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SINAMICS


SINAMICS S120 入门手册
2008/10 版

西门子(中国)有限公司 自动化与驱动集团 运动控制部


1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 3 3.1 3.2 3.3 4 4.1 4.2 4.3



SINAMICS S120 概述 .............................................1 SINAMICS S120 驱动系统的组成 .................................1 SINAMICS S120 的指示灯 .......................................4 SINAMICS S120 实验设备 .......................................8 SINAMICS S120 项目配置 ........................................10 离线配置 ....................................................11 在线配置.....................................................21 基本调试 .....................................................30 控制面板(Control Panel)控制电机 ...........................31 操作盒(Control Box)控制电机 ...............................34 电机动态特性的调试 ..........................................37 基本定位 .....................................................44 激活基本定位功能 ............................................44 点动(Jog)..................................................47 回零(Homing)...............................................49 设置参考点(Set Reference)..............................49 主动回零(Active Homing)................................51 被动回零(Passive Homing)...............................53

4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.4 4.5 4.6 5 5.1

限位(Limit)................................................55 程序步(Traversing Blocks)..................................55 手动数据输入(MDI)..........................................57 通讯 .........................................................60 S120 与 HMI 直接通讯 .........................................60 网络地址设置 ............................................60 项目配置 ................................................62 建立变量表 ..............................................64 网络地址设置 ............................................66 通讯报文设置 ............................................67 用 DP 总线对电机起、停及速度控制 .........................68 驱动器参数的读取及写入 ..................................70

5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4

通过 DP 总线实现 S7-300 与 S120 的通讯 .........................66

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1

SINAMICS S120 概述

SINAMICS S120 作为西门子 SINAMICS 驱动系列之一,可以提供高性能 的单轴和双轴驱动,模块化的设计可以满足应用中日益增长的对驱动系统轴数 量和性能的要求。

1.1

SINAMICS S120 驱动系统的组成
SINAMICS S120 驱动器包括:用于单轴的 AC/AC 变频器和用于公共直流

母线的 DC/AC 逆变器。 ? 单轴控制的 AC/AC 变频器:通常又称为 SINAMICS S120 单轴交流驱动

器,其结构形式为电源模块和电机模块集成在一起,特别适用于单轴的速度和 定位控制。 ? 公共直流母线的 DC/AC 逆变器:通常又称为 SINAMICS S120 多轴驱动

器,其结构形式为电源模块和电机模块分开,如图 1.1 所示,一个电源模块将 3 相交流电整流成 540V 或 600V 的直流电,将电机模块(一个或多个)都连接 到该直流母线上,特别适用于多轴控制,尤其是造纸、包装、纺织、印刷、钢 铁等行业。优点是各电机轴之间的能量共享,接线方便、简单。

图 1.1 SINAMICS S120 多轴驱动器

SINAMICS S120 是集 V/F 控制、矢量控制、伺服控制为一体的多轴驱动 系统,具有模块化的设计。各模块间(包括控制单元模块、整流/回馈模块、电
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机模块、传感器模块和电机编码器等)通过高速驱动接口 DRIVE-CLiQ 相互连 接。以 SINAMICS S120 多轴驱动器为例,其核心控制单元 CU320 在速度控制 模式下最多能控制 4 个矢量轴或 6 个伺服轴,可以完成简单的工艺任务。 SINAMICS S120 的多轴驱动系统的主要组成部分 ? ? ? ? 控制单元:整个驱动系统的控制部分; 电源模块 :将交流转变成直流,并能实现能量回馈; 电机模块(也称功率模块):单轴或双轴模块,作为电机的供电电源; 传感器模块:将编码器信号转换成 DRIVE-CLiQ 可识别的信号,若电机 含有 DRIVE-CLiQ 接口,则不需要此模块; ? ? 直流+24V 电源模块:用于系统的控制部分的供电; 端子模块和选件板:根据需要可连接或插入 I/O 板和通讯板。

图 1.2 SINAMICS S120 多轴驱动器的典型结构

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1.控制单元(CU320) 作为 SINAMICS S120 多轴驱动器的控制单元,CU320 负责控制和协调系 统中所有的模块,完成各轴的电流环、速度环甚至是位置环的控制,并且同一 块 CU320 控制的各轴之间能相互交换数据,即任意一根轴可以读取控制单元上 其它轴的数据,这一特征广泛被用作各轴之间的简单同步。CU320 的硬件结构 如图 1.3 所示。

图 1.3 CU320 的硬件结构图

根据所连接外围 I/O 模块的数量、轴控制模式、所需功能及 CF 卡的不同, 1 个 CU320 可控制的轴数量也不同。 ?

用作速度控制:最大控制轴数为 6 个伺服轴、4 个矢量轴和 8 个 V/F 轴。实际控制轴数与 CU320 的负荷(即所选功能)有关。伺服轴和矢量 轴不能用同一个 CU320 来控制,但伺服轴和矢量轴都可以与 V/F 轴混合 搭配;

?

用作位置控制:最大控制轴数为 4 个伺服轴或 2 个矢量轴。控制的轴数 不是绝对的,与 CU320 的负荷有关。

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2.电源模块(Line Module) SINAMICS S120 多轴驱动器的电源模块分为三种,分别是:基本型、智 能型和主动型。 ? 基本型(BLM):整流单元,但无回馈功能。依靠连接制动单元和制动 电阻实现快速制动; ? ? 智能型(SLM):整流回馈单元,直流母线电压不可调; 主动型(ALM):整流回馈单元,且直流母线电压可调。

3.电机模块(Motor Module) 电机模块即逆变单元,分为书本型和装机装柜型。其中,书本型又分为单 轴电机模块和双轴电机模块。

1.2

SINAMICS S120 的指示灯
S120 的各个 模块都带有 LED 指示灯,以实时反映出设备的运行状态,下

面分别介绍一下控制单元(CU320)、整流模块(ALM 与 SLM)、电机模块 的指示灯含义。

1. 控制单元(CU320)的 LED 指示灯含义 LED 灯 RDY (READY) 颜色 状态 关闭 原因 没有上电 准备好运行, 模块操作就绪 并有发生循环 的 DriveCLiQ 通信 CF 卡正在写 装置至少存在 一个故障 解决办法 -

绿色

连续的

-

闪烁(2Hz) 连续的 红色 闪烁(0.5Hz)

清除故障

启动故障(例 检查 CF 卡是 如,固件不能 否正确插入; 上装给 或替换控制单 RAM) 元,再上电

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绿色 / 红色

闪烁(0.5Hz)

控制单元 CU320 就 绪,但没有软 件授权 Drive-CLiQ 通讯建立

获得授权

连续的 橙色 闪烁(0.5Hz)

-

检查 CF 卡是 否正确插入; 固件不能上装 给 RAM 或替换控制单 元,再上电 没有发生周期 性通讯 正在进行周期 性通讯 没有完整的周 期性通讯: -

-

关闭 连续的

DP1 (PROFIBUS cyclic operation) 绿色 闪烁(0.5Hz)

? 主站没有传 送设定值 ? 同步操作中 没有传送全 局控制或主 站生命周期 周期性通讯受 到干扰 没有上电;模 块没有就绪或 选件板没安装 选件板就绪 取决于使用的 选件板 模块至少有一 个故障;或上 电后选件板没 有就绪 保留 保留

-

红色

连续的

清除故障

-

关闭 连续的

-

OPT (OPTION)

绿色

闪烁(0.5Hz)

红色

连续的

清除故障

MOD

绿色

关闭 连续的
表 1.1 CU320 的 LED 指示灯
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-

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2. 整流模块(ALM)的 LED 指示灯含义 LED 灯 颜色 状态 关闭 原因 装置供电电压不 在允许的范围内 装置操作就绪, 并有周期性的 Drive-CLiq 通信 正在建立 DriveCLiQ 通信 组件存在至少一 个故障 正在下载固件; 通过 LED 的组件 识别被激活 装置供电电压不 在允许的范围内 直流母线电压在 允许的范围内 (只在运行就绪 情况下) 直流母线电压不 在允许的范围内 (只在 ALM 运行 就绪的情况下) 解决办法 -

绿色

连续的

-

READY

橙色 红色

连续的 连续的

-

绿色/红色

闪烁(2Hz)

-

-

关闭

-

橙色 DC LINK

连续的

-

红色

连续的

-

表 1.2 ALM 的 LED 指示灯

3. 整流模块(SLM)的 LED 指示灯含义 LED 灯 颜色 READY 绿色 红色 状态 关闭 连续的 连续的 原因 装置没有供电 电压,或不在 允许的范围内 装置操作就绪 发生过温,过 流切断主开关 解决办法 诊断故障,并 承认清除故障

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-

关闭

装置没有供电 电压,或不在 允许的范围内 直流母线电压 在允许的范围 内 直流母线电压 不在允许的范 围内;供电出 现故障

-

DC LINK

黄色

连续的

-

红色

连续的

检查供电电压

注:此表适用于 5kW 和 10kW 的 SLM
表 1.3 SLM 的 LED 指示灯

4. 电机模块(Motor Module)的 LED 指示灯含义 LED 灯 颜色 状态 关闭 原因 装置没有供电电 压不在允许的范 围内 装置操作就绪并 建立了周期性的 Drive-CLiQ 通信 正在建立 DriveCLiQ 通信 组件存在至少一 个故障 正在下载固件; 通过 LED 的组件 识别被激活 装置供电电压不 在允许的范围内 直流母线电压在 允许的范围内 (操作就绪时) 直流母线电压不 在允许的范围内 (操作就绪时) 解决办法 -

绿色 READY

连续的

-

橙色 红色

连续的 连续的

-

绿色/红色

闪烁(2Hz)

-

-

关闭

-

DC LINK

黄色

连续的

-

红色

连续的

-

表 1.4 Motor Module 的 LED 指示灯
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1.3

SINAMICS S120 实验设备
如图 1.4 和图 1.5 所示,分别为 S120 实验设备的接线示意图和实物图,

本调试手册所涉及到的 S120 实验配置、基本调试和基本定位都以此设备为 例,该装置包括以下几个部分: ? 230V 电源进线电压 ? 带有 TB30 端子板的 CU320 控制单元(插有 CF 卡) ? SLM 智能型电源模块(5kW),无再生反馈功能 ? Double Motor Module 双轴电机模块(3A) ? 1 个同步电机(1FK7022-5AK71-1DG3,如图中的M1),带有DriveCLiQ接口和增量编码器(sin/cos 1 VPP 2048 脉冲/旋转) ? 1 个同步电机(1FK7022-5AK71-1LG0,如图中的 M2),带有 DriveCLiQ 接口和绝对值编码器(2048 脉冲/旋转 EnDat 512 脉冲/旋转) ? SMC20 编码器模块 ? Control Box 操作盒

图 1.4 S120 实验设备的接线示意图

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图 1.5 S120 实验设备的实物图

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2

SINAMICS S120 项目配置

Sinamics S120 的调试是通过创建配置一个项目的形式来进行的,共有两 种创建项目的方式:离线配置和在线配置。Sinamics S120 的调试是通过集成 的 DP 接口(装有 CU320 或 CU310 DP 的设备)或 PROFINET 接口(装有 CU310 PN 的设备)来完成的。 离线配置是所有的项目数据都在离线的方式下输入的,即在离线的状态下 创建一个新项目,选择相应的驱动单元,根据图形化的提示一步一步地手动输 入或选择各模块和电机的数据,当数据全部输完后,存储项目并下装到驱动装 置中,即完成项目的创建。离线配置适用于不带有 DRIVE-CLiQ 接口的西门子 标准电机或第三方电机。 在线配置是将编程器和驱动单元在线连接,控制系统通过 DRIVE-CLiQ 将 相连接的各模块和电机的数据读入装置,再通过 DP (或 PROFINET)接口传 到编程器中,即在在线方式下将各模块的参数从装置上载到编程器中,无需手 动输入。在线配置适用于带有 DRIVE-CLiQ 接口的西门子电机。

在配置 Sinamics S120 项目之前(以下均以控制单元为 CU320 的设备为 例),必须做以下的准备工作: ? 准备好装有 SCOUT 软件及 DP 通讯卡(CP5511/CP5512/CP5613 等) 的 PC 机,检查 CU320 是否带有正确的 CF 卡; ? ? 连接好 Sinamics S120 系统的各个硬件,检查所有的连接线和地线; 设置 Sinamics S120 DP 地址(打开 CU320 前端正下方的绿色小盖将会 发现地址开关): 1. 当 DP 地址开关全部置于 ON 或 OFF 时,其地址由参数 P0918 来设置; 2. DP地址开关设置地址时,按照二进制方式来设置;向上为ON, 向下为OFF,排序为从左至右 0、1、2、3…,其对应地址数值为 20、21、22、23…。例如:开关 0 和 2 置ON,则DP地址为 20+ 22=1+4=5;若开关 0、1、2 都置ON,则DP地址为 20+21+ 22=1+2+4=7。
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2.1

离线项目配置

第 1 步:新项目的创建
离线创建项目

打开 Scout(集成 Starter)

打开独立版本的 Starter

显示 STARTER Project Wizard 或 Project >> New with Wizard

创建新项目 Project >> New :Test

选择 Arrange drive units offline... Create new project 创建:Test

第 2 步:DP 通讯口的设定

设定 DP 通讯(Option>> Set PG/PC interface)

Continue>>设定 DP 通讯口 (Set PG/PC interface) 按 Change and test……按钮

编程器 DP 接口的设 置 :在“Interface Parameter Assignment Used” 区,选择 PROFIBUS 通讯,如 CP5512(PROFIBUS)。

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DP 属性的设置: 按 Properties…显示右面 画面 。各参数的设置参照 图中的设置,波特率默认 为 1.5Mbps,也可设成 12Mbps。

DP 网络诊断: 按 Diagnostics…显示右面画 面。Test 按钮是测试编程器 上的 DP 卡的是否正常工 作,单击 Test 若显示 ok, 说明 DP 卡正常;否则,请 检查 DP 卡及其连线。Read 按钮能够读出所有站的站 号,被读出的子站号底色为 白色,如在图中数字 3 下方 对应的白色 。 注意:DP 网上所有工作的 站号,都必须能读出,否 则,编程器无法访问到。若 不能读出,请检查接线,或 改变波特率( 通常为 1.5Mbps 或 12Mbps) 。

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第 3 步:驱动单元(电源模块、电机模块、编码器、电机等)的配置 ? 第 3.1 步:驱动单元基本信息

插入一个新的驱动器 (Insert single drive unit)

Continue >> 插入驱动器 ( Insert drives )

设定驱动单元的数据: ? 设备类型(Device type):SINAMICS S120 CU320 SINAMICS S120 CU310 DP SINAMICS S120 CU310 PN 设备版本(Device version):2.1x 、2.2x 、2.3x 、2.4x 、2.5x (其中,SINAMICS 310 DP/PN 只有 2.4x 和 2.5x 两个版本) 总线地址(Bus addr):选择 0 到 126 之间的数字,此处的站号必须与 SINAMICS S120 实际设置的站号保持一致。

?

?

?

第 3. 2 步:选件板( TB30、CBC10 ) 的配置

双击 Configure drive unit ,显示下面的画面,选择有无选件板。

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?

第 3. 3 步:电源模块( SLM、ALM ) 的配置

Continue > 插入电源模块: 若用 SLM(Smart Line Module),则选择 No,即没有 Drive-CLIQ 连接; 若用 ALM(Active Line Module),则选择 Yes,即有 Drive-CLIQ 连接。

Yes (ALM 模块) 配置 ALM 电源模块: ? 名称(Name):Infeed_1 ? 类型(Operating type):Active Line Module ? 电源电压(Supply voltage range):AC380~480V ? 冷却方式(Cooling methed):自然冷却(Internal air cooling)或其它冷却 ? 选择电源模块订货号:6SL7x30-7TExx-Xaax ? 选择是否安装电源滤波器(Line filter available) 电源模块辅助参数: ? 选择“Supply/DC link identification at first switch-on” ? 连接的电网电压(Device connection voltage): 400V ? 电网频率(Rated supply frequency):50Hz DP 通讯报文(Profibus PZD message): ? Telegram 370 for the infeedFree telegram configuration with BICO

No BLM 模 块
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?

第 3. 4 步:驱动装置控制模式的配置

Continue >> 插入驱动器(电机模块、电机、编码器等):选择 Yes

Continue >> :配置驱动属性。 ? 名称(Name):Drive_1 ? 控制模式(Operating type):矢量模式(Vector)或伺服模式(Servo)

?

注意: 1. 一个 CU320 最多能控制 6 个伺服轴或 4 个矢量轴。 2. 矢量控制和伺服控制不能混配,但可以将伺服轴和 V/F 控制 的矢量轴混在一起配。 矢量模式 伺服模式 Continue > 选择控制方式,如:带编 码器反馈的速度控制

Continue > 选择控制方式,如:带编 码器反馈的速度控制

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?

第 3. 5 步:电机模块(功率模块)的配置

Continue > > 配置电机模块。 ? ? ? 名称(Name): Power_unit 母线电压(Connection voltage): DC510-720V 冷却方式(Cooling method): 三 种冷却方法(自然冷却 Internal air cooling) 。 类型(Type): 单轴模块或双轴 模块。如右图选双轴模块。 当电机模块的类型选定后,列 表中将列出此类型所有模块的 订货号。

? ?

电源模块 SLM

电源模块 ALM

Continue > > 电源模块的准备信号 要正常工作必须保证 P0864=“1”: 置常“1”,或用参数连接到端子上。

Continue > > 电源模块的准备信号 要正常工作必须保证 P0864=“1”: 通常设“r863 Bit 0”。

单电机模块

双电机模块

Continue > > 选择电机电源线的连接: X1 或 X2

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?

第 3. 6 步:电机和编码器的配置

矢量模式

伺服模式

Continue >> 选择 IEC motor

Continue >> 电机配置:根据 实际连接的电机选择下面相应 的选项。 名称:Motor 1. 电机是否带有 DRIVECLIQ 接口。 2. 从列表中选出标准电机 (1PH/1FK/1FT 等)。 3. 输入电机数据。如 1LA/1FU 或第三方电 机。 注意: 矢量模式,只有 1PH 电机;伺服模式,没有 1LA/1FU 电机。

针对上面三种选择方式,进行举例配置: 1.带有 DRIVE-CLIQ 接口电机:较为简单,直接读入电机数据; 2.从列表中选出标准电机:以伺服控制模式下的 1FK7 为例; 3.输入电机数据矢量控制模式:以 1PH7 和 1LA7 为例。

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伺服模式: 1FK7022-5AK71-1DA0

矢量模式: 1PH7101-2HF02-0BD0

矢量模式: 1LA7113-4AA11

Continue >> 输入电机数据 Continue >> 无抱闸 Continue >> 无抱闸

Continue >> 根据输入的数 据,统计算并优化相关数据

Continue >> 电机编码器,选 Encoder1, 无外接编码器,型号 Sin/cos 增量编码器 2048S/R; 如有外接编码器,选 Encode2 或 Encoder3,点击 Encoder data 输入编码器数据。

Continue >> 电机编码器,选 Encoder1, 其型号为 Sin/cos 增量编码器 2048S/R; 如不是列表中的编码器,则选 中“Enter data”,点击 Encoder data 输入编码器数 据。

Continue >> 无抱闸

Continue >> 电机编码器,选 Encoder1, 其型号为 1024HTL; 如不是列表中的编码器,则选 中 Enter data,点击 Encoder data 输入编码器数据。

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伺服模式

矢量模式

Continue >> 1. 选择应用场合:是标准应用,还是风机、水泵。 2. 优化的选择,对于矢量模式,通常对电机做优化。

Continue >> DP 通讯报文的配置。 如没有连接 DP 通讯, 可以忽略此步。

伺服模式

矢量模式 Continue > > 输入电机相关的重要参数:最大电流、 最小速度、最大速度、加速和减速时间、快停时间。

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?

第 3. 7 步:概要

Continue > > 概要:显示所配置的全部数据信息,以供检查, 也可用“Copy text to clipboard” 按键,将信息存于一文件中。“Finish”按钮将完成所有的配置, 退出项目的配置向导。

第 4 步:项目的下载与存储 ? 第 4.1 步:在线连接,执行“Load project to target device”将项目下载 到 Sinamics S120 的存储器 RAM 中;

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?

第 4.2 步:由于掉电后 RAM 中的数据绘丢失,所以执行完“Load to target”后,执行“Copy RAM to ROM”将数据参数保存在 Sinamics S120 的 CF 卡上;

?

第 4.3 步:执行“Load to PG”,将 Sinamics S120 中的项目上载到编 程器 PG 中的 RAM 中;

?

第 4.4 步:执行“Save”,保存项目到 PG 中。

注意:驱动器的在线连接前需特别需注意以下几点: 1. 用 Set PG/PC interface 功能,读出驱动器的子站号,注意波特率的 设置; 2. 用 Project >> Accessible nodes 读出子站号和 Sinamics S120 的版 本号; 3. 在上一步中读出的地址站号版本号必须与第 3.1 步的驱动单元基本 信息中设置的完全一致。

2.2

在线项目配置
本节以 Scout V4.1.1.0(内部集成 Starter)为例,对于独立版的 Starter,

在线配置步骤大体相同。

第 1 步:新项目的创建
在线创建项目

打开 Scout 软件(V4.1.1.0 版本)

创建新项目(Project >> New):Test_online

第 2 步:DP 通讯口的设定 与 2.1 节“离线项目配置”中的第 2 步一致,见 2.1 节第 2 步。

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第 3 步:插入一个新的驱动器

插入一个新驱动器 (Insert single drive)

设定驱动单元的数据: ? 设备类型(Device type):SINAMICS S120 CU320 SINAMICS S120 CU310 DP SINAMICS S120 CU310 PN 设备版本(Device version):2.1x 、2.2x 、2.3x 、2.4x 、2.5x (其中,SINAMICS 310 DP/PN 只有 2.4x 和 2.5x 两个版本) 总线地址(Bus addr):选择 0 到 126 之间的数字,此处的站号必须与 SINAMICS S120 实际设置的站号保持一致。

?

?

第 4 步:在线 点击工具栏内的 “connect to target system”图标(在下图中用圆圈标 出),将 Sinamics S120 与编程器连接起来。

注意:控制单元 CU320 上的 CF 卡内可能含有原来的旧的项目配置,系 统在连接时会对新建项目和原有的旧项目的拓扑结构进行比较。如果二者存在 差别,那么连接后会出现提示对话框,将不同之处标出。具体的提示内容取决 于旧的项目,不一定与下面的对话框相同,但是相似。 以该提示信息为例,表格中第一列是“Online topology”,即 CF 卡中已 有旧项目的配置拓扑;第二列是“Project topology”,即用户新建项目的拓 扑。

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可以看到,新旧项目有三处不同:控制单元的名字不同;旧项目有两个伺 服轴 SERVO_02 和 SERVO_03,而新建项目中没有。表格下方有两个按钮, “Download”(下载)和“Load to PG”(上装)。由于我们要进行自动配 置,所以都不要选,直接点击最下面“Close”按钮即可。

第 5 步:恢复工厂设定 点击工具栏内的 “Restore factory settings”图标(在下图中用圆圈标 出),将 Sinamics S120 恢复工厂设定。

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此时弹出下面的对话框,选择“Save factory settings to ROM”并点击 “OK”按钮,系统开始进行工厂复位,复位结束后请选择“OK”确认。

第 6 步:自动配置驱动系统 在窗口左侧项目导航栏中,双击“SINAMICS_S120_CU320”(注意:该 名字是在插入一个新驱动器时系统默认的,用户可以修改)下的“Automatic configuration”,如下图所示:

此时弹出一个对话框。当该对话框的第一行“Status of the drive unit”显 示“First commissioning”时,如下图所示:

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点击“Start automatic configuration”按钮,系统会让用户选择轴的控制 类型——伺服或矢量控制。以伺服控制为例,选择“Servo”,然后点击 “Finish”按钮。

此时系统开始自动配置,将可以识别的组件(即带有 Drive_CLiQ 接口的 组件)上装到编程器中。
-25西门子(中国)有限公司 自动化与驱动集团 运动控制部

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注意:如果驱动系统含有不能自动识别的组件(即不带 Drive_cliQ 接口的 组件),比如通过 SMC 模块连接的编码器接口的电机等,系统会弹出提示对 话框。例如下面的提示对话框,提示用户有一个驱动轴需要在离线模式下手动 配置。

点击“OK”进行确认。系统会提示自动配置结束,点击“Close”按钮确 认。

注意:在有些情况下,如果硬件系统的固件(Firmware)版本低的时候, 第一次进行在线自动配置组件时,会先自动升级固件版本,升级时间比较长 (3、4 分钟)。

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第 7 步:离线,手动配置不带 Drive_CLiQ 接口的组件 点击工具栏内的 “disconnect from target system”离线图标(在下图中用 圆圈标出),将 Sinamics S120 与编程器断开连接。

根据第 6 步中的提示信息,在项目导航栏中找到要手动配置的组件,双击 “Configuration”,然后在右侧的窗口中点击黄色按钮“Configure DDS…” (Drive Data Set),如下图所示:

此时系统将弹出对该驱动器的手动配置对话框,具体步骤请参考“离线创 建项目”部分。

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第 8 步:项目的下载与存储 ? 第 8.1 步:在线连接,执行“Load project to target device”将项目下载 到 Sinamics S120 的存储器 RAM 中;

?

第 8.2 步:由于掉电后 RAM 中的数据绘丢失,所以执行完“Load to target”后,执行“Copy RAM to ROM”将数据参数保存在 Sinamics S120 的 CF 卡上;

?

第 8.3 步:执行“Load to PG”,将 Sinamics S120 中的项目上载到编 程器 PG 中的 RAM 中;

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?

第 8.4 步:执行“Save”或“Save and compile”,保存并编译项目到 PG 中。

至此,在线创建项目的工作已经完成。对于项目的存储问题,需要注意以 下两点: ? 在线情况下,用户所看到的内容(如配置拓扑和参数等)都储存在控制 单元 CU320 的动态内存 RAM 中,并没有储存在 CF 卡上或计算机的硬 盘里。如果一旦系统断电,这些内容都会立即丢失,等下次上电时,系 统会将 CF 卡中旧的数据读到 RAM 中,CF 卡上的数据是断电保持的。 所以用户需要将新的内容拷贝到 CF 卡中,执行此项操作的命令是 “Copy RAM to ROM”。 ? 如果还想把当前的内容存到计算机的硬盘中,就需要先执行“Load to PG”(或“Load all to PG”),将 RAM 区中的内容读到当前项目中。

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3

S120 的基本调试

通过完成第 2 章的离线配置(或在线配置)之后,就可以应用 SCOUT 软 件和外部扩展的装置对 S120 进行简单的调试,调试之前,先检查 S120 项目的 拓扑结构是否与实际的硬件装置一致,如图 3.1 所示,其中不同的端口号分别 代表不同组件的 Drive-CLiQ 接口。

图 3.1 项目的拓扑结构图

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3.1

控制面板(Control Panel)控制电机
在屏幕左侧的项目导航栏里选中 Control panel 控制面板,如下图所示:

图 3.2 控制面板 Control panel

控制面板的具体操作步骤为: 1. 在白色的下拉栏中可以选择要操作的轴,SERVO_02 或 SERVO_03; 2. 然后点击“Assume control priority”按钮,使控制面板取得对驱动轴的 控制优先权; 3. 确认监控时间,默认 1000 ms 即可,点击“Accept”按钮; 4. 然后将轴使能,选择“Enables”; 5. 设定 100%转速,如 200 rpm; 6. 点击“I”绿色按钮启动电机,左右拖拽“Scaling”滑块可以使电机在 0~200%转速之间运转;点击下拉栏右侧的“Diagnostic view show / hide”按钮,可以看到驱动轴的更多信息; 7. 操作其它轴需要先将当前轴停止,取消使能,并点击“Give up control priority”按钮,放弃控制权,再选择另外的轴,重复上述过程。

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图 3.3 控制面板 Control panel 的操作步骤

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3.2

操作盒(Control Box)控制电机
操作盒(Control Box)上的开关接到了 CU320 的数字输入/输出端子上,

用来控制电机的使能、启停与故障复位,而操作盒上的电位器旋钮则接到了选 件板 TB30 的模拟输入通道上,用来进行电机转速的设定,如图 3.4 所示,操 作盒示意图。

使用操作盒控制电机的准备工作: ? ? 断电情况下,在 CU320 的选件板插槽中插入 TB30,并将操作盒接好; 上电,通过自动配置(Automatic configuration)将选件板 TB30 添加到 项目中。

模拟量 I/O 显示

CU320:DI 0 ~3

CU320: DI 4 ~7 显示选择 CU320:DI/O 8~11 TB30 模拟输入 0 CU320:DI/O 12+13 TB30 模拟输入 1

TB30:DI 1+DO1

图 3.4 操作盒 Control

操作盒上的开关、端子与 CU320 及 TB30 的参数对应关系请见下表 3.1, 在此例的自动配置中驱动电机分别是“SERVO_02”和“SERVO_03”,用户 也可以对驱动器的名字进行更改。

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操作盒
名称 DI 0 DI 1 DI 2 DI 3 DI 4 DI 5 DI 6 DI 7 DI/DO 8 DI/DO 9 DI/DO 10 DI/DO 11 DI/DO 12 DI/DO 13 接线端子 3 4 5 6 12 13 14 15 8 9 10 11 17 18 名称 DI 0 DI 1 DI 2 DI 3 DI 4 DI 5 DI 6 DI 7 DI/DO 8 DI/DO 9 DI/DO 10 DI/DO 11 DI/DO 12 DI/DO 13

CU320
接口端子 X122 : 1 X122 : 2 X122 : 3 X122 : 4 X122 : 5 X132 : 1 X132 : 2 X132 : 3 X132 : 4 X132 : 5 X122 : 7 X122 : 8 X122 : 10 X122 : 11 X132 : 7 X132 : 8 r0722.8 r0722.9 r0722.10 r0722.11 r0722.12 r0722.13 P0738 P0739 P0740 P0741 P0742 P0743 r0722.4 r0722.5 r0722.6 r0722.7 r0722.0 r0722.1 r0722.2 r0722.3 参数

TB30
DI 14 DO 15 AI 0 AI 1 AO 0 AO 1 19 20 21 22 23 24 DI 1 DO 1 AI 0 AI 1 AO 0 AO 1 X481 : 2 X481 : 6 X482 : 1 X482 : 3 X482 : 5 X482 : 7 r4055.0 r4055.1 P4071.0 P4071.1 r4022.1 P4031

表 3.1 CU320、TB30 与操作盒的参数对应表

?

设置轴的启动、使能、复位及转速设定信号

以驱动轴(SERVO_02)为例,双击它的“Control logic”,按图中所示将 ON/OFF1、OFF2、OFF3 和 acknowledge faults 分别与 CU_S_003 的参数 r722

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的第 0、1、2、3 位对应,即控制单元 CU320 的数字输入端子 X122:1,、 X122:2、X122:3、 X122:4,也就是操作盒上的 0、1、2、3 号开关。

图 3.5 Control logic 界面中设置启动、使能等信号

然后,在驱动轴 SERVO_02 的“Open-loop/closed-loop control”中的 “Setpoint addtion”中,将 Speed setpoint 1 与 TB30_04 的 r4055[0]对应, 即 TB30 的模拟输入通道 X482:1(操作盒上的 AI 0 电位器),如下图所示:

图 3.6 模拟量输入通道设定
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此时,就可以用操作盒来控制驱动轴(SERVO_02)了。与此类似,通过 设置,还可以通过操作盒上的 4、5、6、7 号开关和 AI 1 电位器来控制另外一 个驱动轴(SERVO_03)。

3.3

电机动态特性的调试
在 SCOUT 软件中应用“Trace / function generator”或“measuring

function”功能来对电机的动态特性进行调试。 1. 使用 trace 功能进行调试 在工具栏中点击“Trace / function generator”按钮或通过项目栏的菜单 选择 Drives >> SERVO_02 >> commissioning >> Trace,如下图:

图 3.7 Trace 功能选择

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操作步骤: ? 设定需要观察的物理量曲线,如: 转速设定值 Speed setpoint r062 转速实际值 Speed actual value r063 实际电流值 Absolute current actual value r068 ? 设定记录时间系数 recording time factor 此处设为 5,表示采样周期为 5*0.125=0.625 ms,即每隔 0.625 ms 记录一个点。需要注意的是,系统可以记录的点数是有限的,当采样 周期缩短时,总的记录时间也会相应减少,即 Max duration 会缩短。 ? 设定触发方式 Type:Bit pattern(位触发) Param. No. :Cu_126.r722 Bit mask:1 Bit pattern:1(当 r722 的 bit0 为 1,即操作盒的 DI0 为 1 触发) Pretrigger:1.25 ms(预触发时间,还将记录触发前 1.25ms 曲线)

图 3.8 Trace 功能设置
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?

点击“start trace”按钮,系统开始等待触发信号,如下图:

图 3.9 Trace 功能(等待触发)

?

调节操作盒上的电位器 AI0,设定一定的转速,如 10%,将 1 号开关 (OFF2)和 2 号开关(OFF3)打到“On”,再将开关 0(OFF1)打 开,此时显示“Trace 1 running”,如下图:

图 3.10 Trace 功能(曲线记录运行中)

?

系统在完成记录后,会弹出转速/时间图,在图中点击鼠标右键,选择 Scaling 可以进行曲线缩放,如下图:

图 3.11 Trace 曲线

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?

在弹出的缩放对话框中,将实际转速曲线的坐标范围调成与转速设定 值曲线一样的范围内。

图 3.12 Trace 曲线坐标范围调整

?

此时便可以方便地比较实际转速与设定转速,如下图所示,还可以调 出横纵坐标标尺,便于精确比较。

图 3.13 坐标调整后的 Trace 曲线

?

上图中的实际转速超调量有些大,将近 50%:可以通过自动优化电机 参数,或通过手动改变速度调节器的比例增益系数和积分时间来改进 电机的动态特性,再通过 Trace 功能比较观察电机特性曲线,找到最 合适的动态特性。(注:自动优化电机参数详见下一节)

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2. 使用 function generator 函数发生器进行调试 在“Trace”选项卡下,将触发方式改为“Immediately recording”:

图 3.14 坐标调整后的 Trace 曲线

选择“Function generator”选项卡,按下图中的参数进行设置,然后取得 轴的控制权,并设定监控时间(默认的 1000 ms 即可):

图 3.15 Function generator 界面设置

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点击“Drive ON”按钮,再点击启动按钮,启动函数发生器:弹出对话 框,点击 Yes 确认后,电机开始反复正转反转。再点击“Start trace”按钮, 系统开始记录曲线波形。

图 3.16 启动函数发生器记录 Trace 曲线

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记录完成后,通过曲线的坐标缩放调整相关的曲线在同一坐标下,可以得 到图 3.17 中的曲线图,这样就可以观察出电机动态响应的优劣,并且通过比例 增益系数和积分时间的改变来调节电机的动态响应特性。

图 3.17 Trace 曲线坐标范围调整

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4

基本定位

S120 包括用于多轴系统的 DC/AC 装置和用于单轴系统的 AC/AC 装置, 这两种形式的 Firmware V2.4 及以上版本都具备基本定位功能。当前 V2.4 版本 的 S120 具有以下定位功能: ? ? ? ? 点动(Jog):用于手动方式移动轴,通过按钮使轴运行到目标点。 回零(Homing / Reference):用于定义轴的参考点或运行中回零; 限位(Limits):用于限制轴的速度、位置,包括硬限位与软限位; 程序步(Traversing Blocks):共有 64 个程序步,可自动连续执行一个 完整的程序,也可单步执行; ? 直接设定值输入/手动设定值输入(Direct Setpoint Input / MDI):目标 位置及运行速度可由上位机实时控制。 注意:使用 S120 基本定位功能的前提, 调试软件要为 Starter V4.0 或更 高版本 / SCOUT V4.0 或更高版本;硬件版本要为 SINAMICS FW V2.4 HF2 或更高版本;并且安装 SCOUT V4.0 需要 STEP 7 版本至少为 V5.3.3.1 以上。

4.1

激活基本定位功能
S120 的定位功能必须在变频器离线配置中激活,步骤如下:

1 离线 3 驱动配置

2 配置

4 激活基本定位

图 4.1 基本定位功能激活步骤

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配置结束后: 1. 在线,连接驱动器; 2. 读参数 r108.3.3=1、r108.4=1(activated)表示定位功能已被激活; 3. 从左边的项目导航栏中可以找到 Technology / Basic positioner 和 Position control。

1 在线

2 参数

3 定位功能选项

图 4.2 基本定位功能选项

定位功能激活后,可以使用软件上的控制面板(Control panel)或专家参 数表(Expert list)进行设置。 如图 4.3 所示,使用控制面板进行设置的操作步骤: 1. 选择基本定位功能 2. 取得控制权限 3. 使能斜坡函数发生器、速度给定等条件 4. 选择“点动” 5. 设置点动速度、加速度 6. ON/OFF1 使能

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7. 点动运行 8. 设定值/实时值监视

打开控制面板

1

2

6

7

5 3 4

8
图 4.3 使用控制面板设置定位功能

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4.2

点动(Jog)
S120 的基本定位功能的点动有两种方式:

?

速度方式(travel endless):点动按钮按下,轴以设定的速度运行直至 按钮释放。

?

位置方式(travel incremental):点动按钮按下并保持,轴以设定的速 度运行至目标位置后自动停止。

1 选择点动功能

2 设置点动命令源

3 点动方式选择 0:速度方式 1:位置方式

4 点动数据设定

图 4.4 点动功能设置

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点动 1 和点动 2 的速度设定值

点动 1 和点动 2 的位置设定值
图 4.5 点动数据设置

注意:在执行点动功能时,应先使能变频器 ON/OFF1(参数 P840)。在 项目导航栏的 SERVO_02 的 Control logic 中设置,将 ON/OFF1(P840)连接 到操作盒(Control box)的数字量 DI 0 端口上,即控制单元 CU320 的 r722.0 参数,如下图 4.6 所示。

图 4.6 Control logic 设置使能变频器参数

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如图 4.6 所示,在驱动器的控制逻辑选项(Control logic)中,参数 P840 (ON/OFF1)、P844(OFF2)、P848(OFF3)分别代表了驱动器 S120 不 同的三种停车方式: ? ? ? ON/OFF1:正常停车,切断主设定值和附加给定值,可频繁使用; OFF2:自有停车,封锁功率开关管的脉冲信号,即逆变器停车; OFF3:快速停车,以最大减速度切断主设定值和附加给定值,适用于紧 急情况下,不可频繁使用。

4.3

回零(Homing)
回参考点模式(回零模式)只有使用增量编码器(旋转编码器、正/余弦编

码器或脉冲编码器)时需要,因每次上电时增量编码器与轴的机械位置之间没 有任何确定的关系。因此轴都必须被移至预先定义好的零点位置,即执行回零 功能。当使用绝对值编码器(Absolute)时,每次上电不需要重新回零。 S120 的回零有三种方式: ? ? ? 直接设定参考点(Reference):对人以编码器均可 主动回零(Active Homing):主要指增量编码器 被动回零(Passive Homing):对任意编码器均可

4.3.1

设置参考点(Set Reference) 通过用户程序可设置任意位置为坐标原点。通常情况下,只有当系统即无

接近开关又无编码器的零脉冲时,或当需要轴被设置为一个不同的位置时,才 使用该方式。 操作步骤(已设定开关量输入点 DI 0 为 ON/OFF1 命令源 P840) 1. 进入“Homing”; 2. 连接一数字量输入点(DI 1)至参数 P2596 作为设置参考点信号位,该 位上升沿有效; 3. 在专家参数表(Expert list)设定参考点位置坐标值 P2599(如 20); 4. 闭合 DI 0 运行使能(在 Control logic 中设置,可以观察指示等颜色);

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5. 闭合 DI 1 激活“设置参考点”命令,于是该轴当前位置 r2521 立即被置 为 P2599 中设定的值,如 R2521=0。

2

1

3

4

5

图 4.7 设置参考点

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4.3.2

主动回零(Active Homing)

主动回零方式只适用于增量编码器,绝对值编码器只需要在初始化阶段进 行一次编码器校准,以后不必做回零。 主动回零有三种方式: ? ? ? 仅用编码器零标志位(Encoder zero mark)回零 仅用外部零标志(External zero mark)回零 使用接近开关 + 编码器零标志位(Homing output cam + Zero mark)回 零 1. 绝对值编码器的回零校准 如果使用绝对值编码器并且作主动回零时,会看到如下页面,只需在 “Home Position coordinate”设置零点坐标值,然后点击按钮“Perform absolute value calibration”作编码器校准即可。

图 4.8 绝对值编码器的回零校准

2. 增量编码器的主动回零 依照图 4.9 进行增量编码器的主动回零设置,相关参数设定如下: 1. 进入“ Homing”回零页面; 2. 定义开关量输入点 DI1 为开始寻参命令(参数 P2595=722.0); 3. 回零方式选择主动回零 P2597=0;

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4. 定义开关量输入点 DI2 为接近开关 P2612=722.1(粗脉冲); 5. 指定轴运行极限点,如果回零过程中极限点到达(P2613 / P2614=0) 则轴反转,若两点全为零则轴停止; 6. 指定回零方式:接近开关 + 编码器零脉冲; 7. 指定回零开始方向 P2604(0:正向;1:反向)。

2 3 4 5

1

6 7 Step 1
P2604 P2605

Step 3
P2611 P2608

Step 2

P2600

图 4.9 增量编码器的主动回零设置

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回零动作过程,如图 4.9 所示,变频器运行 ON/OFF1 闭合,DI1 闭合, 开始寻参过程: ? Step1:轴按照 P2604 定义的搜索方向,以最大加速度 P2572 加速至搜 索速度 P2605,到达接近开关后(DI2 闭合),以最大减速度 P2573 减 速停止,进入下一步(搜索编码器的零脉冲); ? Step2:轴反向加速至速度 P2608,离开接近开关后(DI2 断开)遇到的 第一个零脉冲后轴停止,进入下一步(回参考点); ? Step3:轴反向加速以速度 P2611 运行偏置距离 P2600 后停在参考点位 置处,完成主动回零过程。

4.3.3

被动回零(Passive Homing)

被动回零用于轴工作与任意定位状态时动态修改当前位置为零(例如,执 行点动、执行程序步或执行 MDI 时),执行被动回零后并不影响轴当前的运行 状态,轴并不是真正的走到零点而只是其当前位置被置为 0,重新开始计算位 置。Passive Homing 又称为 Homing on the fly。

P2511=0:上升沿激活 P2511=1:下降沿激活

图 4.10 被动回零设置

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执行被动回零的前提条件:P2597=1。 绝对值编码器被动回零的参数设定: ? ? ? ? ? 打开“Homing”(回零)页面; 定义开始寻参命令 P2595 源(如开关量输入点 DI2); 回零方式选择被动回零 P2597=1; 指定接近开关 Bero 为上升沿有效(如上图中 P2511); 定义开关量输入点 DI10(只能为快速 I/O)为接近开关 P488=722.10。

动作过程: ? 变频器运行(使能 ON/OFF1),选择任意一种命令(如点动、程序步、 MDI 等)轴,按照所选择的方式运行; ? ? 闭合 DI2,开始被动回零; 闭合快速开关 DI10(如图 4.11 所示,上边的曲线为该开关状态),可 见位置实际值立即恢复为 0,然后重新计值(如图下边的曲线所示), 在整个被动回零过程中轴的运行速度不受影响。

图 4.11 被动回零曲线

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4.4

限位(Limit)
S120 中包含两种限位功能:软限位、硬限位。以限制轴运行范围,还可

以对轴的运行速度、加速度进行限制。 如下图所示激活限位方式: ? ? ? ? 项目导航栏中选择限位功能块; 激活软限位 P2582=1,正/反向位置范围通过 P2578、P2579 设定; 激活硬限位 P2568=1,硬限位位置开关源 P2569、P2570; 最大速度:P2571;最大加速度:P2572;最大减速度:P2573。

只有当该轴已经回零 后限位功能才有效

图 4.12 限位设置

注意: ? 限位开关信号为“低”有效;到达硬限位后轴将以最大减速度 P2573 故 障停车,即使故障复位后也只允许反向运行。

4.5

程序步(Traversing Blocks)
通过使用 Traversing Blocks“程序步”模式可以自动执行一个完整的定位

程序,也可以实现单步控制;各程序步之间可以通过数字量输入信号切换,但 只有当前程序步执行完后下一程序步才有效。S120 中提供了最多 64 个程序步 供使用。
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激活 Traversing 方式

拒绝任务命令

程序步代号 程序步任务

图 4.13 程序步设置

程序步执行步骤: 1. 项目导航栏中选择 Traversing Blocks 模式,设定开关量输入点 DI4 用于 激活程序步功能; 2. 不拒绝任务 P2641=r722.2=1,没有停止命令 P2640=1; ? 运行过程中 P2640=0 发出拒绝停止命令,则轴将以减速度 P2620 减速停车; ? 若断开 DI3(r722.2=0)发出拒绝任务命令,则轴将以最大减速度 P2573 减速停车; 3. 按照工艺需要设定各个程序步参数,程序步代号决定程序的执行顺序, 代号为“-1”表示该步步执行(初始代号全部为-1);

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4. 通过 6 个数字量输入点的不同组合选择需要的程序步; 5. 变频器运行,闭合 DI4(r722.3=1)激活 Traversing 方式(P2631=1 有 效)轴按设定步骤运行。

4.6

手动数据输入(MDI)
Direct Setpoint Input / MDI(直接设定点输入方式/手动数据输入方式),

MDI 的缩写来自于 NC 技术“Manual Data Input”。使用 MDI 功能,可以很轻 松地通过外部控制系统来实现复杂的定位程序,通过上位机控制的连续变化的 位置、速度来满足我们的工艺需要。 MDI 有两种不同模式: ? 位置模式(position):P2653=0,位置模式是指轴按照设定的位置、速 度、加/减速运行。位置模式又可分为绝对位置(P2648=1)和相对位置 (P2648=0)两种方式。 ? 手动定位或速度模式(setting up):P2653=1,速度模式是指轴按照设 定的速度及加/减速运行,不考虑轴的实际位置。

3 5 2 6 7 1 8

4

图 4.14 手动数据输入(MDI)设置

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激活 MDI 方式及参数配置,如图 4.14 所示,步骤如下: 1. 项目导航栏中选择直接数据输入 / MDI 模式; 2. 如程序步中所述:不拒绝任务 P2641=1,没有停止命令 P2640=1; ? 运行过程中可通过断开联接与 P2640 的外部开关发出停止命令,则 轴将以减速度 P2620 减速停车; ? 若断开联接与 P2641 的外部开关发出拒绝任务命令,则轴将以最大 减速度 P2573 减速停车; 3. 设定开关量输入点 DI9 用于激活 MDI 功能(P2647 为“1”有效); 4. 相关数据设置位置、速度、加/减速度(P2642 至 P2645);

P2642=2690

P2643=2691

P2644=2692

P2645=2693

图 4.15 MDI 的速度、位置、加/减速度设置

5. 位置模式选择 P2653 ? ? 速度方式:P2653=1; 位置方式:P2653=0 ;

6. 定位方式选择 P2648 ? ? 绝对位置方式:P2654=0、P2648=1; 相对定位方式:P2654=**1*(16H)、P2648=0;

7. 方向设定源:正向(P2651)、反向(P2652); 8. 数据传输形式(P2649)及数据设定值确认命令源(P2650)。 S120 中 MDI 的数据传输可采用两种形式: ? 单步传输:P2649=0。单步传输是指 MDI 数据的传输依赖于参数 P2650 中选择的开关量信号,该命令为“沿”有效,每次执行完一 个机器步后,需要再次施加上升沿,新的速度、位置等才能有效。
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?

连续传输:P2649=1。与单步传输不同,一旦激活连续数据传输, MDI 数据(位置、速度、加/减速度)可连续修改且立即有效而无需 开关使能。这样就能通过上位机实时调整目标位置及轴的运行速 度、加/减速度而不会停机。(注:连续数据传输仅适用于绝对定位 方式)

调试参数: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 运行命令源:P840(ON/OFF1); 不拒绝数据传输:P2641=1; 无停止命令:P2640=1; MDI 位置模式:P2653=0 / 1; 选择传输模式:P2649=0 / 1; 数据设定值确认命令源:P2650(P2649=1 时无效); 激活 MDI 模式的命令源:P2647; 选择绝对定位方式:P2648=1; 设置目标参数:P2690、P2691、P2692、P2693; 依次闭合开关 DI1 和 DI2,变频器运行后,激活 MDI 模式,轴按设定值 运行。

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5

通讯

本章将分别介绍驱动器 SINAMICS S120 与其他装置的两种通讯方式: ? S120 与 HMI 直接通讯 ? 通过 DP 总线实现 S7-300 与 S120 的通讯

5.1

S120 与 HMI 直接通讯
HMI 可以与 SINAMICS S120 直接进行连接,用以修改目标位置、运行速

度、加/减速度等参数,也可以用于模拟开关量信号控制起停等操作,而无需 PLC 等控制器。 硬件准备:一台插有 CP5512 的计算机(装有 SIMATIC S7 V5.3.3.1 以上 版本、SCOUT V4.0 以上、WinCC flexible)和一台 SINAMICS S120 AC/AC 装置,本例中的 HMI 使用 WinCC flexible Runtime。 S120 与 HMI 的网络连接,如图 5.1 所示。

HMI

PG/PC

SINAMICS S120
图 5.1 S120 与 HMI 的网络连接

5.1.1

网络地址设置

设置驱动器 Sinamics S120 的 DP 地址有两种方法: ? 当 DP 地址开关全部置于 ON 或 OFF 时,其地址由参数 P0918 来设 置; ? DP地址开关设置地址时,按照二进制方式来设置;向上为ON,向下为 OFF,排序为从左至右 0、1、2、3…,其对应地址数值为 20、21、22、
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23…。例如:开关 0 和 2 置ON,则DP地址为 20+22=1+4=5;若开关 0、1、2 都置ON,则DP地址为 20+21+22=1+2+4=7。(注意:每次修 改后需断电,再上电才有效) PG/PC 的设置如下图所示:

1

2

3
1.选择使用 DP 通讯卡 2.设置 DP 参数 3.在线诊断

图 5.2 PG/PC 设置

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5.1.2

项目配置 在 Step 7 中插入 HMI Station 及驱动器,如图 5.3 所示,选择 HMI 中的

“connections”进行项目配置。

图 5.3 Step 7 中插入 HMI Station

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1

2

5

4

3

图 5.4 HMI 连接配置

配置时必须注意: 1. 2. 3. Communication driver 选为“SIMATIC S7 – 300/400”; Interface 选为“MPI/DP”; 选中“Only Master on the Bus”;

4. PLC device 的“Address”为驱动器 S120 的网络地址; 5. Network 中的“Profile”设为 DP。

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5.1.3

建立变量表 建立变量表,指针指向 S120 的参数如图 5.5 所示,DB/DBW 的设置规则

如图 5.6 所示。

图 5.5 建立变量表

?

HMI 与变频器直接连接时 Range 设为“DB”; 数据块 DB 号即为参数号: 如 DB 2587 即代表变频器的 参数 P2587; DBB、DBW、DBD 为 16 位 十进制数代表该参数的总索 引号。

?

?

15 ……

11 10

9 8 …….

3 2 1

装置号

装置号

位 0 ~ 9:参数索引号 位 10 ~ 15:装置号
图 5.6 DB/DBW 的设置规则

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装置号的定义: 在 S120 的中,驱动组(Drive Group)中的每个控制单元都称为“Object (控制对象)”,如下图中的驱动组“SINAMICS_S120_CU310_DP”下的: ? “Control_Unit”,如 CU310; ? “Infeeds”,如 BLM、SLM、ALM 等; ? “Input / output component”,如 TM31 等; ? “Drives”下的“SERVO_02”、“SERVO_03”等; 上述几种,都称为控制对象,它们在该驱动组中的代号就是“装置号”。 察看装置号在 SCOUT 项目导航栏中选择驱动器,双击 Configuration,如 图 5.7 所示:

装置号
图 5.7 S120 的装置号

设定举例(通过 HMI 修改参数 P2098.1):如上图所示,CU 的装置号为 1(000001)、Drive_1 的装置号为 2(000010) ? 对 CU 的 P2098.1 设置 DB = 2098 DBW = 210 + 1 = 1024 * 1 +1 =1025 ? 对 Drive_1 的 P2098.1 设置 DB = 2098 DBW = 211 + 1 = 1024 * 2 + 1 =2049 即,DBW = 1024 * 装置号 + 参数索引号。 建立变量表后即可定义 HMI 中的变量功能,编辑画面,变频器无需特殊的 参数设定。
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5.2

通过 DP 总线实现 S7-300 与 S120 的通讯
S7-300 与 SINAMICS S120 之间通过 DP 总线可进行周期性及非周期性数

据通讯。 ? 使用标准 S7 功能块 SFC14/SFC15,S7-300 通过 PROFIBUS 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; ? 使用标准 S7 功能块 SFC58 / SFC59,可以实现非周期性数据交换,读 取或写入驱动器的参数。

5.2.1

网络地址设置

如图 5.8 所示,S7-300 PLC 通过 DP 总线与 S120 相连。

图 5.8 S120 与 S7-300 的网络连接

1. 驱动装置的 PROFIBUS 通讯地址设置有两种方法: ? 在拨码开关全部拨到 OFF 或 ON 状态时可以利用参数 P918 设置地 址,否则 P918 参数中设置的地址是无效的。 ? 通过 CU 控制单元上的拨码开关实现地址设置,有效地址值为:1… 126,本例中地址设置如图 5.9 所示。(注意:每次修改后需断电, 再上电才有效。)

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图 5.9 S120 地址设置开关

2. 在 S7-300/400 的硬件组态中设定的驱动装置站地址应与驱动装置的站 地址一致,如下图所示。

图 5.10 硬件配置图

5.2.2

通讯报文设置

对于不同的驱动装置只有特定的报文结构能被选用,详细描述请参考: SINAMICS_S120_Commissioning_Manual。

如下表 5.1 为 S120 的常用报文,其中的报文格式 999 为用户自定义报 文,当用户选择此报文格式时,电机的起、停控制位等需自己做关联,此时必 须将 PLC 控制请求置 1(P854=1)。

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Drive object A_INF B_INF S_INF SERVO SERVO(EPOS) SERVO (extension, setpoint channel) VECTOR TM15 TM31 TM41 TB30 CU_S

Telegrams (P0922) 370, 999 370, 999 370, 999 2, 3, 4, 5, 6, 102, 103, 105, 106, 116, 999 7, 110, 999 1, 2, 3, 4, 5, 6, 102, 103, 105, 106, 116, 999 1, 2, 3, 4, 20, 352, 999 No telegram default defined No telegram default defined 3, 999 No telegram default defined 390, 391, 999
表 5.1 S120 常用报文

注意:在 S7-300 硬件配置时根据需要配置报文结构,配置结束后进行编 译保存;之后打开调试软件 Scout,核对报文结构是否一致,若不一致需在项 目中打开“configuration”,做调整后点击“Transfer to HW config”按钮。

5.2.3

用 DP 总线对电机起、停及速度控制 S7-300 PLC 通过 PROFIBUS 周期性通讯方式将控制字 1(CTW1)和主

设定值(NSETP_B)发送给驱动器。 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,频率设定值和实际值要经过标准化,使 4000H (十六进制)对应于 100%,发送的最高频率(最大值)为 7FFFH 对应 200%,可以在 P2000 中修改参考频率(缺省值为 50Hz)。 3. 当组态的报文结构 PZD=2 或自由报文 999 时,在 S7-300 中可用 “MOVE” 指令进行数据传送;当组态的报文结构 PZD〉2 时,在 S7300 中需调用 SFC14 和 SFC15 系统功能块。 ? SFC14(“DPRD_DAT”)用于读 Profibus 从站的过程数据; ? SFC15(“DPWR_DAT”)用于将过程数据写入 ProfiBus 从站。
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以“SERVO_02 ”控制字、主设定值的发送及状态字、实际频率的读取 程序为例: 1. 控制驱动器运行: 通过先发送控制字(STW1)047E,然后发送 047F 至启动驱动器,该数据控制字在 DB10.DBW8(如图 5.11 所示)中指 定,主设定值在 DB10.DBD10 中设定,运行信号为 M1.0。这些值均通 过变量表 VAT_2 设定及监控,控制程序如图 5.12 所示。
Drive_01 的状态字 和实际速度

Drive_01 的控制字 和设定速度

图 5.11 DB10 数据块中的状态字和控制字

读数据

写数据

图 5.12 OB1 中的控制程序

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2. 停止驱动器: 应发送控制字 047E 至驱动器。 3. 读取驱动器状态字及频率实际值: PLC 接收状态字 1(ZSW1)存放在 DB10.DBW0 中;接收传来的频率实际值存放在 DB10.DBD2 中。

5.2.4

驱动器参数的读取及写入

1. 扩展 PROFIBUS DP 功能(DPV1) 非周期性数据传送模式允许: ? 交换大量的用户数据(最多 240 bytes) ? 用 DPV1 的功能 Read 和 Write 可以实现非周期性数据交换。 2. 参数请求及参数应答的结构: 参数请求包括三部分:请求标题、参数地址及参数值。 字 请求标题 第 1 个参数地址 字节 请求参考 设备 ID 属性 参考号(PNU) 下标 …… 属性 参考号(PNU) 下标 格式 数值 …… 格式 数值
表 5.2 参数请求格式

字节 请求 ID 参考数量 元素数量

…… 第 n 个参数地址

…… 元素数量

第 1 个参数值 …… 第 n 个参数值

元素数量 …… 元素数量

字 应答标题 第 1 个参数值 …… 第 n 个参数值 字节 应答参考镜像 设备 ID 镜像 格式 数值或错误值 …… 格式 数值或错误值
表 5.3 参数应答格式

字节 应答 ID 参数数量 元素数量 …… 元素数量

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项目 请求参考 请求 ID

数据类型 无符号 8 位数 无符号 8 位数

数值 0x01…0XFF 0x01 0x02 0x01 0x02 0x081 0x082 0x01…0XFF 0x01…0X27 0x10 0x20 0x30 0x00 0x01…0x75 0x0001… 0XFFFF 0x0001… 0XFFFF 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 Other values 0x40 0x41 0x42 0x43 0x44 0x01…0Xea 0x0001… 0XFFFF

应答 ID

无符号 8 位数

轴 参数数量

无符号 8 位数 无符号 8 位数

属性 元素数量 参数号 下标

无符号 8 位数 无符号 8 位数 无符号 8 位数 无符号 8 位数

注释 每一次新的请求主站改变“请求 参考”,从站在其应答时镜像 “请求参考” 读请求 写请求 读请求(+) 写请求(+) 读请求(-) 写请求(-) 对于多个驱动单元设定相应设备 ID NO.1…39,对于请求多个参数 时的参数数量,=1 为请求一个 参数 数值型 描述型(不可用) 文本型(不可用) 特定功能 No.1…117,数组数量 No.1…65535 No.1…65535 8 位整型数 16 位整型数 32 位整型数 无符号 8 位数 无符号 16 位数 无符号 32 位数 浮点型 0 字节 字 双字 错误 0…234 读或写的参数值,应答错误值

格式

无符号 8 位数

数值数量 数值或错误 值

无符号 8 位数 无符号 8 位数

表 5.4 参数请求及应答描述

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错误值 0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x09 0x0B 0x0F 0x11 0x14 0x15 0x16 0x17 0x18 0x19 0x20

含义 无效的参数值 参数值不能被改变 超出上下限 无效的下标 没有数组 数据类型不正确 无效的设定操作 描述的元素不能被修改 没有描述的数据 没有操作权限 下一个数组不存在 变频器运行时不能执行请求任务 无效数值 应答长度太长 无效的参数地址 无效的数据格式 数据数量不一致 驱动装置不存在 文字类型的参数不能被改变

注释 获取不存在的参数 修改了一个不允许修改的参数 修改的数值超限 获取不存在的小标 用下标获取不存在下标参数

修改了不能被修改的元素 获取不存在的参数 获取下一个不存在的数组

当前应答长度超出最大传输长度

表 5.5 在 DPV1 参数应答中的错误值描述

3. S7-300 PLC 通过 PROFIBUS 非周期性通讯方式读取驱动器参数 PLC 读取驱动器参数时必须使用两个功能块 SFC58 / SFC59 ,如图 5.13 所示。 举例如下: ? 使用标志位 M10.0 及功能 SFC58 块将写请求(数据集 RECORD DB1)发送至驱动器 ,如图 5.14 所示。 将 M10.0 设定为数值 1 启动写 请求,当写请求完成后必须将该请求置 0 结束该请求。MW108 (RET_VAL)显示错误代码,用于表示功能处理时发生的错误。

?

使用标志位 M10.1 及功能 SFC59 块将读请求发送至驱动器,驱动器返 回参数值响应(响应块 DB2),如图 5.15 所示。 将 M10.1 设定为数值 1 启动读请求,当读请求完成后必须将该请求置 0 结束该请求。MW110 (RET_VAL) 显示包括错误代码, 用于表示功能处理时发生的错误。

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写“读取驱动器参数”请求 写请求完成后必 须将该请求置 0

读取驱动器参数 读请求完成后必 须将请求置 0
图 5.13 读取驱动器参数程序

图 5.14 写请求数据集 DB1

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图 5.15 驱动器返回参数值响应块 DB2

4. S7-300 PLC 通过 PROFIBUS 非周期性通讯方式写入驱动器参数 举例如下: PLC 写参数时只需使用 SFC58,在本项目的 Network 3 中发送写请求 DB1 到驱动器,如图 5.16 所示的写请求数据集 DB1; PLC 读“写参数”响应 时需使用 SFC59,在本项目中读取驱动器返回的参数值数据块为 DB2,如图 5.17 所示 。程序参见图 5.18。 ? 将 M10.0 设定为数值 1 启动写请求,当写请求完成后必须将该请求置 0,结束该请求。MW108 (RET_VAL)显示错误代码,用于表示功能处理 时发生的错误。 ? 将 M10.1 设定为数值 1 启动读请求,当读请求完成后必须将该请求置 0,结束该请求。MW110 (RET_VAL) 显示包括错误代码。 用于表示功 能处理时发生的错误。

图 5.16 写请求数据集 DB1

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图 5.17 驱动器返回参数值响应块 DB2

图 5.18 写入驱动器参数程

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