西門子6RA7090-6GV62-0

6RA7090-6GV62-0

SIMOREG DC Master 整流器 帶微處理器 用于 4 象限驅動 電路（B6）A（B6）C 輸入：575V 三相交流，912A 可操控：勵磁整流器 D600/1100 MREQ-GEGF6V62 輸出：600V DC，1100A 輸出端 US 等級：600V DC， 765A 現場輸入端 460V 輸出端 375V，30A

問：如何解決G120變頻器使用二進制方式多段速在速度切換時DI觸點的動作配合不同步造成的速度波動？

答：可使用格雷二進制碼方式的多段速解決此問題。

配備CU240B/E-2 和PM240的G120變頻器具備多段速給定功能，多段速的給定分為兩種：直接給定和二進制給定。
在直接給定方式時，變頻器的終速度給定值是由多四個DI對應的速度值之和來決定的，此種應用多用于總的段速較少的情況下，例如只有4個固定速度，較少出現段速切換的速度波動。但是在選擇二進制方式給定時，往往會在換檔間隙出現設定值的波動，為此我們可以采用格雷碼二進制方式來避免這種波動。

在使用二進制給定時，變頻器多支持15個速度，在從0速到15速的切換過程中，變頻器可能需要同時改變變頻器多個DI的狀態。
以圖2-1所示的應用為例，配置三個DI輸入作為多段速信號源，除0速外，一共有7個段速。升速操作時需要從0速檔依次增加到7速檔，降速操作時，從7速檔依次降低至0速檔。

圖2-1 多段速控制接線示例

使用二進制方式多段速的相關參數設置為：
P1070= 1024
P1001= 50
P1002= 100
P1003= 200
P1004= 300
P1005= 400
P1006= 500
P1007= 600
P1016= 2
P1020= 722.3
P1021= 722.4
P1022= 722.5
正常升降速操作時，例如：從3檔（多段速DI狀態011）切換到4檔（多段速DI狀態100），多段速DI的三個位全都發生了變化，如果按圖1的接線方式，需要S1，S2，S3三個開關的狀態同時改變狀態。由于手動操作不可能*同時改變三個開關的狀態，此時在換擋的間隙如果有配合不嚴密，就會造成給定速度的波動。
此時的多段速切換波形如圖2-2所示：

圖2-2 普通二進制方式下的速度切換波形圖示

我們看到，多段速切換間隙會有波動，例如在3檔變4檔時，由于DI3，DI從1變為0，但是由DI5從0變為1沒有與DI3，DI4保持*同步，所以出現了瞬間的000狀態，速度設定值發生了波動，影響到負載驅動。6檔變5檔時，4檔變3檔時，以及2檔變1檔時也都出現了類似的波動情況。

為避免二進制方式的固定速度切換時出現的波動，我們可以使用各類二進制碼方式對速度進行給定。格雷二進制碼的特點是從0000~1111的依次步進時，每次只變化一個位。如表3-1所示為四位5二進制碼與格雷二進制碼的對照。

表3-1 四位二進制碼與格雷二進制碼對照表

如果我們引入格雷二進制碼方式，從3檔切換到4檔，就是從010切換到110，此過程只需要切換DI5的狀態即可，由于只改變了S3的狀態，因此不存在需要跟其他開關配合的問題，保證了速度不會產生波動。

此例使用各類二進制碼方式的多段速相關參數設置為：

P1070= 1024
P1001= 50
P1003= 100
P1002= 200
P1006= 300
P1007= 400
P1005= 500
P1004= 600
P1016= 2
P1020= 722.3
P1021= 722.4
P1022= 722.5

使用格雷二進制碼的多段速切換狀態如圖3-1所示，看到段速的依次切換不再有突變。

圖3-1 格雷二進制碼方式多段速切換的波形圖

特別是在手動逐級切換速度的場合，使用各類二進制碼方式設計主令開關時序，可以提高設備速度平滑性。

．控制系統原理和接線圖

下圖是本例中所使用的原理和接線圖。

圖1:控制系統原理和接線圖

2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
這三種類型的CPU都可以使用USS通信協議通過通信模塊CM1241 RS485來實現S7-1200與G120變頻器的通信。

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

本例中使用的G120變頻器硬件為：
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 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)

3．軟件需求

1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．組態

我們通過下述的實際操作來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態S7-1214C 和G120變頻器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件組態

首先在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖1所示。

圖2： 新建S7 1200項目

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

西門子6RA7090-6GV62-0

圖3： S7 1200硬件配置

在CPU的屬性中，設置以太網的IP地址，建立PG與PLC的連接，如下圖所示。

圖4： S7 1200 IP地址的設置

4. 2 G120參數設置

變頻器的參數設置如下表所示。

表1 ：G120變頻器的參數設置

注意：表1中的17，18，19，20 這四項參數值的設置必須使PLC的參數值與變頻器的參數值相*。而19，20這兩個參數值必須設置成如表1中的值，否則有可能變頻器與S7-1200通信有如下問題：可能不能讀出從變頻器反饋回來的參數值。

5．USS通信原理與編程的實現

5. 1 S7 1200 PLC與G120 通過USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS庫進行USS通信，如下圖所示：

圖5： S7 1200 的USS庫

        USS_DRV 功能塊是S7-1200 USS通信的主體功能塊，接受變頻器的信息和控制變頻器的指令都是通過這個功能快來完成的。必須在主 OB中調用，不能在循環中斷OB中調用。
        USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設置通信的接口參數。可在主OB或中斷OB中調用。
        USS_RPM功能塊是通過USS通信讀取變頻器的參數。必須在主 OB中調用，不能在循環中斷OB中調用。
        USS_WPM功能塊是通過USS通信設置變頻器的參數。必須在主 OB中調用，不能在循環中斷OB中調用。

這些功能塊與變頻器之間的控制關系如下圖所示：

圖6： USS 通信功能塊與變頻器的控制關系

        USS_DRV功能塊通過USS_DRV_DB數據塊實現與USS_PORT功能塊的數據接收與傳送，而USS_PORT功能塊是S7-1200 PLC CM1241 RS485模塊與變頻器之間的通信接口。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與變頻器的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。

        每個S7-1200 CPU多可帶3個通信模塊，而每個CM1241 RS485通信模塊多支持16個變頻器。因此用戶在一個S7-1200 CPU中多可建立3個USS網絡，而每個USS網絡多支持16個變頻器，總共多支持48個USS變頻器。

5. 2 S7 1200 PLC進行USS通信的編程

1．USS通信接口參數功能塊的編程
USS通信接口參數功能塊的編程如下圖所示。

圖7： USS通信接口參數功能塊的編程

USS_PORT功能塊用來處理USS網絡上的通信，它是S71200 CPU與變頻器的通信借口。每個CM1241 RS485模塊有且必須有一個USS_PORT功能塊。

PORT：指的是通過哪個通信模塊進行USS通信。
BAUD：指的是和變頻器進行通行的速率。 變頻器的參數P2010種進行設置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時的USS數據塊。每個通信模塊多可以有16個USS數據塊，每個CPU多可以有48個USS數據塊，具體的通信情況要和現場實際情況相聯系。每個變頻器與S7-1200進行通信的數據塊是一的。
ERROR：輸出錯誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態。
S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本身的掃描周期不同步的，在完成一次與變頻器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多個掃描。
USS_PORT通信的時間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時間，不同的通信波特率對應的不同的USS_PORT通信間隔時間。下圖列出了不同的波特率對應的USS_PORT小通信間隔時間。

圖8：不同的波特率對應的USS_PORT小通信間隔時間

        USS_PORT在發生通信錯誤時，通常進行3次嘗試來完成通信事件，那么S7-1200與變頻器通信的時間就是USS_PORT發生通信超時的時間間隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT與變頻器通信的時間間隔應當大于小的調用時間間隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 協議庫默認的通信錯誤超時嘗試次數是2次。
        基于以上的USS_PORT通信時間的處理，我們建議在循環中斷OB塊中調用USS_PORT通信功能塊。在建立循環中斷OB塊時，我們可以設置循環中斷OB塊的掃描時間，以滿足通信的要求。循環中斷OB塊的掃描時間的設置如下圖所示：

圖9：循環中斷OB塊的掃描時間的設置

SCALANCE X200網管型交換機   
6GK5 204-2BB00-2AA3
6GK5 206-1BB10-2AA3
6GK5 208-0BA10-2AA3
6GK5 208-0HA00-2AA6
6GK5 216-0BA00-2AA3
6GK5 224-0BA00-2AA3
6GK5 204-0BA00-2BA3
6GK5 202-2BB00-2BA3
SCALANCE X300增強型可網管交換機
6GK5 308-2FL00-2AA3
6GK5 310-0FA00-2AA3
SCALANCE X400千兆模塊化交換機
6GK5 414-3FC00-2AA2
6GK5 408-2FD00-2AA2
6GK5 491-2AB00-8AA2
6GK5 491-2AC00-8AA2
6GK5 492-2AL00-8AA2
6GK5 492-2AM00-8AA2
6GK5 495-8BA00-8AA2
6GK5 496-4MA00-8AA2
軟件
6GK1 716-1CB64-3AA0
6GK1 716-1TB64-3AA0
6GK1 716-1PB62-3AA0
6GK1 716-0HB64-3AA0
6GK1 704-1CW64-3AA0
6GK1 704-1PW64-3AA0
6GK1 970-1BA10-0AA1
6GK1 970-5CA20-0AA1
6GK1 975-1AA00-3AA0
6GK1 500-0AA10
6GK1 500-0AB00
6GK1 500-0DA00
6GK1 901-0FB00-0AA0
6ES7901-4BD00-0XA0
6XV1831-2L
6XV1830-5GH10
6GK1 900-0HL00-0AA0
6SE7090-0XX84-0FF5
6SE7090-0XX84-0AB0
6SE7038-6GL84-1BG2
6SE7031-2HF84-1BG0
6SE7041-8EK85-1HA0
6SE7031-7HH84-1HJ0
6SE7090-0XX84-0FJ0
6SE7090-0XX84-1CE0
6ES7090-XX84-0AB0
6SE026-0HF60-Z
6ES7031-7HG84-1JA1
6SE7038-6GL84-1JB0
6SE7038-6GL84-1JB0
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