西门子数字量模块DT16

西门子数字量模块DT16

一、PROFINET IO和PROFIBUS DP并行通讯功能概述
SINAMICS CU320控制单元可用的硬件通讯接口如下：
? 标配的通讯接口（PROFIBUS DP）
? 可选的通讯接口（PROFINET IO,CAN）
当通讯接口板插入到CU320以后，标配的通讯接口（PROFIBUS DP）就被自动禁止，无法实现周期性通讯。
在以下应用场合，可以通过设置参数P8839，在SINAMICS系统中实现两者的并行通讯：
? PROFIBUS DP用于实现对驱动的控制，PROFINET IO用于接收驱动的实际值。
? PROFIBUS DP用于控制，PROFINET IO仅用于工程应用。
? 两主站工作，一个用于工艺控制，另一个用于逻辑控制。
? 通讯接口冗余。

二、S7-300/400与SINAMICS S120 CU320的网络连接

1．通过PROFINET IO和PROFIBUS DP连接SIMATIC CPU 319-3 PN/DP与SINAMICS S120 CU320 网络组态如下：

图 1.

2. 使用的硬件：

3、使用的软件
? STEP7 V5.4 SP2
? SCOUT V4.1 SP1 或 STARTER V4.1 SP1
? S120 V2.5 SP1 HF1
? CBE20的 GSD V2.1文件:gsdml-v2.1-siemens-sinamics-s-cu3x0-20070726.xml
在CF 卡中的路径: \\SIEMENS\SINAMICS\DATA\CFG\CBE20GSD.ZIP

4、IP 地址及通讯名称:

注意：所有节点的子网掩码：255.255.255.0。

三、项目配置

1、 本例使用的设备描述

2、硬件组态
(1)安装SINAMCIS S120 CBE20的GSD文件
对于PROFIBUS DP 及 PROFINET IO 需要的所有 GSD 文件存在S120的CF卡中，将这些文件拷贝至本地硬盘并解压。
在Step 7的硬件配置中选择 “Options => Install GSD file"

图 2.

GSD V2.0 (gsdml-v2.0-siemens-sinamics-cbe20-yyyymmdd.xml) 可被安装。
GSD文件安装后，设备会出现在硬件组态的如下目录中:
"PROFINET IO => Drives => SINAMICS => GSD => SINAMICS S120 CBE20 from 2.5"。
注意：
? GSD 子文件夹只有在安装DriveES 或 SIMOTION SCOUT后才有效。否则 GSD设备可直接在SINAMICS 文件夹中被找到。
? 如果安装了 DriveES Basic / Simatic 或 SIMOTION SCOUT，则不必安装 GSD 文件。
(2)通过CPU319建立PROFINET IO网络

图 3.

在插入CPU319-3PN/DP时会弹出建立PROFINET IO网络的窗口，在此新建一个PROFINET IO网络并设置此PLC PN节点的IP地址及子网掩码。
(3)将CBE20拖曳至PROFINET总线上(若安装DriveES)

图 4.

(4)选择报文结构

图 5.

(5)双击SINAMICS S120 CBE20，打开其属性窗口
分配其设备名称及IP地址，勾选“Assign IP address via IO controler”。

图 6

(6)建立PROFIBUS DP网络

图 7.

3、初始化通讯节点
在硬件组态画面中，点击 "PLC =>Ethernet => Edit Ethernet nodes"，在打开的画面中配置SINAMICS S120 CBE20和CPU319的设备名称及IP地址。

图 8.

四、使用Starter / SCOUT调试
如图9所示：在SteP7项目中生成了两个驱动项目“SINAMICS_S120_CU320”和”SINAMICSxS120xCBE20v1”,分别是驱动在PROFIBUS DP和PROFINET IO网络上生成的。本例中PC与CBE20之间通过网线连接，用如图9的方式既可直接打开Starter 或SCOUT 及驱动项目。

图 9.

可通过使用"configuration"对驱动装置进行手动配置。配置结束后编译保存。
本例中：在Scout中选择同样的报文结构，并与SteP7 HW Config中定义的报文结构保持一致，并单击“Transfer to Hw Config”按钮

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图 10.

注意：S120支持两个周期性通讯接口IF1和IF2，分别通过CU参数P8839.0和P8839.1来定义IF1和IF2的通讯方式，在默认情况下P8839.0= P8839.1=99，就激活了这两个接口的自动模式，如下表所示：

在这种方式下无法实现PROFIBUS DP和PROFINET IO的并行通讯，因此为了实现其并行通讯，需要按如下方式设置：
? P8839[0]=1和P8839[1]=2：PROFIBUS DP 用于同步，PROFINET IO用于周期性通讯
? P8839[0]=2和P8839[1]=1：PROFINET IO用于同步，PROFIBUS DP用于周期性通讯（本例中的设置）

两个周期性通讯接口IF1和IF2的特性如上表所示：
注意：IF2不支持TM41,TM15,TM17,TM/TB,CU与CPU之间的通讯。

五、通过PROFIBUS DP或PROFINET IO总线来实现过程数据的传输
S7-300/400PLC通过PROFINET IO或PROFIBUS DP周期性通讯方式将控制字1(CTW1)和主设定值(NSETP_B)发送至驱动器。
(1) 控制字中Bit0做电机的起、停控制。
(2) 主设定值为速度设定值，参数P2000中的值为频率设定值和实际值的参考频率，** 对应4000H(十六进制)，发送的较高频率(较大值)为7FFFH(200%)。
(3) 当组态的报文结构 PZD=2或自由报文999时，在S7-300/400 中可用“MOVE” 指令进行数据传送；当组态的报文结构PZD 〉2，在S7-300/400 中需调用SFC14和SFC15系统功能块。
? SFC14(“DPRD_DAT”)用于读驱动装置的过程数据。
? SFC15(“DPWR_DAT”)用于将过程数据写入驱动装置。
例子(PROFINET IO)：SERVO_02 控制字、主设定值的发送及状态字、实际频率的读取程序见图11。

1 预充电回路概述
SINAMICS S120系列为电压源型变频器，直流回路采用电容做储能滤波元件。当使用二极管整流时，主回路上电的瞬间，直流母线之间相当于短路，为避免瞬间冲击电流对功率器件造成损坏，需要通过预充电回路对电容充电，逐步建立直流母线电压。
SINAMICS S120的整流模块称为进线模块Line Module，包括基本型进线模块BLM（Basic Line Module）、非调节型进线模块SLM（Smart Line Module）以及调节型进线模块ALM（Active Line Module），它们所采用的功率器件不尽相同，因此预充电回路以及主回路的接线方式也有所不同，下面逐一进行介绍。

2 装机装柜型BLM的预充电回路及接线方式
BLM为6脉动、不可控整流模块，采用晶闸管整流，如图1所示，通过改变晶闸管导通角（相角控制）对直流母线电容充电，因此不需要预充电电阻和旁路接触器。主回路上电后，变频器控制晶闸管导通角逐渐增大，直至完全导通，预充电过程完成进入正常运行阶段。

图1 装机装柜型BLM的主回路简图

装机装柜型BLM的典型接线方式如图2所示，其上电流程为：
（1）主开关合闸的同时，通过其辅助触点闭合使能BLM；
（2）通过开关量或者通讯报文控制P840参数启动BLM；
（3）经过P862中设置的延时时间后，BICO参数r863.1置位，可将此参数连接至 CU上的一个DO点，用来控制主回路接触器合分闸；或者，也可以直接采用X9端子排上的5、6号端子（内部逻辑控制点常开触点）来控制主回路接触器线圈；
（4）主接触器的辅助触点可接至CU的DI点，作为合闸的反馈信号；
（5）合闸后，装置通过相角控制完成直流回路预充电，这个过程持续约1至2秒钟。

图2 装机装柜型BLM的典型接线方式

3 装机装柜型SLM的预充电回路及接线方式
SLM为不可控的整流回馈单元，它的功率器件包括IGBT及反并联的二极管，通过预充电电阻和接触器对直流母线电容充电，如图3所示。由于在预充电的过程中，电阻以热能的方式消耗能量，因此不能频繁地合分闸（应间隔3分钟以上），以避免预充电电阻过热损坏。

图3 装机装柜型SLM的预充电回路

装机装柜型SLM的典型接线图如图4所示，其上电流程为：

（1）主开关合闸的同时，通过其辅助触点闭合使能SLM；
（2）通过开关量或者通讯报文控制P840参数启动SLM；
（3）内部逻辑控制装置中的预充电接触器合闸，预充电过程持续约1至2秒钟，X9端子排的7、8号端子为预充电接触器合闸的反馈信号，该信号可接至上位的控制器；
（4）预充电完成后，X9端子排的3、4号端子的常开触点将自动闭合，需通过这个信号控制旁路接触器的线圈合闸，随后预充电接触器分闸，电流从主回路流入。

注意：在连接X9端子排上L1、L2、L3至进线侧时，务必确保相序正确，否则在预充电时会产生相间短路，造成装置损坏。

图4 装机装柜型SLM的典型接线方式

4 装机装柜型ALM的预充电回路及接线方式
ALM为可控的整流回馈单元，它的功率器件包括IGBT及反并联的二极管，预充电回路与装机装柜型的SLM一样，如图5所示，同样不能频繁地合分闸（应间隔3分钟以上），以避免预充电电阻过热损坏。

图5 装机装柜型ALM的预充电回路

图5和图6为装机装柜型ALM以及与之匹配的接口模块AIM的典型接线图，图5中AIM的框架尺寸为FI和GI，预充电回路和旁路接触器都包含在其中，图6中AIM的框架尺寸为HI和JI，它的旁路接触器需要客户自己选配。其上电流程与装机装柜型的SLM一样，如*3节所述，这里不再赘述，下面介绍ALM与AIM之间的接线：

（1）主回路连接，注意相序相对应；
（2）ALM控制AIM中预充电接触器合分闸，连接ALM的X9端子排的5、6号端子<-->AIM的X609端子排的9、10号端子；
（3）ALM控制AIM中旁路接触器合分闸，连接ALM的X9端子排的3、4号端子<-->AIM的X609端子排的11、12号端子。

注意：对于框架尺寸为HI和JI的ALM与AIM，由于旁路接触器是外配的，在对旁路接触器和X9端子排上L1、L2、L3以及T1、T2、T3接线时，务必确保相序正确，否则在预充电时会产生相间短路，造成装置损坏。

图5 框架尺寸为FI和GI的ALM与AIM的接线图

图6 框架尺寸为HI和JI的ALM与AIM的接线图