西门子90千瓦变频器MM440

6SE6440-2UD38-8FB1MICROMASTER 440 无滤波器 380-480V+10/-10% 三相交流 47-63Hz 恒定转矩 90kW 过载 136% 57S，160% 3S 二次矩 110kW 1400x 326x 356（高x宽x深） 防护等级 IP20 环境温度 0-40°C 无 AOP/BOP

1 S7-1200与变频器的连接

1.1本例程的系统配置
本例程中用到的硬件： S7-1200（CPU 1214C）、G120 ( 控制单元CU240B-2 )、一台装有TIA Portal软件的PC机、CM1241模块、电源模块、标准RJ45网线。

1.2 硬件连接

1.2.1硬件连线
本例程中的硬件间的结构如下图所示：


图1-1

1.2.2 PLC与控制单元通信端口之间的连接
用电缆将CU240B-2 Modbus 通讯接口与PLC通信模块连接起来，如下图所示。

　　　　
图1-2


2 变频器设置

2.1 地址设置
可以通过控制单元上的地址开关，也可以通过参数 P2021 或 STARTER 中“Control Unit / Communication / Field bus”页面来确定变频器的 Modbus-RTU 地址。
只有所有地址开关都设为“OFF”(0)时，P2021 或 STARTER 中的设置才有效。否则，Modbus-RTU 地址为地址开关所设置的地址。

2.2 参数设置
除了设置地址之外，还需要对其他一些变频器的通信参数进行设置，才可以进行MODBUS通信。具体需要设置的参数如表2-1所示：

表2-1

参数描述
P0015 = 21变频器宏程序
选择 I/O 配置
p2030 = 2现场总线协议选择
2： Modbus
p2020现场总线波特率
设置范围是 4800 bit/s … 187500 bit/s，出厂为 19200 bit/s
p2024Modbus 计时

  • 索引 0：从站应答延迟：
    在该时间后，从站应答主站。

  • 索引 1： 字符延时：
    指一个 Modbus 消息帧内，单个字符之间允许的延迟时间。 （即 Modbus 1.5 个字节标准的处理时间）

  • 索引 2： 报文延时：
    指 Modbus 报文之间允许的延时。（即 Modbus 3.5 个字节标准的处理时间）

p2029现场总线错误统计
指现场总线接口上接收错误的统计、显示
p2040过程数据监控时间
指没有收到过程数据时发出报警的延时。
注： 该时间必须根据从站数量、总线波特率加以调整，出厂为 100 ms。


3 PLC组态和编程

3.1 创建项目
首先创建一个项目，点击创建新项目，输入名称，路径等信息。


图3-1

3.2 硬件组态
按照新手上路的提示首先选择设备和网络，进行硬件组态。


图3-2

点击添加新设备，添加相应型号的设备，修改设备名称，选择版本号，点击添加。


图3-3

在弹出的设备与网络的右侧硬件目录中，找到通信模块-点到点-CM1241(RS485)，加入CM1241通信模块。


图3-4

双击设备视图中的RS485端口，设置端口组态，本例程配置如下图。


图3-5

在左侧的项目树-设备-在线访问-Broadcom NetXtreme。。。（本例程PC机所使用的网卡），双击更新可使用的设备，搜索到连接的设备。


图3-6

3.3 编程
在左边的设备中找到S7-1200/程序块，打开主程序（Main[OB1]）。在右边的指令栏里选择通信/通信处理器/MODBUS，添加MB_COMM_LOAD和MB_MASTER。


图3-7

在弹出的调用选项中，定义一个背景数据块。


图3-8

使用同样的方法，再加入一个MB_MASTER模块，同样定义背景数据块。


图3-9

分别按照图3-10、图3-11设置MB_COMM_LOAD和MB_MASTER模块。


图3-10

 

西门子90千瓦变频器MM440图3-11

其中，MB_COMM_LOAD与MB_MASTER指令的参数说明，请参考表3-1，表3-2。

表3-1 MB_COMM_LOAD指令的参数

参数声明数据类型存储区说明
REQInputBOOLI、Q、M、D、L在上升沿执行指令
PORTInputUINTI、Q、M、D、L 或常量通信端口的 ID：
在设备组态中插入通信模块后，端口 ID 就会显示在 PORT 框连接的下拉列表中。 也可以在变量表的“常量” (Constants) 选项卡中引用该常量。
BAUDInputUDINTI、Q、M、D、L 或常量波特率选择：
300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 76800, 115200
所有其它值均无效。
PARITYInputUINTI、Q、M、D、L 或常量奇偶校验选择：
0 – 无
1 – 奇校验
2 – 偶校验
FLOW_CTRLInputUINT I、Q、M、D、L 或常量流控制选择：
0 –（默认值）无流控制
1 – 通过 RTS 实现的硬件流控制始终开启（不适用于 RS485 端口）
2 - 通过 RTS 切换实现硬件流控制
RTS_ON_DLYInputUINT I、Q、M、D、L 或常量RTS 延时选择：
0 -（默认值）到传送消息的个字符之前，激活 RTS 无延时。
1 至 65535 – 到传送消息的个字符之前，“激活 RTS”以毫秒为单位的延时（不适用于 RS-485 端口）。应用 RTS 延时必须与 FLOW_CTRL 选择无关。
RTS_OFF_DLYInputUINT I、Q、M、D、L 或常量RTS 关断延时选择：
0 –（默认值）传送一个字符到“取消激活 RTS”之间没有延时。
1 至 65535 – 在发送消息的一个字符到“取消激活 RTS”之间以毫秒为单位的延时（不适用于 RS-485 端口）。应用 RTS 延时必须与 FLOW_CTRL 选择无关。
RESP_TOInputUINTI、Q、M、D、L 或常量响应超时：
“MB_MASTER”允许等待从站响应的时间（毫秒） 如果从站在此时间内没有响应，则“MB_MASTER”将重复该请求，或者在发送了指定数目的重试后终止请求并返回错误。
5 ms 至 65535 ms（默认值 = 1000 ms）。
MB_DBInputVARIANTD“MB_MASTER”或“MB_SLAVE”指令的背景数据块的引用。 在程序中插入“MB_SLAVE”或“MB_MASTER”之后，数据块标识符会显示在 MB_DB 框连接的下拉列表中。
DONEOutputBOOLI、Q、M、D、L指令的执行已完成且未出错。
ERROROutputBOOL I、Q、M、D、L错误：
0 – 未检测到错误
1 – 表示检测到错误。 在参数 STATUS 中输出错误代码。
STATUSOutputWORDI、Q、M、D、L端口组态错误代码

 

表3-2 MB_MASTER指令的参数

参数声明数据类型存储区说明
REQInputBOOLI、Q、M、D、L请求输入：
0 – 无请求
1 – 请求将数据发送到 Modbus 从站
MB_ADDRInputUINTI、Q、M、D、L 或常量Modbus RTU 站地址：
默认地址范围： 0 至 247
扩展地址范围： 0 至 65535
值“0”已预留，用于将消息广播到所有 Modbus 从站。 只有 Modbus 功能代码 05、06、15 和 16 支持广播。
MODEInputUSINTI、Q、M、D、L 或常量模式选择： 指定请求类型： 读取、写入或诊断：
有关详细信息，请参见 Modbus 功能表。
DATA_ADDRInputUDINTI、Q、M、D、L 或常量从站中的起始地址： 指定 Modbus 从站中将供访问的数据的起始地址。 可在 Modbus 功能表中找到有效地址。
DATA_LENInputUINTI、Q、M、D、L 或常量数据长度： 指定要在该请求中访问的位数或字数。 可在 Modbus 功能表中找到有效长度。
DATA_PTRInputVARIANTM、D指向 CPU 的数据块或位存储器地址，从该位置读取数据或向其写入数据。 对于数据块，必须使用“标准 - 与 S7-300/400 兼容”访问类型进行创建。
DONEOutput
 		BOOLI、Q、M、D、L0: 事务未完成
1: 事务完成，且无任何错误
BUSYOutputBOOLI、Q、M、D、L0: 当前没有“MB_MASTER”事务正在处理中
1: "MB_MASTER" 事务正在处理中
ERROROutputBOOLI、Q、M、D、L0: 无错误
1: 出错，错误代码由参数 STATUS 来指示
STATUSOutputWORDI、Q、M、D、L执行条件代码


3.4
编译，确认无误后，点击。在弹出的“扩展的到设备”中，选择PG/PC接口类型，以及PG/PC接口。选择设备，并点击。


图3-12

在弹出的预览中，查看将要覆盖的内容，选择统一，并点击。


图3-13

3.5 监视
点击转到在线，并点击启动监视，此时即可通过PLC给变频器进行MODBUS通信。


图3-14

4 MODBUS通信控制变频器

4.1 使用MODBUS通信控制变频器启停
如下图所示，打开Tag_1，使能MB_MASTER。使能完成之后，关闭Tag_1。


图4-1

如图4-2，将MODE改为1（即写入数据），DATA_ADDR写入40101（主设定值寄存器号），DATA_PTR写入1000（给定值的写入值）。然后REQ使用一个脉冲沿来发送给定值。此时，变频器的给定值已经改为1000。
然后将DATA_ADDR写入40100（控制字寄存器号），DATA_PTR写入047E（停车），然后REQ使用一个脉冲沿来发送停车命令。再将DATA_ADDR写入40100（控制字寄存器号），DATA_PTR写入047F（启动），然后REQ使用一个脉冲沿来发送启动命令。


图4-2

注意：
MB_COMM_LOAD使能完成之后，一定要将Tag_1关闭，否则MB_MASTER模块将无法使用。
变频器启动位需要一个上升沿，所以先给其停车命令，然后发送启动命令，利用上升沿来启动变频器。

4.2 使用MODBUS通信修改和查看变频器参数
现在，以参数P1120加速时间为例，对参数的修改和查看进行讲解。
首先，进行读参数的演示。将MODE输入改为0（即读参数模式），将DATA_ADDR中写入40322（即加速时间的寄存器号），然后REQ使用脉冲沿来发送一个读请求。此时，可以接收到参数P1120中的数据位1000（即加速时间为10s）。


图4-3

然后进行写参数：将MODE输入改为1（即写参数模式），将DATA_ADDR中写入40322（即加速时间的寄存器号），在DATA_PTR中写入500，然后REQ使用脉冲沿来发送一个写请求。此时，已经将500写入了参数P1120之中，加速时间改为5s。


图4-4

控制单元中的 Modbus 寄存器和对应的参数如下表所示：


表4-1 Modbus 寄存器和对应的参数

1 概述

调试SINAMICS S120驱动系统时，如果用户对SINAMICS S120的参数存储结构不熟悉，执行了错误的上传/操作，都会造成设置参数的丢失，对调试进度造成影响。比如：在线调试完成后却又执行了操作，造成调试结果被离线数据覆盖；又或调试完成后没有执行copy RAM to ROM操作就断电了，重新上电后设备还处于调试前状态；这些操作都使刚刚完成的调试工作付之东流。因此了解SINAMICS S120的存储结构以及每一个操作的意义是成功调试的前提。

SINAMICS S120 存储器分为两个部分：

  • RAM：易失性存储器，数据断电即丢失，RAM位于控制单元内部，是设备自带的。

  • ROM：即CF卡，数据可以保持在CF卡上，CF卡是单独订购的。

对SINAMICS S120项目的操作分为两种：

  • 在线模式（ONLINE Mode）：如果是在线进行操作，这是直接修改RAM里的数值，而PG/PC本地项目里的参数并没有更改。
    注：PG，Programmer西门子编程器；PC，Personal computer个人电脑。

  • 离线模式（OFFLINE Mode）：如果是离线进行操作，就是对本地项目的参数进行修改，不会影响设备数据。


2 SINAMICS S120存储器与PG/PC之间的几种操作

PG/PC、RAM和ROM之间可进行的操作大致分为以下5种，如图1：


图1.PG/PC、RAM和ROM之间的操作

具体每一步操作的意义如下：

①Download。
从PG/PC到RAM(Download CPU/ drive unit to target device)，就是在线执行操 作，将PG/PC的参数设置传给控制单元CU，如图2。Scout或Starter工具栏上有两个按钮。左边的黄色按钮是对该项目里所有在线设备的所有数据进行。右边的按钮是对所选在线设备的所有数据进行，一般选择右边的按钮。


图2.操作

②Upload上传
从RAM到PG/PC(Load CPU/ drive unit to PG)，就是在线执行上传操作，将控制单元里的参数设置传到PG/PC，如图3。


图3.上传操作

③Copy RAM to ROM
从RAM到ROM(Copy RAM to ROM)，把参数保存到CF卡上。RAM里的参数断电后会丢失，因此虽然配置好的参数已经正确到控制单元，但还需要执行该操作来保证掉电后再上电，机器能正常工作，如图4。如果是通过BOP面板进行调试，调试参数也都存在RAM里，也需要保存参数的设置。具体操作是当修改完参数面板上出现“S”字样，按住P键保持3秒，面板出现闪烁，表示参数已经开始存储。或者通过设置CU的参数：P0009=0，P0977=1来执行。


图4.Copy RAM to ROM操作

④Power up
从ROM到RAM，上电后CU会自动将保存到CF卡上的参数装载到RAM。

⑤Load to file system
从PG到CF卡(Load to file system)，这个操作可以在没有CU的情况下，将S120项目到CF卡 (需要一个CF卡读卡器)，如图5。


图5.Load to file system

3 Sinamics S120存储器正确操作举例

这里以三相异步电机的矢量控制从自动配置开始到完成优化这一过程为例，说明SINAMICS S120存储器正确的操作方法。
⑴.在线连接设备，执行Automatic configuration，系统会自动上传②配置数据。
⑵.自动配置完成后，还需离线配置三相异步电机、编码器等参数。然后在线，执行①操作，将配置的参数传到控制单元。 ①的时候可以勾选After loading copy RAM to ROM③，也可以稍后执行。
⑶.然后是对电机的静态和动态识别、BICO连接等设置，这时的操作是在线进行的。一定不要执行①，正确的做法是上载②到PG/PC，然后保存项目。
⑷.再执行Copy RAM to ROM③，配置优化完后的参数就保存到CF卡里了。断电再上电系统自动从ROM导出配置到RAM④，依然正常工作。

西门子90千瓦变频器MM440