西门子交流6SE7031-6EB87-2DA1

6SE7031-6EB87-2DA1 SINAMICS/ SIMOVERT 主驱动 制动单元 DC 510-650V,100kW 防护等级 IP20 文档 auf CD-ROM

SIEMENS西门子上海朕锌电气设备有限公司

：郑鑫

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1引言
风机是工矿企业的主要动力设备，据有关部门的统计，全国风机，水泵电动机装机容量约35000MW，耗电量约占全国电力耗电量的40% 左右。目前，风机和水泵运行中还有很大的节能潜力。在风机运行中应用变频器调速，其节电率一般可在20%~60%，投资回收期为1~3 年，不仅节电*，而且能满足生产工艺的要求，保产品质量,经济效益十分显著。
风机在锅炉中也是重要设备，工业锅炉根据采用的燃料不同，通常分为燃煤，燃油和燃气三种。这三种锅炉的控制系统基本相同，只是燃料量的调节手段有所区别。变频器在控制系统中可以调节送风机的送风量，引风机的引风量和燃料的进给量，即实现对锅炉的精确控制，又达到了节电和节省燃料的目的。

2西门子新一代变频器G150 的特点
G150 是西门子新一代变频器SINAMICS 家族中的一员，它不仅继承了Master Drive 的特点，而且具有自身的优点。G150 是柜体式单传动的变频器，功率范围75KW~2700KW，进线电压分为380V~480V，500V~600V，660V~690V 三个电压等级，控制方式为无速度传感器的矢量控制 (sensorless vector control) 和矢量控制。无速度传感器的矢量控制是矢量控制的一种，只是没有速度传感器，通过电机模型的计算来估测电动机的速度反馈值。无速度传感器的矢量控制的控制精度和系统的动态性能不如带速度闭环的矢量控制，但也有系统简单，无需维护速度传感器，价格便宜的优点，尤其适用于风机泵类电机。
传统的V/f 控制也无需速度传感器，但对于大功率的风机泵类电机，如用V/f 控制无电流环控制，容易引起电流的波动。无速度传感器的矢量控制，不仅有速度闭环而且有电流闭环, 电机的稳态电流更稳定。
G150 具有丰富的客户端子，包括8 个数字量输入(DI)，4 个双向输入/输出(DI/DO)，2 点继电器输出(DO)，2 个模拟差分输入(AI)，2 个模拟输出(AO)，1 个KTY84 温度传感器或PTC 敏电阻，±10V 辅助电源用于模拟给定输入，24V 辅助电源用于数字量输入，所有的DI/DO ，AI/AO 都可以自由编程定义功能。与MasterDrive 不同，G150 的客户端子，不在控制板上，而是在客户端子板TM31 上。当有端子损坏时，只须更换TM31，节约了维修成本。
PROFIBUS 接口是G150 的标准配置，无需选件。通过PROFIBUS 可以将G150 连接到更高层的自动化系统。通过PROFIBUS 可以与调试软件Starter 连接，便于调试和存储参数。G150 的程序和参数存储于Flashcard 中，Flashcard 中的数据可用Flashcard 适配器读取，存储在硬盘中，或刻成光盘存档。如有相同功率，相同功能的设备，可将数据直接拷贝
到新的Flashcard 中，不需设置任何参数.。另外如旧设备的参数被调乱，或Flashcard 损坏也可用以上的方法进行恢复。

3系统简介
在这个锅炉中共有四台电机使用了G150 变频器，分别控制蒸汽、热油、热烟气。热烟气由2 台315KW 的电机控制，经管道送入主风机，用于干燥木浆。2 台315KW 的G150 变频器分别控制这两台风机，通过调节G150 的输出频率，来控制风机的输出功率，实现对热烟流量的精确调控，不仅满足了工艺的要求，而且比用挡风板调节热烟流量更节能。另两台132KW 的电机分别将蒸汽发生器中的蒸汽和热油发生器中的热油送入混合室中。蒸汽发生器中的蒸汽输出量的调节可以控制蒸汽发生器中的压力和温度，热油发生器中的热油输出量的调节可以控制热油发生器的温度。G150 也是通过控制电机的输出功率来调节蒸汽输出量和热油输出量，实现对蒸汽发生器的压力和温度，热油发生器的温度的控制。

2 台132KW 的电机参数和变频器型号如下:
132KW 电机参数:
额定功率: 132KW 额定电压:400V 额定频率:50HZ
额定电流: 228A 额定转速:1485 r/min 功率因数:0.88
选用的G150 型号:
6SL3710-1GE32-6CA0-Z
输入: 380V~480V 294A
输出: 0~480V 260A

2 台315KW 的电机参数和变频器型号如下:
额定功率: 315KW 额定电压:400V 额定频率:50HZ
额定电流: 585A 额定转速:990 r/min 功率因素:0.81
选用的G150 型号:
6SL3710-1GE36-1CA0-Z
输入: 380V~480V 639A
输出: 0~480V 605A

2 台132KW 电机用端子控制启停和模拟量输入频率给定。2 台315KW 电机PROFIBUS 控制，PLC 使用西门子公司的S7-300。

3.1用端子控制的G150 的端子图如下:
端子X520:1 是DI0 用于控制变频器的启/停(即ON/OFF)。端子X542:5， X542:6 是DO1，输出变频器的故障信号 (DO1 是继电器输出)。 端子X522:1， X522:2 是AO0， 输出实际速度值。端子X522:4、 X522:5 是AO1，输出实际电机电流值。端子X521:1，X521:2 是AI0，作为频率给定.这些端子的功能是出厂设定，无需修改参数。
(1) Main Setpoint
(2) ON/OFF command
(3) Analog output actual speed
(4) Analog output motor current
(6) Inverter release
(7) Converter no fault

模拟输入0(AI0)默认是-10V~10V 的电压输入，用户需要4~20mA 的输入，所以修改一些参数。P4056[0]=3，将模拟输入0 设置为4~20mA， 因为该模拟输入波动较大,会影响系统的稳定性，所以我加了10mS 的滤波(P4053[0]=10)，从而给定值相对稳定。这些设置如用调试软件Starter 修改就十分的简单、清晰、明了。如下图所示:

1. 选择模拟输入的类型
2. 模拟输入的端子
3. 模拟输入的自由标定
4. 一阶滤波

3.2用PROFIBUS 控制G150 系统图如下:

将X530:1 端子的接线断开，G150 就设置为PROFIBUS 控制。首先要设置G150 的PROFIBUS 从站地址，参数是P0918，该参数的设置必须与Step 7 中硬件组态的地址*。
G150 的PROFIBUS 从站地址也可通过拨码开关进行设置。这两种设置中拨码开关的硬件设置优先，如拨码都在OFF 的位置，则以参数P0918 的设置为准。G150 的GSD 文件在随机光盘可找到，文件名是si018105 .GSD。G150 与MasterDrive 的PROFIBUS 数据定义相似，PZD1 是控制字/状态字，PZD2 是给定值/实际值.控制字的各位定义如下:

4结束语
该系统用于亚洲创建(河源)木业有限公司的生产线中，亚洲创建集团致力于中国强化地板事业的发展，成功地塑造了”圣象”，”MOBIFLOOR” 等强化地板，河源项目的建设将打破以往基材*依赖进口，成本居高不下的局面，进一步提升产品的竞争力。该生产线中的锅炉系统是由Vyncke 公司做的系统集成，Vyncke 是一家比利时公司，成立于1912 年，在燃烧工艺，锅炉系统自动化控制系统中有着丰富的设计、制造、安装、调试的经验。西门子新一代变频器G150 在该项目中,以其丰富的系统功能，可靠的产品性能，精确的控制系统，得到了用户的*认可。

西门子S7-1200 紧凑型PLC在当前的市场中有着广泛的应用，作为经常与SINAMICS G120系列变频器共同使用的PLC，其USS通信协议的使用一直在市场上有着非常广泛的应用。本文将主要介绍如何使用USS通信协议来实现S7-1200与G120变频器的通信。

1．控制系统原理和接线图

下图是本例中所使用的原理和接线图。

图1:控制系统原理和接线图

2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。西门子交流6SE7031-6EB87-2DA1
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以使用USS通信协议通过通信模块CM1241 RS485来实现S7-1200与G120变频器的通信。

本例中使用的PLC硬件为：
1）PM1207电源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
4) 模拟器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

本例中使用的G120变频器硬件为：
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 通信电缆 ( 6XV1830-0EH10)

3．软件需求

1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．组态

我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和G120变频器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件组态

首先在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图1所示。

图2： 新建S7 1200项目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模块CM1241 RS485模块，如图2所示。

图3： S7 1200硬件配置

在CPU的属性中，设置以太网的IP地址，建立PG与PLC的连接，如下图所示。

图4： S7 1200 IP地址的设置

4. 2 G120参数设置

变频器的参数设置如下表所示。

表1 ：G120变频器的参数设置

注意：表1中的17，18，19，20 这四项参数值的设置必须使PLC的参数值与变频器的参数值相*。而19，20这两个参数值必须设置成如表1中的值，否则有可能变频器与S7-1200通信有如下问题：可能不能读出从变频器反馈回来的参数值。

5．USS通信原理与编程的实现

5. 1 S7 1200 PLC与G120 通过USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS库进行USS通信，如下图所示：

图5： S7 1200 的USS库

        USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受变频器的信息和控制变频器的指令都是通过这个功能快来完成的。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_PORT功能块是S7-1200与变频器USS通信的接口,主要设置通信的接口参数。可在主OB或中断OB中调用。
        USS_RPM功能块是通过USS通信读取变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_WPM功能块是通过USS通信设置变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。

这些功能块与变频器之间的控制关系如下图所示：

图6： USS 通信功能块与变频器的控制关系

        USS_DRV功能块通过USS_DRV_DB数据块实现与USS_PORT功能块的数据接收与传送，而USS_PORT功能块是S7-1200 PLC CM1241 RS485模块与变频器之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与变频器的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。

        每个S7-1200 CPUzui多可带3个通信模块，而每个CM1241 RS485通信模块zui多支持16个变频器。因此用户在一个S7-1200 CPU中zui多可建立3个USS网络，而每个USS网络zui多支持16个变频器，总共zui多支持48个USS变频器。

5. 2 S7 1200 PLC进行USS通信的编程

1．USS通信接口参数功能块的编程
USS通信接口参数功能块的编程如下图所示。

图7： USS通信接口参数功能块的编程

USS_PORT功能块用来处理USS网络上的通信，它是S71200 CPU与变频器的通信借口。每个CM1241 RS485模块有且必须有一个USS_PORT功能块。

PORT：指的是通过哪个通信模块进行USS通信。
BAUD：指的是和变频器进行通行的速率。 变频器的参数P2010种进行设置。
USS_DB：指的是和变频器通信时的USS数据块。每个通信模块zui多可以有16个USS数据块，每个CPUzui多可以有48个USS数据块，具体的通信情况要和现场实际情况相。每个变频器与S7-1200进行通信的数据块是*的。
ERROR：输出错误。
STATUS：扫描或初始化的状态。
S7-1200 PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多个扫描。
USS_PORT通信的时间间隔是S7-1200与变频器通信所需要的时间，不同的通信波特率对应的不同的USS_PORT通信间隔时间。下图列出了不同的波特率对应的USS_PORTzui小通信间隔时间。

图8：不同的波特率对应的USS_PORTzui小通信间隔时间

        USS_PORT在发生通信错误时，通常进行3次尝试来完成通信事件，那么S7-1200与变频器通信的时间就是USS_PORT发生通信超时的时间间隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT与变频器通信的时间间隔应当大于zui小的调用时间间隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 协议库默认的通信错误超时尝试次数是2次。
        基于以上的USS_PORT通信时间的处理，我们建议在循环中断OB块中调用USS_PORT通信功能块。在建立循环中断OB块时，我们可以设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。循环中断OB块的扫描时间的设置如下图所示：

图9：循环中断OB块的扫描时间的设置 

2．USS_DRV功能块的编程
USS_DRV功能块的编程如下图所示。

图10： USS_DRV功能块的编程

USS_DRV功能块用来与变频器进行交换数据，从而读取变频器的状态以及控制变频器的运行。每个变频器使用*的一个USS_DRV功能块，但是同一个CM1241 RS485模块的USS网络的所有变频器（zui多16个）都使用同一个USS_DRV_DB。

USS_DRV_DB：变频器进行USS通信的数据块。
RUN：                 DB块的变频器启动指令。
OFF2：                 紧急停止，自由停车。 该位为0时停车。
OFF3：                 快速停车，带制动停车。 该位为0时停车。
F_ACK：             变频器故障确认。
DIR ：                 变频器控制电机的转向。
SPEED_SP：       变频器的速度设定值。

ERROR：          程序输出错误。
RUN_EN：        变频器运行状态指示。
D_DIR：           变频器运行方向状态指示。
INHIBIT：        变频器是否被禁止的状态指示。
FAULT：           变频器故障。
SPEED：           变频器的反馈的实际速度值。

DRIVE：           变频器的USS站地址。变频器参数P2011设置。
PZD_LEN：      变频器的循环过程字。 变频器参数P2012设置。

注意：变频器的PKW的长度在这里是特殊需要注意的，在使用USS通信时必须是4，如果改成3或者127都将不能读取反馈回来的过程值。

3．USS_RPM功能块的编程

USS_RPM功能块的编程 如下图所示。

图11：USS_RPM功能块的编程

USS_RPM功能块用于通过USS通信从变频器读取参数。

REQ：         读取参数请求。
DRIVE：     变频器的USS站地址。
PARAM：   变频器的参数代码。
INDEX：     变频器的参数索引代码
USS_DB：  变频器进行USS通信的数据块。

DONE：     读取参数完成。
ERROR：  读取参数错误。
STATUS： 读取参数状态代码。
VALUE：   所读取的参数的值。

注意：进行读取参数功能块编程时，各个数据的数据类型一定要正确对应。如果需要设置变量读取参数时，注意该参数变量的初始值不能为0，否则容易产生通信错误。

4．USS_WPM功能块的编程

USS_WPM功能块的编程如下图所示。

图12：USS_WPM功能块的编程

USS_WPM    功能块用于通过USS通信设置变频器的参数。
REQ：         读取参数请求。
DRIVE：     变频器的USS站地址。
PARAM：   变频器的参数代码。
INDEX：     变频器的参数索引代码。
EEPROM：把参数存储到变频器的EEPROM。
VALUE：    设置参数的值。
USS_DB：   变频器进行USS通信的数据块。

DONE：      读取参数完成。
ERROR：   读取参数错误状态。
STATUS：  读取参数状态代码。

注意：对写入参数功能块编程时，各个数据的数据类型一定要正确对应。如果需要设置变量进行写入参数值时，注意该参数变量的初始值不能为0，否则容易产生通信错误。

5. 3 S7 1200 PLC进行USS通信的调试

S7-1200 PLC 通过CM1241 RS485模块与变频器进行USS通信时，需要注意如下几点：

1. 当同一个CM1241 RS485 模块带有多个（zui多16个）USS变频器时，这个时候通信的USS_DB是同一个，USS_DRV功能块调用多次，每个USS_DRV功能块调用时，相对应的USS站地址与实际的变频器要*，而其它的控制参数也要*。
2. 当同一个S7-1200 PLC 带有多个CM1241 RS485模块（zui多3个）时，这个时候通信的USS_DB相对应的是3个，每个CM1241 RS485模块的USS网络使用相同的USS_DB,不同的USS网络使用不同的USS_DB。
3. 当对变频器的参数进行读写操作时，注意不能同时进行USS_RPM和USS_WPM的操作，并且同一时间只能进行一个参数的读或者写操作，而不能进行多个参数的读或者写操作。

在S7-1200 PLC 与变频器的USS通信的实际使用过程中，需要根据网络的现场情况，对问题进行具体的解决。

S7300电源模板
6ES7307-1BA00-0AA0
6ES7307-1EA00-0AA0
6ES7307-1KA01-0AA0
CPU
6ES7312-1AE13-0AB0
6ES7312-5BE03-0AB0
6ES7313-5BF03-0AB0
6ES7313-6BF03-0AB0
6ES7313-6CF03-0AB0
6ES7314-1AG13-0AB0
6ES7314-6BG03-0AB0
6ES7314-6CG03-0AB0
6ES7315-2AG10-0AB0
6ES7315-2EH13-0AB0
6ES7317-2AJ10-0AB0
6ES7317-2EK13-0AB0
6ES7318-3EL00-0AB0
内存卡
6ES7 953-8LF20-0AA0
6ES7 953-8LG11-0AA0
6ES7 953-8LJ20-0AA0
6ES7 953-8LL20-0AA0
6ES7 953-8LM20-0AA0
6ES7 953-8LP20-0AA0
开关量模板
6ES7 321-1BH02-0AA0
6ES7 321-1BH10-0AA0
6ES7 321-1BH50-0AA0
6ES7 321-1BL00-0AA0
6ES7 321-7BH01-0AB0
6ES7 321-1EL00-0AA0
6ES7 321-1FF01-0AA0
6ES7 321-1FF10-0AA0
6ES7 321-1FH00-0AA0
6ES7 321-1CH00-0AA0
6ES7 321-1CH20-0AA0
6ES7 322-1BH01-0AA0
6ES7 322-1BH10-0AA0
6ES7 322-1CF00-0AA0
6ES7 322-8BF00-0AB0
6ES7 322-5GH00-0AB0
6ES7 322-1BL00-0AA0
6ES7 322-1FL00-0AA0
6ES7 322-1BF01-0AA0
6ES7 322-1FF01-0AA0
6ES7 322-5FF00-0AB0
6ES7 322-1HF01-0AA0
6ES7 322-1HF10-0AA0
6ES7 322-1HH01-0AA0
6ES7 322-5HF00-0AB0
6ES7 322-1FH00-0AA0
6ES7 323-1BH01-0AA0
6ES7 323-1BL00-0AA0
模拟量模板
6ES7 331-7KF02-0AB0
6ES7 331-7KB02-0AB0
6ES7 331-7NF00-0AB0
6ES7 331-7NF10-0AB0
6ES7 331-7HF01-0AB0
6ES7 331-1KF01-0AB0
6ES7 331-7PF01-0AB0
6ES7 331-7PF11-0AB0
6ES7 332-5HD01-0AB0
6ES7 332-5HB01-0AB0
6ES7 332-5HF00-0AB0
6ES7 332-7ND02-0AB0
6ES7 334-0KE00-0AB0
6ES7 334-0CE01-0AA0
附件
6ES7 365-0BA01-0AA0
6ES7 360-3AA01-0AA0
6ES7 361-3CA01-0AA0
6ES7 368-3BB01-0AA0
6ES7 368-3BC51-0AA0
6ES7 368-3BF01-0AA0
6ES7 368-3CB01-0AA0
6ES7 390-1AE80-0AA0
6ES7 390-1AF30-0AA0
6ES7 390-1AJ30-0AA0
6ES7 390-1BC00-0AA0
6ES7 392-1AJ00-0AA0
6ES7 392-1AM00-0AA0
6ES7 392-1BM01-0AA0
功能模板
6ES7 350-1AH03-0AE0
6ES7 350-2AH00-0AE0
6ES7 351-1AH01-0AE0
6ES7 352-1AH02-0AE0
6ES7 355-0VH10-0AE0
6ES7 355-1VH10-0AE0
6ES7 355-2CH00-0AE0
6ES7 355-2SH00-0AE0
6ES7 338-4BC01-0AB0
6ES7 352-5AH00-0AE0
6ES7 352-5AH00-7XG0
通讯模板
6ES7 340-1AH02-0AE0
6ES7 340-1BH02-0AE0
6ES7 340-1CH02-0AE0
6ES7 341-1AH01-0AE0
6ES7 341-1BH01-0AE0
6ES7 341-1CH01-0AE0
6ES7 870-1AA01-0YA0
6ES7 870-1AB01-0YA0
6ES7 902-1AB00-0AA0
6ES7 902-1AC00-0AA0
6ES7 902-1AD00-0AA0
6ES7 902-2AB00-0AA0
6ES7 902-2AC00-0AA0
6ES7 902-2AG00-0AA0
6ES7 902-3AB00-0AA0
6ES7 902-3AC00-0AA0
6ES7 902-3AG00-0AA0
6GK7 342-5DA02-0XE0
6GK7 342-5DF00-0XE0
6GK7 343-5FA01-0XE0
6GK7 343-1EX30-0XE0
6GK7 343-1EX21-0XE0
6GK7 343-1CX00-0XE0
6GK7 343-1CX10-0XE0
6GK7 343-1GX20-0XE0
6GK7 343-1GX21-0XE0
6GK7 343-1HX00-0XE0
6GK7 343-2AH00-0XA0
6ES7971-1AA00-0AA0     
6ES7971-5BB00-0AA0
6ES7314-6EH04-0AB0