碼的特點(diǎn)是從0000~1111的依次步進(jìn)時(shí)，每次只變化一個(gè)位。如表3-1所示為四位5二進(jìn)制碼與格雷二進(jìn)制碼的對(duì)照。
表3-1 四位二進(jìn)制碼與格雷二進(jìn)制碼對(duì)照表
| 十進(jìn)制段速 | 自然二進(jìn)制碼 | 格雷碼 |
| 0 | 0000 | 0000 |
| 1 | 0001 | 0001 |
| 2 | 0010 | 0011 |
| 3 | 0011 | 0010 |
| 4 | 0100 | 0110 |
| 5 | 0101 | 0111 |
| 6 | 0110 | 0101 |
| 7 | 0111 | 0100 |
| 8 | 1000 | 1100 |
| 9 | 1001 | 1101 |
| 10 | 1010 | 1111 |
| 11 | 1011 | 1110 |
| 12 | 1100 | 1010 |
| 13 | 1101 | 1011 |
| 14 | 1110 | 1001 |
| 15 | 1111 | 1000 |
如果我們引入格雷二進(jìn)制碼方式，從3檔切換到4檔，就是從010切換到110，此過程只需要切換DI5的狀態(tài)即可，由于只改變了S3的狀態(tài)，因此不存在需要跟其他開關(guān)配合的問題，保證了速度不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。
此例使用各類二進(jìn)制碼方式的多段速相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：
P1070= 1024
P1001= 50
P1003= 100
P1002= 200
P1006= 300
P1007= 400
P1005= 500
P1004= 600
P1016= 2
P1020= 722.3
P1021= 722.4
P1022= 722.5
使用格雷二進(jìn)制碼的多段速切換狀態(tài)如圖3-1所示，看到段速的依次切換不再有突變。
圖3-1 格雷二進(jìn)制碼方式多段速切換的波形圖
特別是在手動(dòng)逐級(jí)切換速度的場合，使用各類二進(jìn)制碼方式設(shè)計(jì)主令開關(guān)時(shí)序，可以提高設(shè)備速度平滑性。
．控制系統(tǒng)原理和接線圖
下圖是本例中所使用的原理和接線圖。
圖1:控制系統(tǒng)原理和接線圖
2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
這三種類型的CPU都可以使用USS通信協(xié)議通過通信模塊CM1241 RS485來實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。
本例中使用的PLC硬件為：
1）PM1207電源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
4) 模擬器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )
本例中使用的G120變頻器硬件為：
1） SINAMICS G120 PM240 （6SL3244-0BA20-1BA0）
2） SINAMICS G120 CU240S（6SL3224-0BE13-7UA0）
3） SIEMENS MOTOR (1LA7060-4AB10)
4） 操作面板 ( XAU221-001469)
5） USS 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)
3．軟件需求
1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)
4．組態(tài)
我們通過下述的實(shí)際操作來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態(tài)S7-1214C 和G120變頻器的USS通信。
4. 1 PLC 硬件組態(tài)
首先在Step7 Basic V10.5中建立一個(gè)項(xiàng)目，如圖1所示。
圖2： 新建S7 1200項(xiàng)目
在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖2所示。
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圖3： S7 1200硬件配置
在CPU的屬性中，設(shè)置以太網(wǎng)的IP地址，建立PG與PLC的連接，如下圖所示。
圖4： S7 1200 IP地址的設(shè)置
4. 2 G120參數(shù)設(shè)置
變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表所示。
| 序號(hào) | 功能 | 參數(shù) | 設(shè)定值 |
| 1 | 工廠設(shè)置復(fù)位 | P0010 | 30 |
| 2 | 工廠設(shè)置復(fù)位 | P970 | 1 |
| 3 | 快速啟動(dòng)設(shè)置 | P0010 | 1 |
| 4 | 電機(jī)額定電壓 | P0304 | 380V |
| 5 | 電機(jī)額定功率 | P0307 | 5.5KW |
| 6 | 電機(jī)額定頻率 | P0310 | 50Hz |
| 7 | 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 | P0311 | 1350r/min |
| 8 | USS命令源 | P0700 | 5 |
| 9 | 頻率設(shè)定源 | P01000 | 5 |
| 10 | 小電機(jī)頻率 | P1080 | 0.0Hz |
| 11 | 大電機(jī)頻率 | P1081 | 50.0Hz |
| 12 | 啟動(dòng)斜坡時(shí)間 | P1120 | 10.0S |
| 13 | 延遲斜坡時(shí)間 | P1121 | 10.0S |
| 14 | 結(jié)束快速啟動(dòng)設(shè)置 | P3900 | 1 |
| 15 | 激活專家模式 | P0003 | 3 |
| 16 | 參考頻率 | P2000 | 50.0Hz |
| 17 | USS數(shù)據(jù)傳輸速度 | P2010 | 9 |
| 18 | USS從站地址 | P2011 | 1 |
| 19 | USS PZD長度 | P2012 | 2 |
| 20 | USS PKW長度 | P2013 | 4 |
| 21 | 通信監(jiān)控 | P2014 | 0 |
| 22 | 在E2PROM 保存數(shù)據(jù) | P0971 | 1 |
| 23 | 激活專家模式 | P0003 | 3 |
| 24 | 激活參數(shù)模式 | P0010 | 30 |
| 25 | 從G120中傳輸參數(shù)到BOP | P0802 | 1 |
表1 ：G120變頻器的參數(shù)設(shè)置
注意：表1中的17，18，19，20 這四項(xiàng)參數(shù)值的設(shè)置必須使PLC的參數(shù)值與變頻器的參數(shù)值相*。而19，20這兩個(gè)參數(shù)值必須設(shè)置成如表1中的值，否則有可能變頻器與S7-1200通信有如下問題：可能不能讀出從變頻器反饋回來的參數(shù)值。
5．USS通信原理與編程的實(shí)現(xiàn)
5. 1 S7 1200 PLC與G120 通過USS通信的基本原理
S7 1200提供了的USS庫進(jìn)行USS通信，如下圖所示：
圖5： S7 1200 的USS庫
USS_DRV 功能塊是S7-1200 USS通信的主體功能塊，接受變頻器的信息和控制變頻器的指令都是通過這個(gè)功能快來完成的。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設(shè)置通信的接口參數(shù)?？稍谥鱋B或中斷OB中調(diào)用。
USS_RPM功能塊是通過USS通信讀取變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
USS_WPM功能塊是通過USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
這些功能塊與變頻器之間的控制關(guān)系如下圖所示：
圖6： USS 通信功能塊與變頻器的控制關(guān)系
USS_DRV功能塊通過USS_DRV_DB數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)與USS_PORT功能塊的數(shù)據(jù)接收與傳送，而USS_PORT功能塊是S7-1200 PLC CM1241 RS485模塊與變頻器之間的通信接口。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與變頻器的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。
每個(gè)S7-1200 CPU多可帶3個(gè)通信模塊，而每個(gè)CM1241 RS485通信模塊多支持16個(gè)變頻器。因此用戶在一個(gè)S7-1200 CPU中多可建立3個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)多支持16個(gè)變頻器，總共多支持48個(gè)USS變頻器。
5. 2 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的編程
1．USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如下圖所示。
圖7： USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS_PORT功能塊用來處理USS網(wǎng)絡(luò)上的通信，它是S71200 CPU與變頻器的通信借口。每個(gè)CM1241 RS485模塊有且必須有一個(gè)USS_PORT功能塊。
PORT：指的是通過哪個(gè)通信模塊進(jìn)行USS通信。
BAUD：指的是和變頻器進(jìn)行通行的速率。 變頻器的參數(shù)P2010種進(jìn)行設(shè)置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時(shí)的USS數(shù)據(jù)塊。每個(gè)通信模塊多可以有16個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，每個(gè)CPU多可以有48個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，具體的通信情況要和現(xiàn)場實(shí)際情況相聯(lián)系。每個(gè)變頻器與S7-1200進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)塊是一的。
ERROR：輸出錯(cuò)誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態(tài)。
S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本身的掃描周期不同步的，在完成一次與變頻器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多個(gè)掃描。
USS_PORT通信的時(shí)間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時(shí)間，不同的通信波特率對(duì)應(yīng)的不同的USS_PORT通信間隔時(shí)間。下圖列出了不同的波特率對(duì)應(yīng)的USS_PORT小通信間隔時(shí)間。
圖8：不同的波特率對(duì)應(yīng)的USS_PORT小通信間隔時(shí)間
USS_PORT在發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)，通常進(jìn)行3次嘗試來完成通信事件，那么S7-1200與變頻器通信的時(shí)間就是USS_PORT發(fā)生通信超時(shí)的時(shí)間間隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT與變頻器通信的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)大于小的調(diào)用時(shí)間間隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 協(xié)議庫默認(rèn)的通信錯(cuò)誤超時(shí)嘗試次數(shù)是2次。
基于以上的USS_PORT通信時(shí)間的處理，我們建議在循環(huán)中斷OB塊中調(diào)用USS_PORT通信功能塊。在建立循環(huán)中斷OB塊時(shí)，我們可以設(shè)置循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間，以滿足通信的要求。循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置如下圖所示：
圖9：循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置
SCALANCE X200網(wǎng)管型交換機(jī)
6GK5 204-2BB00-2AA3
6GK5 206-1BB10-2AA3
6GK5 208-0BA10-2AA3
6GK5 208-0HA00-2AA6
6GK5 216-0BA00-2AA3
6GK5 224-0BA00-2AA3
6GK5 204-0BA00-2BA3
6GK5 202-2BB00-2BA3
SCALANCE X300增強(qiáng)型可網(wǎng)管交換機(jī)
6GK5 308-2FL00-2AA3
6GK5 310-0FA00-2AA3
SCALANCE X400千兆模塊化交換機(jī)
6GK5 414-3FC00-2AA2
6GK5 408-2FD00-2AA2
6GK5 491-2AB00-8AA2
6GK5 491-2AC00-8AA2
6GK5 492-2AL00-8AA2
6GK5 492-2AM00-8AA2
6GK5 495-8BA00-8AA2
6GK5 496-4MA00-8AA2
軟件
6GK1 716-1CB64-3AA0
6GK1 716-1TB64-3AA0
6GK1 716-1PB62-3AA0
6GK1 716-0HB64-3AA0
6GK1 704-1CW64-3AA0
6GK1 704-1PW64-3AA0
6GK1 970-1BA10-0AA1
6GK1 970-5CA20-0AA1
6GK1 975-1AA00-3AA0
6GK1 500-0AA10
6GK1 500-0AB00
6GK1 500-0DA00
6GK1 901-0FB00-0AA0
6ES7901-4BD00-0XA0
6XV1831-2L
6XV1830-5GH10
6GK1 900-0HL00-0AA0
6SE7090-0XX84-0FF5
6SE7090-0XX84-0AB0
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