西門子6FC5410-0AY00-0AA0

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SINUMERIK 810DE 燈 CCU1 模塊 帶系統軟件（出口） 僅能訂購 具有單獨許可的包

．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。

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：

西門子6FC5410-0AY00-0AA0

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

1                     SINAMICS G120的效率優化功能

什么是效率優化

效率優化是在矢量控制中負載較輕時，為提高電機效率，降低電機勵磁損耗而采取的弱磁控制。可以降低電機損耗，減少電機噪聲。

效率優化適用于變轉矩負載或輕載應用，與V/F控制中的ECO功能類似，目的均為降低電機磁通，提高電機效率

圖1 效率優化曲線

G120的效率優化功能

與效率優化有關的參數如下表所示：

表1 與效率優化有關的參數  

圖2 效率優化部分的功能圖

從功能圖可以看出：在弱磁段，經過P1580修改的磁通與弱磁控制器輸出的值是二者取小的關系。

當P1580=0時，效率優化功能禁用，如圖3。

圖3 效率優化未激活時的磁通變化

1段轉速為1000rpm/min；2段轉速為1800rpm/min，紫色曲線為磁通

從曲線可以看出，如果不使能效率優化功能，在恒轉矩段，磁通r84=100%

在恒功率段，磁通按照弱磁曲線降低，在1800rpm/min時，磁通為90%*P1570

當P1580≠0時，變頻器按照上圖實現不同的效率優化效果，如圖4。          

圖4 效率優化激活時（P1580=10%）的磁通變化  

1段轉速為1000rpm/min，2段轉速為1800rpm/min，紫色曲線為磁通

從曲線可以看出，如果使能效率優化功能之后，

在恒轉矩段，磁通經過按照圖2-1的曲線優化之后為95%*P1570。

在恒功率段，經過P1580優化后的磁通要高于弱磁控制器輸出的磁通，因此磁通為90%*P1570

效率優化功能總結

l  效率優化功能可以降低不*負載范圍內的電機損耗 ，減少電機發出的噪音

l  效率優化是一種主動弱磁的手段，以達到節能效果

l  只有在動態響應要求較低的應用中，例如：水泵和風機，才推薦使用該功能。

l  效率優化功能優化后的磁通量會與弱磁控制器輸出的磁通量比較，較小的值起作用

l  效率優化功能會對弱磁產生影響，推后進入恒功率段的點

S7200SMARTCPU模塊    
6ES7 288-1SR20-0AA0 CPU SR20 標準型CPU模塊，繼電器輸出，220VAC供電，12輸入/8輸出
6ES7 288-1SR40-0AA0 CPU SR40 標準型CPU模塊，繼電器輸出，220VAC供電，24輸入/16輸出
6ES7 288-1ST40-0AA0 CPU ST40 標準型CPU模塊，晶體管輸出，24VDC供電，24輸入/16輸出
6ES7 288-1SR60-0AA0 CPU SR60 標準型CPU模塊，繼電器輸出，220VAC供電，36輸入/24輸出
6ES7 288-1ST60-0AA0 CPU ST60 標準型CPU模塊，晶體管輸出，24VDC供電，36輸入/24輸出
6ES7 288-1CR40-0AA0 CPU CR40 經濟型CPU模塊，繼電器輸出，220VAC供電，24輸入/16輸出
S7200SMART數字量擴展模塊    
6ES7 288-2DE08-0AA0 EM DI08 數字量輸入模塊，8×24VDC輸入
6ES7 288-2DR08-0AA0 EM DR08 數字量輸出模塊，8×繼電器輸出
6ES7 288-2DT08-0AA0 EM DT08 數字量輸出模塊，8×24VDC輸出
6ES7 288-2DR16-0AA0 EM DR16 數字量輸入/輸出模塊，8×24VDC輸入/8×繼電器輸出
6ES7 288-2DT16-0AA0 EM DT16 數字量輸入/輸出模塊，8×24VDC輸入/8×24VDC輸出
6ES7 288-2DR32-0AA0 EM DR32 數字量輸入/輸出模塊，16×24VDC輸入/16×繼電器輸出
6ES7 288-2DT32-0AA0 EM DT32 數字量輸入/輸出模塊，16×24VDC輸入/16×24VDC輸出
S7200SMART模擬量擴展模塊    
6ES7 288-3AE04-0AA0 EM AI04 模擬量輸入模塊，4輸入
6ES7 288-3AQ02-0AA0 EM AQ02 模擬量輸出模塊，2輸出
6ES7 288-3AM06-0AA0 EM AM06 模擬量輸入/輸出模塊，4輸入/2輸出
6ES7 288-3AR02-0AA0 EM AR02 熱電阻輸入模塊，2通道
S7200SMART信號板    
6ES7 288-5CM01-0AA0 SB CM01 通信信號板，R485/R232
6ES7 288-5DT04-0AA0 SB DT04 數字量擴展信號板，2×24VDC輸入/2×24VDC輸出
6ES7 288-5AQ01-0AA0 SB AQ01 模擬量擴展信號板，1×12位模塊量輸出