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1 概述

1.1 用戶需求
在PCS 7項(xiàng)目中使用DP總線來驅(qū)動(dòng)設(shè)備（S120、G120、G150變頻器等）時(shí)，需要相應(yīng)的選件包Drive ES for PCS7來進(jìn)行操作，這樣可以自己生成相關(guān)的圖標(biāo)和面板，易于操作和維護(hù)，可以得到變頻器的故障信息，具體參考 88632209

目前最新的版本是Drive ES for PCS7 V8.0，訂貨請(qǐng)參考：61909884

這種方式雖然使用方便，面板功能比較豐富，但是需要購買額外的軟件包，有時(shí)用戶只有一兩個(gè)設(shè)備，而且現(xiàn)場設(shè)備僅需要使用基本功能時(shí)，想通過標(biāo)準(zhǔn)馬達(dá)功能塊去控制變頻器，PCS 7 V8版本后，西門子提供了新的通道驅(qū)動(dòng)塊FbDrive驅(qū)動(dòng)塊，可以用來集成G120，S120等緊湊型驅(qū)動(dòng)設(shè)備到PCS 7系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的基本操作功能,解決了這一問題。

1.2 使用范圍及限制條件

• PCS 7軟件版本需要在v8.0及以上。
• "FbDrive”通道驅(qū)動(dòng)塊可以用來集成西門子緊湊型驅(qū)動(dòng)器（如Sinamics S120，G120， G150等），目前暫不兼容其它第三方的變頻器。
• 驅(qū)動(dòng)設(shè)備PROFIdrive 技術(shù)規(guī)范需滿足 PROFIBUS 和 PROFINET 版本 May 2006 的要求，支持的報(bào)文類型為Telegram type “1”和Telegram type “20”，Telegram type “1”帶有 2 個(gè) words (4 Byte) 輸入和2 words (4 Byte) 輸出數(shù)據(jù)。Telegram type “20”帶有 6 words (12 Byte) 輸入和 2 words (4 Byte)輸出數(shù)據(jù)。

1.3 DEMO的軟件及硬件測試環(huán)境

• 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)Windows 7 Ultimate 64位英文版
• PCS 7 V80 update1 英文版
• Starter V4.3.2
• CPU 417-4 （V4.1 ） + CP 443-1(V1.1)：
• G120 變頻器：型號(hào)為 CU240E-2 DP， 定貨號(hào)：6sl3244-0BB12-1PA1, 固件版本V4.4
• 西門子標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，參數(shù)如下：

2 FbDrive通道驅(qū)動(dòng)塊使用
下面以“FBDRIVE ”通道驅(qū)動(dòng)塊鏈接 G120 變頻器為例來介紹Channel塊的使用。

2.1 準(zhǔn)備合適的GSD文件
首先去西門子官方支持網(wǎng)站下載相應(yīng)的GSD文件， 鏈接如下：23450835

SINAMICS G120：PROFIBUS GSD 文件
下載時(shí)要注意檢查定貨號(hào)和版本是否匹配，在本例中的定貨號(hào)：6sl3244-0BB12-1PA1, 固件版本V4.4， 下載時(shí)選中對(duì)應(yīng)的GSD文件，如下圖所示：

圖2-1 GSD 的下載

2.2 在硬件組態(tài)中組態(tài)G120
將下載的GSD文件解壓縮到硬盤下一目錄，打開硬件組態(tài)，導(dǎo)入GSD到STEP7 硬件目錄， 如下圖所示：

圖2-2 導(dǎo)入G120 的GSD文件

按照實(shí)際的硬件組態(tài)好CPU并生成一條DP總線，從硬件目錄樹里面通過路徑“Additional Field Devices\ Drives\ SINAMICS\ SIMATICS G120..”，將G120拖到DP總線下，并設(shè)置正確的DP站址，接下來將報(bào)文類型 “Standard telegaram20”拖到G120的I/O 列表里，如下圖所示：

圖2-3 組態(tài) G120 變頻器

需要注意的是，變頻器下面配置的輸入和輸出的首地址要相同，如下圖所示：

圖2-4 插入標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文 20 的輸入輸出

接下來，鼠標(biāo)選中變頻器的輸入輸出行，右鍵選擇”編輯符號(hào)表”，給輸入和輸出賦上符號(hào)地址，通常以馬達(dá)的位號(hào)做為前綴，這樣可以避免混淆，如下圖所示:

圖2-5 給地址賦上符號(hào)名

2.3 設(shè)定G120變頻器的報(bào)文類型

控制器與變頻器通訊主要靠控制字和狀態(tài)來進(jìn)行控制 ，目前FB_DRIVE功能塊目前只支持兩種報(bào)文類型， 類型1 和類型20,簡要介紹如下：
類型1 通訊方式提供兩個(gè)控制字和兩個(gè)狀態(tài)字，類型20 提供兩個(gè)控制字和6個(gè)狀態(tài)字。
通常第一個(gè)控制字用于控制變頻器的始能和啟停， 第二個(gè)控制字用于速度的給定，第一個(gè)狀態(tài)字為變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，包括運(yùn)行狀態(tài)、有無報(bào)警等， 第二個(gè)狀態(tài)字為馬達(dá)的轉(zhuǎn)速給定，其它的可以在變頻器參數(shù)里靈活組態(tài)。
詳細(xì)請(qǐng)參考：61618946

表2-1 G120變頻器的第一個(gè)控制字

對(duì)應(yīng)上表，通常在正轉(zhuǎn)時(shí)，控制器發(fā)給變頻器的命令：停止時(shí)為16#047E, 正轉(zhuǎn)時(shí)給的命令是16#047F ， 如果發(fā)現(xiàn)控制字不是這些數(shù)值，需要對(duì)應(yīng)控制字列表進(jìn)行檢查。
狀態(tài)字是變頻器反饋給控制器的狀態(tài)，G120的第一個(gè)狀態(tài)字如下表，在變頻器不正常時(shí)，可以參考它進(jìn)行故障診斷，下圖是變頻器的第一個(gè)狀態(tài)字解釋：

表2-1 G120變頻器的第一個(gè)狀態(tài)字

設(shè)定變頻器的最高頻率和馬達(dá)對(duì)應(yīng)的參數(shù)， 這些參數(shù)可以從馬達(dá)的銘牌上得到，然后用 Starter 軟件對(duì)G120進(jìn)行參數(shù)配置，當(dāng)然也可以通過BOP面板進(jìn)行配置， 關(guān)于Starter 軟件的具體操作請(qǐng)參考：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/searchResult.aspx?searchText=A0320

在STEP7 硬件組態(tài)里配置的報(bào)文類型是20，所以在變頻器的參數(shù)里, 一定要將P2079參數(shù)設(shè)置為”20“，如下圖所示：

圖2-6 設(shè)置G120變頻器的報(bào)文類型

2.4 CFC編程
可以在已有的CFC中調(diào)用“FBDRIVE ”通道驅(qū)動(dòng)塊，然后再插入相應(yīng)的電機(jī)功能塊進(jìn)行連線，也可以直接使用系統(tǒng)本身已經(jīng)組態(tài)好的Templates。推薦使用后者，因?yàn)榍罢咝枰獙?duì)FBDRIVE塊相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行配置，后者的參數(shù)已經(jīng)配置好了，下面以使用模板為例說明：

2.4.1 插入模板并配置參數(shù)
首先打開系統(tǒng)的PCS 7 AP Library V80，然后在Templates中找到“DRIVE”模板，它是針對(duì)“FbDrive”使用在緊湊型驅(qū)動(dòng)器的模板，如下圖：

圖2-7 使用系統(tǒng)集成的Templates

拷貝上圖中的Drive 模板到CFC的工廠視圖相應(yīng)的層級(jí)下，并修改Chart名字為EU1101（位號(hào)），雙擊打開，此模板已經(jīng)插入了相應(yīng)的可能使用到的CFC塊圖，并且已經(jīng)進(jìn)行了連線，根據(jù)DEMO的硬件設(shè)施，可以把三個(gè)互鎖的Interlock塊刪除掉（現(xiàn)場使用根據(jù)實(shí)際進(jìn)行選擇：

圖2-8 模板里預(yù)先連接好的功能塊

2.4.2 連接I/O 并生成模板驅(qū)動(dòng)
選中FbDrive功能塊左側(cè)第一個(gè)引腳PZDIn1，并將它連接到前邊定義的符號(hào)表地址EU1101_ZW1，即是第一個(gè)狀態(tài)字，當(dāng)然也可以直接輸入絕對(duì)地址，本例中地址為“IW512”，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)識(shí)別并顯示為對(duì)應(yīng)的符號(hào)地址，接下來一定要把報(bào)文的類型改為20, 如下圖。

圖2-9 連接變頻器首地址并設(shè)置報(bào)文類型

保存編譯生成模板驅(qū)動(dòng)后，按F5刷新，可以看到如下圖的CFC程序，PZDIn1至PZDin6和PZDOut1、PDZOut2都會(huì)自動(dòng)連線到相應(yīng)的符號(hào)表地址，并且Mode和DataXchg等管腳都自動(dòng)生成連線，如果發(fā)現(xiàn)MODE端沒有自動(dòng)連線，請(qǐng)檢查硬件組態(tài)與要求的是否一致。

圖2-10 生成模板驅(qū)動(dòng)后的FbDrive塊

2.4.3 FbDrive的常用引腳介紹
模板中的項(xiàng)目已經(jīng)對(duì)FBDRIVE和MOTSPCL塊進(jìn)行了相應(yīng)的連接, 主要連接介紹如下：
- MotSpdCL塊的Fwd和Rev經(jīng)過“OR”后連接到FbDrive的ON， 用于馬達(dá)的啟停；
- MotSpdCL塊的P_Rst連接到FbDrive的Ackn， 用于確認(rèn)變頻器的故障；
- MotSpdCL塊的SP_OUT輸出到FbDrive的SP_Li引腳，用于變頻器速度的給定；
- MotSpdCL塊的LocalAct輸出到FbDrive的Local引腳，當(dāng)馬達(dá)切換至本地后，變頻器能夠?qū)⒖刂茩?quán)釋放給本地操作；
- SP_OUT塊的Bad信號(hào)輸出到MotSpdCL的CSF引腳，當(dāng)變頻器自身有問題時(shí)，馬達(dá)塊報(bào)“CSF”故障；
- SP_OUT塊的Fault信號(hào)輸出到MotSpdCL的TRIP信號(hào)， 當(dāng)變頻器有故障時(shí)，馬達(dá)塊能停機(jī)并在之后確認(rèn)故障，注意需要在Trip引腳處取反，因?yàn)門rip是=1時(shí)表示正常；
- Zsw1_14是變頻器第一個(gè)狀態(tài)字的bit14，表示變頻器的正反轉(zhuǎn)反饋信號(hào)，等于1時(shí)表示正轉(zhuǎn)，等于0時(shí)表示反轉(zhuǎn)，通過與OP_EN（操作始能信號(hào)）相“與”后， 做為正反轉(zhuǎn)的反饋信號(hào)，連接到MotSpdCL塊的FbkFwd和FbkRev。

2.4.4 馬達(dá)塊和變頻器的速度匹配
在工業(yè)現(xiàn)場往往需要用到齒輪箱進(jìn)行減速，以獲得更大的扭矩，本文假定齒輪箱的減速比為10，如下圖所示：

圖2-11 現(xiàn)場的應(yīng)用模型

生產(chǎn)中用戶更關(guān)心的是實(shí)際設(shè)備轉(zhuǎn)速或者線速度，如泵、導(dǎo)絲盤的軸速，而不是電機(jī)的軸速，如何實(shí)現(xiàn)畫面上直接設(shè)定設(shè)備轉(zhuǎn)速呢？

系統(tǒng)在Drive塊提供了SP_LiScale這個(gè)參數(shù)來進(jìn)行量程的轉(zhuǎn)換，它對(duì)應(yīng)的是負(fù)載在變頻器輸出最高頻率時(shí)的負(fù)載速度，馬達(dá)塊送來的給定值通過它折算后，變成0-16384 的整數(shù)值給變頻器，反之亦然，變頻器送來的第二個(gè)狀態(tài)字折算后送馬達(dá)塊顯示，下面具體介紹如下：

(1) 速度反饋：
SpeedLi是經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的速度反饋信號(hào)，它的轉(zhuǎn)換公式是：
SpeedLi =(PZDIn2* SP_LiScale)/16384 ，

(2) 速度給定：
FbDrive塊的SP_Li引腳接收馬達(dá)塊的給定信號(hào)，折算成對(duì)應(yīng)的速度給定值后通過PZDOut2引腳輸出到變頻器，公式如下：
PZDOut2=(SP_Li* SP_LiScale)/16384
在本例里變頻器最高頻率設(shè)置為50Hz， 對(duì)應(yīng)電機(jī)的軸頭速度為1500rpm，經(jīng)Gear減速后得到負(fù)載的轉(zhuǎn)速為150rpm/min， 在馬達(dá)的設(shè)定值面板里設(shè)定的是負(fù)載的轉(zhuǎn)速，而不是馬達(dá)的速度，為此，需要在FbDrive塊里設(shè)定好參數(shù)，以保證負(fù)載的實(shí)際轉(zhuǎn)速與面板設(shè)定的相等。
在本例中，齒輪箱的減速比為10，變頻器側(cè)設(shè)置50Hz為最高頻率，對(duì)應(yīng)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速為1500rpm/Min，經(jīng)過齒輪箱減速后負(fù)載轉(zhuǎn)速最高為150rpm/min， 所以SpeedLi應(yīng)設(shè)置為150，如下圖所示：

圖2-12 設(shè)置速度相關(guān)的參數(shù)

2.4.5 馬達(dá)塊里顯示變頻器的電流
在實(shí)際生產(chǎn)中，除了監(jiān)視設(shè)備的轉(zhuǎn)速外，通常還要監(jiān)視馬達(dá)的電流，F(xiàn)bDrive塊從變頻器取來電流值后，運(yùn)算后從引腳CurrentLi 輸出，可以將它直接連接到MotSpdCL塊的UserAna1引腳上，注意這兩個(gè)引腳都是隱藏的，需要用戶手動(dòng)去掉Invisible的屬性。
UserAna1引腳是馬達(dá)塊兩個(gè)輔助模擬量顯示之一，可以方便地在面板上顯示，為了在面板上顯示出注釋，需要對(duì)這個(gè)引腳的“Identifer”進(jìn)行組態(tài)， 例如：輸入 “current”，如下圖所示：

圖2-13 設(shè)置輔助模擬量顯示的標(biāo)識(shí)

運(yùn)行的效果如下所示：

圖2-14 輔助模擬量顯示的效果

2.5 OS編譯
在做好信號(hào)連接并設(shè)置好參數(shù)后，接下來可以進(jìn)行OS編譯，生成相應(yīng)的塊圖標(biāo)，由于這是PCS7的標(biāo)準(zhǔn)功能，以此不做介紹。
在馬達(dá)塊的面板里，可以像操作普通馬達(dá)一樣進(jìn)行操作，如下圖所示：

圖2-15 馬達(dá)塊的操作面板

下面是啟動(dòng)馬達(dá)后的面板截圖：

圖2-16 變頻器啟動(dòng)后的效果

接下來， 需要對(duì)馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定值的一致性進(jìn)行驗(yàn)證，通過Starter觀察馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為200rpm，經(jīng)過齒輪箱減速后應(yīng)為20rpm，與我們面板上的設(shè)定值20相一致，確認(rèn)參數(shù)設(shè)定正確，如下圖所示：

圖2-17 用srarter軟件檢查電機(jī)的速度

3 常見問題

3.1 為什么FbDrive功能塊在編譯后Mode端沒有自動(dòng)連線？
答：這說明模板驅(qū)動(dòng)生成不正常，請(qǐng)檢查一下變頻器的輸入和輸出首地址是否相同，另外，確認(rèn)報(bào)文的類型是1或者20。

3.2 為什么模板驅(qū)動(dòng)已經(jīng)正常生成，從馬達(dá)面板上操作后變頻器沒有反應(yīng)？
答：這時(shí)需要檢查馬達(dá)塊的狀態(tài)字和控制字，重點(diǎn)是PZDIn1和PZDout1， 如果它們的值不是16#6B31和16#47E，那么需要檢查FBDrive有參數(shù)是否正確， 例如：如果直接從APL庫里手動(dòng)插入FBDrive塊手動(dòng)和馬達(dá)塊連接，那么可能會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題， 因?yàn)槟J(rèn)的設(shè)置里關(guān)于變頻器的“沒有快?！焙汀靶逼掳l(fā)生器”都沒有始能，需要設(shè)置一下，推薦從模板里拷貝已經(jīng)配置好的程序，下圖左側(cè)是變頻器待機(jī)時(shí)的狀態(tài)字和控制字，下圖右側(cè)是需要始能的引腳。

圖3-1 變頻器待機(jī)時(shí)的FbDrive塊狀態(tài)

如果確認(rèn)狀態(tài)字正確并且參數(shù)也配置正常， 請(qǐng)用Starter軟件的控制面板來進(jìn)行測試，如果從控制面板也不能啟動(dòng)，問題往往在變頻器側(cè)，請(qǐng)檢查變頻器相關(guān)的參數(shù)，如果從控制面板能啟動(dòng)，需要重新檢查PCS7側(cè)的參數(shù)。

圖3-2 用Starter的控制面板測試變頻器

3.3 在調(diào)試進(jìn)程中，如何快速的找到原因？
答： 建議配置CP5711做為DP通訊接口， 通過它可以掃描DP總線上變頻器的DP地址，也可以配合Starter軟件對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)試，包括參數(shù)上傳和下載等， 同時(shí)配合Amprolyzer軟件，可以對(duì)總線上的DP總線通訊質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測。
關(guān)于CP5711的定貨號(hào)和使用手冊(cè)，請(qǐng)參考：34803449

4 總結(jié)
從上述的介紹，可以看出，使用PCS 7 V8以上的版本，通過FbDrive驅(qū)動(dòng)塊可以集成部分西門子變頻器到PCS7里， 但是也存在不足，變頻器必須支持類型為1 或者20 的報(bào)文，對(duì)于MM440變頻器，目前還無法生成模板驅(qū)動(dòng)，而且它的診斷功能不如Drive ES for PCS7, 面板的功能也沒有后者強(qiáng)大，在項(xiàng)目里還是推薦使用Drive ES for PCS7。

關(guān)鍵詞

通道驅(qū)動(dòng)塊，Drive，Sinamics， FbDrive , G120