SIMATIC PCS 7 V8 通过通道驱动块来连接G120变频器

1 概述

1.1 用户需求
在PCS 7项目中使用DP总线来驱动设备（S120、G120、G150变频器等）时，需要相应的选件包Drive ES for PCS7来进行操作，这样可以自己生成相关的图标和面板，易于操作和维护，可以得到变频器的故障信息，具体参考 88632209

目前最新的版本是Drive ES for PCS7 V8.0，订货请参考：61909884

这种方式虽然使用方便，面板功能比较丰富，但是需要购买额外的软件包，有时用户只有一两个设备，而且现场设备仅需要使用基本功能时，想通过标准马达功能块去控制变频器，PCS 7 V8版本后，西门子提供了新的通道驱动块FbDrive驱动块，可以用来集成G120，S120等紧凑型驱动设备到PCS 7系统中，可以实现驱动设备的基本操作功能,解决了这一问题。

1.2 使用范围及限制条件

• PCS 7软件版本需要在v8.0及以上。
• "FbDrive”通道驱动块可以用来集成西门子紧凑型驱动器（如Sinamics S120，G120， G150等），目前暂不兼容其它第三方的变频器。
• 驱动设备PROFIdrive 技术规范需满足 PROFIBUS 和 PROFINET 版本 May 2006 的要求，支持的报文类型为Telegram type “1”和Telegram type “20”，Telegram type “1”带有 2 个 words (4 Byte) 输入和2 words (4 Byte) 输出数据。Telegram type “20”带有 6 words (12 Byte) 输入和 2 words (4 Byte)输出数据。

1.3 DEMO的软件及硬件测试环境

• 计算机操作系统Windows 7 Ultimate 64位英文版
• PCS 7 V80 update1 英文版
• Starter V4.3.2
• CPU 417-4 （V4.1 ） + CP 443-1(V1.1)：
• G120 变频器：型号为 CU240E-2 DP， 定货号：6sl3244-0BB12-1PA1, 固件版本V4.4
• 西门子标准电机，参数如下：

2 FbDrive通道驱动块使用
下面以“FBDRIVE ”通道驱动块链接 G120 变频器为例来介绍Channel块的使用。

2.1 准备合适的GSD文件
首先去西门子官方支持网站下载相应的GSD文件， 链接如下：23450835

SINAMICS G120：PROFIBUS GSD 文件
下载时要注意检查定货号和版本是否匹配，在本例中的定货号：6sl3244-0BB12-1PA1, 固件版本V4.4， 下载时选中对应的GSD文件，如下图所示：

图2-1 GSD 的下载

2.2 在硬件组态中组态G120
将下载的GSD文件解压缩到硬盘下一目录，打开硬件组态，导入GSD到STEP7 硬件目录， 如下图所示：

图2-2 导入G120 的GSD文件

按照实际的硬件组态好CPU并生成一条DP总线，从硬件目录树里面通过路径“Additional Field Devices\ Drives\ SINAMICS\ SIMATICS G120..”，将G120拖到DP总线下，并设置正确的DP站址，接下来将报文类型 “Standard telegaram20”拖到G120的I/O 列表里，如下图所示：

图2-3 组态 G120 变频器

需要注意的是，变频器下面配置的输入和输出的首地址要相同，如下图所示：

图2-4 插入标准报文 20 的输入输出

接下来，鼠标选中变频器的输入输出行，右键选择”编辑符号表”，给输入和输出赋上符号地址，通常以马达的位号做为前缀，这样可以避免混淆，如下图所示:

图2-5 给地址赋上符号名

2.3 设定G120变频器的报文类型

控制器与变频器通讯主要靠控制字和状态来进行控制 ，目前FB_DRIVE功能块目前只支持两种报文类型， 类型1 和类型20,简要介绍如下：
类型1 通讯方式提供两个控制字和两个状态字，类型20 提供两个控制字和6个状态字。
通常第一个控制字用于控制变频器的始能和启停， 第二个控制字用于速度的给定，第一个状态字为变频器的运行状态，包括运行状态、有无报警等， 第二个状态字为马达的转速给定，其它的可以在变频器参数里灵活组态。
详细请参考：61618946

表2-1 G120变频器的第一个控制字

对应上表，通常在正转时，控制器发给变频器的命令：停止时为16#047E, 正转时给的命令是16#047F ， 如果发现控制字不是这些数值，需要对应控制字列表进行检查。
状态字是变频器反馈给控制器的状态，G120的第一个状态字如下表，在变频器不正常时，可以参考它进行故障诊断，下图是变频器的第一个状态字解释：

表2-1 G120变频器的第一个状态字

设定变频器的最高频率和马达对应的参数， 这些参数可以从马达的铭牌上得到，然后用 Starter 软件对G120进行参数配置，当然也可以通过BOP面板进行配置， 关于Starter 软件的具体操作请参考：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/searchResult.aspx?searchText=A0320

在STEP7 硬件组态里配置的报文类型是20，所以在变频器的参数里, 一定要将P2079参数设置为”20“，如下图所示：

图2-6 设置G120变频器的报文类型

2.4 CFC编程
可以在已有的CFC中调用“FBDRIVE ”通道驱动块，然后再插入相应的电机功能块进行连线，也可以直接使用系统本身已经组态好的Templates。推荐使用后者，因为前者需要对FBDRIVE块相关的参数进行配置，后者的参数已经配置好了，下面以使用模板为例说明：

2.4.1 插入模板并配置参数
首先打开系统的PCS 7 AP Library V80，然后在Templates中找到“DRIVE”模板，它是针对“FbDrive”使用在紧凑型驱动器的模板，如下图：

图2-7 使用系统集成的Templates

拷贝上图中的Drive 模板到CFC的工厂视图相应的层级下，并修改Chart名字为EU1101（位号），双击打开，此模板已经插入了相应的可能使用到的CFC块图，并且已经进行了连线，根据DEMO的硬件设施，可以把三个互锁的Interlock块删除掉（现场使用根据实际进行选择：

图2-8 模板里预先连接好的功能块

2.4.2 连接I/O 并生成模板驱动
选中FbDrive功能块左侧第一个引脚PZDIn1，并将它连接到前边定义的符号表地址EU1101_ZW1，即是第一个状态字，当然也可以直接输入绝对地址，本例中地址为“IW512”，系统也会自动识别并显示为对应的符号地址，接下来一定要把报文的类型改为20, 如下图。

图2-9 连接变频器首地址并设置报文类型

保存编译生成模板驱动后，按F5刷新，可以看到如下图的CFC程序，PZDIn1至PZDin6和PZDOut1、PDZOut2都会自动连线到相应的符号表地址，并且Mode和DataXchg等管脚都自动生成连线，如果发现MODE端没有自动连线，请检查硬件组态与要求的是否一致。

图2-10 生成模板驱动后的FbDrive块

2.4.3 FbDrive的常用引脚介绍
模板中的项目已经对FBDRIVE和MOTSPCL块进行了相应的连接, 主要连接介绍如下：
- MotSpdCL块的Fwd和Rev经过“OR”后连接到FbDrive的ON， 用于马达的启停；
- MotSpdCL块的P_Rst连接到FbDrive的Ackn， 用于确认变频器的故障；
- MotSpdCL块的SP_OUT输出到FbDrive的SP_Li引脚，用于变频器速度的给定；
- MotSpdCL块的LocalAct输出到FbDrive的Local引脚，当马达切换至本地后，变频器能够将控制权释放给本地操作；
- SP_OUT块的Bad信号输出到MotSpdCL的CSF引脚，当变频器自身有问题时，马达块报“CSF”故障；
- SP_OUT块的Fault信号输出到MotSpdCL的TRIP信号， 当变频器有故障时，马达块能停机并在之后确认故障，注意需要在Trip引脚处取反，因为Trip是=1时表示正常；
- Zsw1_14是变频器第一个状态字的bit14，表示变频器的正反转反馈信号，等于1时表示正转，等于0时表示反转，通过与OP_EN（操作始能信号）相“与”后， 做为正反转的反馈信号，连接到MotSpdCL块的FbkFwd和FbkRev。

2.4.4 马达块和变频器的速度匹配
在工业现场往往需要用到齿轮箱进行减速，以获得更大的扭矩，本文假定齿轮箱的减速比为10，如下图所示：

图2-11 现场的应用模型

生产中用户更关心的是实际设备转速或者线速度，如泵、导丝盘的轴速，而不是电机的轴速，如何实现画面上直接设定设备转速呢？

系统在Drive块提供了SP_LiScale这个参数来进行量程的转换，它对应的是负载在变频器输出最高频率时的负载速度，马达块送来的给定值通过它折算后，变成0-16384 的整数值给变频器，反之亦然，变频器送来的第二个状态字折算后送马达块显示，下面具体介绍如下：

(1) 速度反馈：
SpeedLi是经过转换后的速度反馈信号，它的转换公式是：
SpeedLi =(PZDIn2* SP_LiScale)/16384 ，

(2) 速度给定：
FbDrive块的SP_Li引脚接收马达块的给定信号，折算成对应的速度给定值后通过PZDOut2引脚输出到变频器，公式如下：
PZDOut2=(SP_Li* SP_LiScale)/16384
在本例里变频器最高频率设置为50Hz， 对应电机的轴头速度为1500rpm，经Gear减速后得到负载的转速为150rpm/min， 在马达的设定值面板里设定的是负载的转速，而不是马达的速度，为此，需要在FbDrive块里设定好参数，以保证负载的实际转速与面板设定的相等。
在本例中，齿轮箱的减速比为10，变频器侧设置50Hz为最高频率，对应的马达转速为1500rpm/Min，经过齿轮箱减速后负载转速最高为150rpm/min， 所以SpeedLi应设置为150，如下图所示：

图2-12 设置速度相关的参数

2.4.5 马达块里显示变频器的电流
在实际生产中，除了监视设备的转速外，通常还要监视马达的电流，FbDrive块从变频器取来电流值后，运算后从引脚CurrentLi 输出，可以将它直接连接到MotSpdCL块的UserAna1引脚上，注意这两个引脚都是隐藏的，需要用户手动去掉Invisible的属性。
UserAna1引脚是马达块两个辅助模拟量显示之一，可以方便地在面板上显示，为了在面板上显示出注释，需要对这个引脚的“Identifer”进行组态， 例如：输入 “current”，如下图所示：

图2-13 设置辅助模拟量显示的标识

运行的效果如下所示：

图2-14 辅助模拟量显示的效果

2.5 OS编译
在做好信号连接并设置好参数后，接下来可以进行OS编译，生成相应的块图标，由于这是PCS7的标准功能，以此不做介绍。
在马达块的面板里，可以像操作普通马达一样进行操作，如下图所示：

图2-15 马达块的操作面板

下面是启动马达后的面板截图：

图2-16 变频器启动后的效果

接下来， 需要对马达的实际转速与设定值的一致性进行验证，通过Starter观察马达的转速为200rpm，经过齿轮箱减速后应为20rpm，与我们面板上的设定值20相一致，确认参数设定正确，如下图所示：

图2-17 用srarter软件检查电机的速度

3 常见问题

3.1 为什么FbDrive功能块在编译后Mode端没有自动连线？
答：这说明模板驱动生成不正常，请检查一下变频器的输入和输出首地址是否相同，另外，确认报文的类型是1或者20。

3.2 为什么模板驱动已经正常生成，从马达面板上操作后变频器没有反应？
答：这时需要检查马达块的状态字和控制字，重点是PZDIn1和PZDout1， 如果它们的值不是16#6B31和16#47E，那么需要检查FBDrive有参数是否正确， 例如：如果直接从APL库里手动插入FBDrive块手动和马达块连接，那么可能会出现这个问题， 因为默认的设置里关于变频器的“没有快停”和“斜坡发生器”都没有始能，需要设置一下，推荐从模板里拷贝已经配置好的程序，下图左侧是变频器待机时的状态字和控制字，下图右侧是需要始能的引脚。

图3-1 变频器待机时的FbDrive块状态

如果确认状态字正确并且参数也配置正常， 请用Starter软件的控制面板来进行测试，如果从控制面板也不能启动，问题往往在变频器侧，请检查变频器相关的参数，如果从控制面板能启动，需要重新检查PCS7侧的参数。

图3-2 用Starter的控制面板测试变频器

3.3 在调试进程中，如何快速的找到原因？
答： 建议配置CP5711做为DP通讯接口， 通过它可以扫描DP总线上变频器的DP地址，也可以配合Starter软件对变频器进行调试，包括参数上传和下载等， 同时配合Amprolyzer软件，可以对总线上的DP总线通讯质量进行监测。
关于CP5711的定货号和使用手册，请参考：34803449

4 总结
从上述的介绍，可以看出，使用PCS 7 V8以上的版本，通过FbDrive驱动块可以集成部分西门子变频器到PCS7里， 但是也存在不足，变频器必须支持类型为1 或者20 的报文，对于MM440变频器，目前还无法生成模板驱动，而且它的诊断功能不如Drive ES for PCS7, 面板的功能也没有后者强大，在项目里还是推荐使用Drive ES for PCS7。

关键词
通道驱动块，Drive，Sinamics， FbDrive , G120