西門子CPU224XPCN模塊

我公司主營以下產品
1、 SIMATIC S7 系列PLC：S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、ET-200
2、 邏輯控制模塊 LOGO！230RC、230RCO、230RCL、24RC、24RCL等
3、 SITOP直流電源 24V DC 1.3A、2.5A、3A、5A、10A、20A、40A可并聯.
4、HMI 觸摸屏TD200 TD400C K-TP OP177 TP177,MP277 MP377,
SIEMENS 交、直流傳動裝置
1、 交流變頻器 MICROMASTER系列：MM420、MM430、MM440、G110、G120. 
MIDASTER系列：MDV
2、全數字直流調速裝置 6RA23、6RA24、6RA28、6RA70、6SE70系列
SIEMENS 數控 伺服
SINUMERIK:801、802S 、802D、802D SL、810D、840D、611U、S120
系統及伺報電機，力矩電機，直線電機，伺服驅動等備件銷售。
 

1 ET200Pr*安全系統介紹
與ET200S系統類似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型輸入/輸出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型輸入/輸出的模板的使用與ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）電機啟動器（MotorStarter）
ET200Pro的電機啟動器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，電機啟動器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以達到SIL3(Cat.4)的安全等級（圖1）。

圖1 故障安全型電機啟動器（MotorStarter）系統配置(Cat.4)

具體配置列表請參照手冊：SIMATIC ET 200pro Motor starters

3）故障安全型變頻器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系統中的緊湊型的故障安全型變頻器。工作電壓為3 AC 400V 50/60Hz，連接3相交流電機，大1.1KW，溫度允許的情況下，可以連接1.5KW電機。
該變頻器可以通過PROFIBUS/PROFINET的接口模板進行連接調試，也可以使用光纖轉串口的電纜進行連接。
ET200Pro變頻器需要與前面提到的電機啟動模塊中的特殊模塊一起使用來對其關斷信號進行評估，因而系統中需要F-Switch 或F-RSM（圖2）。

圖2 故障安全變頻器與F-RSM的配置

其中主要的模板包括：
③接口模板
可以連接變頻器模板的接口模板包括：
1) IM154-4 PN HF Cu V6.0 (6ES7 154-4AB10-0AB0)
2) IM154-2 DP HF (6ES7 154-2AA00-0AB0)
④F-RSM或者F-SWITCH
⑤故障安全型變頻器（F-FC）
⑥終端模塊

2 ET200Pro F-FC的調試方法
ET200Pro F-FC的組態可以通過Step7軟件來實現。但變頻器模板的調試工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等軟件。如果系統中使用了F-Switch，則需要MotorStarter ES軟件來設置相關Switch的參數。

2．1 Step7的組態
（1）新建一個S7 300站，這里選擇CPU 317F-2 PN/DP做為F主機，IM154-4 PN HF Cu V6.0做為F設備。（圖3）

圖3 新建S7 300站

硬件組態中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe報文，因而只能添加標準報文F-FC 1.1/1.5KW Standard telegram1。(圖4)

圖4 添加硬件

分別雙擊兩個模板，打開屬性框，將診斷選項使能。

（2）雙擊CPU，設置CPU的參數。

選擇F 參數，為故障安全程序設置密碼（圖5），防止有未經授權的人修改F程序。

圖5 設置F程序的密碼

選擇“Protection”，設定CPU程序的訪問保護密碼，同時將“CPU contains safety program”激活（圖6）。

圖6 保護選項

保存編譯后，我們可以看到在Step7的Block下，出現了一些相關F系統的功能塊，但由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe的報文，因而這里實際上并沒有關于ET200Pro F-FC的F系統塊，這也是ET200Pro F-FC與ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之處，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通過F-RSM或F-Switch來實現的。
至于如何建立Step7的F程序，這里不再詳細介紹，請參考相關手冊。

2．2 F-FC的調試
ET200Pro F-FC的調試需要用到Drive的一些軟件。通過Step7界面，雙擊變頻器模板，則可以打開相應的調試軟件的界面。

（1） 雙擊打開調試界面，選擇“在線”。

圖7 選擇在線連接到F-FC

如果無法在線操作，則檢查“Option”菜單下的“Set PG/PC interface”的設置，選擇合適的接口用于連接F-FC。

（2） 選擇“上載”，將系統配置自動上傳到PG。

圖8 上傳參數

在“Functions”下選擇“Safety Integrated”進行安全功能的設置。注意這個選項只有在“在線”的模式下才可以操作。

圖9 選擇安全功能設置

（3） 打開設定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3種安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的內部，有兩條F功能總線“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”。可以通過“Enables”選擇這兩條安全總線回路中的安全功能。如圖10所示，由于F-RSM只提供一個安全回路開關(F0)，故這里只選擇了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系統中使用了F-Switch，則可以設置兩個安全功能回路。

圖10 選擇安全功能

（4） 分別設定安全功能的參數

STO：安全轉矩關斷。該功能激活后，變頻器內部的電源被切斷，電機進入自由停車狀態。（圖11）

圖11 STO的參數設置界面

這里的設置都是關于安全回路測試的：當系統恢復正常時，是否進行回路測試，用來保證系統正常運行，以及及時檢查系統錯誤。T=8小時的設置也是保證系統的自檢測的時間。
SS1:安全停車指令1。當SS1被激活時，系統按照設定的參數進行停車。否則進入故障狀態，并終進入STO。

西門子CPU224XPCN模塊
圖12 SS1的參數設置界面

Standstill:截止頻率。當停車過程中，頻率達到該設定值時，進入STO狀態。
Tr：停車時間設定；
Tv: 延時監控時間。超出該設定值，變頻器進入故障狀態，同時馬上進入STO狀態。

SLS：安全限速。安全限速有4種模式，分別對應4種安全限速的動作。這里需要定義安全限速的設定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和選擇模式。

圖13 SLS的參數設置界面

參數設定和修改都需要“Accept settings”才能生效。這里需要輸入密碼和進行驗證。

圖14 參數修改和生效

2．3 F-RSM的調試

ET200Pro F-FC的F功能需要通過F-RSM或者F-Switch來實現（見圖15），因而需要對F-RSM進行設置。

圖15 ET200Pro F-FC與F-RSM/F-Switch的配置原理圖

（1）F-RSM的連線

圖16 F-RSM組件

其內部原理圖為：

圖17 F-RSM的原理圖

F-RSM內部為一個3TK2841的安全繼電器，其中輸入端子為IN1/IN2，可以用于連接急停按鈕；IN3做為3TK2841的“monitered START”輸入端，當選擇“自動啟動”時，該端子可以不接。
輸出“OUT”做為3TK3841的功能輸出連接端子，內部busbar總線將“F0”輸出到F-FC,做為安全功能的激活信號。

與稱重變送器和稱重儀表不同，SIWAREX系列稱重模塊可以直接接收稱重傳感器輸出的mV信號，并與西門子控制系統（包括S7 200/300/1200/ET200M/ ET200S）無縫集成，具有擴展靈活、精度高、響應速度快等優點。SIWAREX系列稱重模塊其設計用于各種工業環境，具備很高的抗干擾能力，但是為了保證模塊運行可靠，在安裝接線等方面必須要規范操作。

圖1 SIWAREX集成化解決方案替代稱重變送器/儀表

EMC即電磁兼容性，描述了電氣設備在特定的電磁環境下，既不受到電磁環境的影響，也不會對周圍環境產生影響的能力。在系統安裝之前，一定要執行EMC設計規范，分析各種可能存在的干擾源。

電磁干擾可以通過以下幾種方式干擾到控制系統和稱重模塊的正常工作：
（1） 電磁場直接作用于控制系統；
（2） 通過現場總線引入干擾，如PROFIBUS DP；
（3） 通過過程信號電纜引入干擾；
（4） 通過電源或者保護地引入干擾；

根據傳輸介質（導電還是非導電）以及干擾源與設備之間的距離，干擾信號可以通過四種耦合方式進入到控制系統：
（1） 電導耦合
（2） 電容耦合
（3） 電感耦合
（4） 輻射耦合

安裝接線注意事項

原則1：接地面積要大
安裝自動化設備時，不可動的金屬部件要接地，接地面積要大，接地電阻要小，比如通過扁鋼、銅排、截面積比較大的電纜等。噴漆或者陽極化處理的金屬部件，通過螺絲接地時，需要通過專門的接地片或者去掉接觸面的防腐層。因為鋁很容易氧化，不適宜作為接地材料。

圖2 接地銅排及電纜

原則2：電纜敷設要分類
在敷設電纜時，將其按照主電源線、電源線、信號線、現場總線等進行分類，電源線與信號線一定要走不同的穿線管或者走線槽，信號線盡可能貼著支撐梁、金屬導軌、機柜背板等走線。

原則3：等電勢體
創建等電勢體，并將系統內的所有電氣設備都通過等電勢體連接到大地。對于防爆應用場合，必須建立等電勢體。

原則4：電纜屏蔽層要連接
稱重模塊與傳感器之間推薦使用西門子提供的電纜，如圖3所示。
電纜型號：Li2Y 1 x 2 x 0.75 ST + 2 x (2 x 0.34 ST) – CY
訂貨號： 非防爆 7MH4702-8AG 防爆 7MH4702-8AF
注意：如果使用第三方電纜，請使用兩兩雙絞屏蔽，外面還要有一層總屏蔽的雙屏蔽電纜：

圖3 稱重模塊與傳感器之間連接電纜

當傳感器與稱重模塊之間距離很遠時，在有等電勢體的前提下，建議屏蔽層在接線盒和模塊處均大面積接地，如下圖所示：

在模塊側電纜的屏蔽層壓直接壓在屏蔽安裝單元上，如下圖所示：

圖4 電纜屏蔽層的連接

原則5 各種屏蔽連接單元的使用
在稱重模塊側，稱重傳感器電纜的屏蔽層通過各種屏蔽連接元件與安裝背板或者導軌進行大面積連接。
對于S7 200中使用的SIWAREX MS模塊其屏蔽連接端子如下圖所示，訂貨號：6ES5728-8MA11，每包10個。

圖5 SIWAREX MS屏蔽連接端子

對于SIWAREX U、SIWAREX FTC和SIWAREX FTA模塊，屏蔽連接元件和屏蔽連接端子需要配合使用，其中：
屏蔽連接單元，訂貨號：6ES7390-5AA00-0AA0，可供兩個SIWAREX U 使用，（對于SIWAREX FTC和SIWAREX FTA模塊一個連接單元只能連接一個模塊。）
屏蔽連接端子，訂貨號：6ES7390-5CA00-0AA0，每包兩個，適合線徑為4 到13mm 的傳感器電纜。

圖6 SIWAREX U/FTA/FTC屏蔽連接單元及端子

對于SIWAREX CS模塊
屏蔽連接元件，訂貨號：6ES7193-4GA00-0AA0，每包5個；
屏蔽連接端子，訂貨號：6ES7193-4GB00-0AA0，每包5 個；

圖7 SIWAREX CS屏蔽連接單元及端子

屏蔽連接端子和單元組裝后，如下圖所示：

圖8 SIWAREX CS屏蔽連接單元及端子裝配圖

原則6：接線盒的選擇
當一臺秤使用多個稱重傳感器時，傳感器電纜必須通過接線盒將電纜進行并聯。西門子提供的接線盒，有不銹鋼和鋁兩種材質，外殼噴漆處理，如下圖所示。盒子上面有4個進線空，下面有一個出線孔，即多允許四個傳感器并聯。
訂貨號： 不銹鋼材質 7MH4710-1EA 鋁材質 7MH4710-1BA

圖9 西門子稱重傳感器接線盒

接線盒的電纜密封格蘭頭內有4個金屬片，當電纜從該格蘭頭穿過時，電纜的屏蔽層通過四個金屬片壓緊，并與金屬格蘭頭大面積接觸，而金屬格蘭頭與接線盒殼體是導通的，這樣連到接線盒上的所有傳感器的屏蔽層通過金屬殼體導通，而且導通電阻非常小。

圖10 接線盒電纜密封格蘭頭

圖11 電纜屏蔽層通過電纜密封格蘭頭內金屬片壓緊圖

在有等電勢體的情況下，接線盒可以通過其接地端子進行接地。該接地端子與電纜密封格蘭及殼體都是連通的。

圖12 接線盒接地端子

注意：如果需用第三方接線盒，要求接線盒的殼體及其電纜密封格蘭都必須是金屬的。

EMC問題通常會引起稱重模塊的SF指示燈亮或者重量顯示錯誤，通常可以檢查下列幾點：

（1） 在稱重模塊側，電纜屏蔽層是否通過各種屏蔽連接元件接地；
（2） 在接線盒處，電纜屏蔽層是否通過接線盒的金屬密封格蘭與接線盒連接，而不是將屏蔽層連接到內部端子上；
（3） 稱重傳感器接地電纜，截面積大于16mm2，這樣可以一定程度上防止現場電焊等操作造成傳感器過電流損壞。如果從西門子采購，該電纜訂貨號為7MH3701-1 AA1

圖13 稱重傳感器接地電纜

（4） 電纜屏蔽層接地點是否等電勢，等電勢體的截面積是否足夠大。
（5） 稱重模塊與傳感器之間的連接電纜與電源或者電機（尤其變頻器控制的電機）的動力電纜距離是否太近了。
（6） 檢查控制柜中稱重模塊與變頻器或者它的的電纜太近了。
（7） 繼電器、開關或者電磁閥門是否有保護電路，或者保護電路是否工作正常。
（8） 24V供電電源也可能引起模塊故障。在這種情況下，24V電源可以并聯穩壓二極管，1N6285的效果就很好，擊穿電壓不高于34V。
（9） 在某些特殊場合還可能用到濾波器。經過測試EPCOS的SIFI-B或D型濾波器效果很好。如果故障來源于傳感器電纜，那么EXC、SENSE和SIG各需要一個濾波器。