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1 概述

1.1 用戶需求
在PCS 7項目中使用DP總線來驅動設備（S120、G120、G150變頻器等）時，需要相應的選件包Drive ES for PCS7來進行操作，這樣可以自己生成相關的圖標和面板，易于操作和維護，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，有時用戶只有一兩個設備，而且現場設備僅需要使用基本功能時，想通過標準馬達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動塊FbDrive驅動塊，可以用來集成G120，S120等緊湊型驅動設備到PCS 7系統中，可以實現驅動設備的基本操作功能,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”通道驅動塊可以用來集成西門子緊湊型驅動器（如Sinamics S120，G120， G150等），目前暫不兼容其它第三方的變頻器。
• 驅動設備PROFIdrive 技術規范需滿足 PROFIBUS 和 PROFINET 版本 May 2006 的要求，支持的報文類型為Telegram type “1”和Telegram type “20”，Telegram type “1”帶有 2 個 words (4 Byte) 輸入和2 words (4 Byte) 輸出數據。Telegram type “20”帶有 6 words (12 Byte) 輸入和 2 words (4 Byte)輸出數據。

1.3 DEMO的軟件及硬件測試環境

• 計算機操作系統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：型號為 CU240E-2 DP， 定貨號：6sl3244-0BB12-1PA1, 固件版本V4.4
• 西門子標準電機，參數如下：

2 FbDrive通道驅動塊使用
下面以“FBDRIVE ”通道驅動塊鏈接 G120 變頻器為例來介紹Channel塊的使用。

2.1 準備合適的GSD文件
首先去西門子官方支持網站下載相應的GSD文件， 鏈接如下：23450835

SINAMICS G120：PROFIBUS GSD 文件
下載時要注意檢查定貨號和版本是否匹配，在本例中的定貨號：6sl3244-0BB12-1PA1, 固件版本V4.4， 下載時選中對應的GSD文件，如下圖所示：

圖2-1 GSD 的下載

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

圖2-2 導入G120 的GSD文件

按照實際的硬件組態好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，并設置正確的DP站址，接下來將報文類型 “Standard telegaram20”拖到G120的I/O 列表里，如下圖所示：

圖2-3 組態 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 插入標準報文 20 的輸入輸出

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

圖2-5 給地址賦上符號名

2.3 設定G120變頻器的報文類型

控制器與變頻器通訊主要靠控制字和狀態來進行控制 ，目前FB_DRIVE功能塊目前只支持兩種報文類型， 類型1 和類型20,簡要介紹如下：
類型1 通訊方式提供兩個控制字和兩個狀態字，類型20 提供兩個控制字和6個狀態字。
通常第一個控制字用于控制變頻器的始能和啟停， 第二個控制字用于速度的給定，第一個狀態字為變頻器的運行狀態，包括運行狀態、有無報警等， 第二個狀態字為馬達的轉速給定，其它的可以在變頻器參數里靈活組態。
詳細請參考：61618946

表2-1 G120變頻器的第一個控制字

對應上表，通常在正轉時，控制器發給變頻器的命令：停止時為16#047E, 正轉時給的命令是16#047F ， 如果發現控制字不是這些數值，需要對應控制字列表進行檢查。
狀態字是變頻器反饋給控制器的狀態，G120的第一個狀態字如下表，在變頻器不正常時，可以參考它進行故障診斷，下圖是變頻器的第一個狀態字解釋：

表2-1 G120變頻器的第一個狀態字

設定變頻器的最高頻率和馬達對應的參數， 這些參數可以從馬達的銘牌上得到，然后用 Starter 軟件對G120進行參數配置，當然也可以通過BOP面板進行配置， 關于Starter 軟件的具體操作請參考：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/searchResult.aspx?searchText=A0320

在STEP7 硬件組態里配置的報文類型是20，所以在變頻器的參數里, 一定要將P2079參數設置為”20“，如下圖所示：

圖2-6 設置G120變頻器的報文類型

2.4 CFC編程
可以在已有的CFC中調用“FBDRIVE ”通道驅動塊，然后再插入相應的電機功能塊進行連線，也可以直接使用系統本身已經組態好的Templates。推薦使用后者，因為前者需要對FBDRIVE塊相關的參數進行配置，后者的參數已經配置好了，下面以使用模板為例說明：

2.4.1 插入模板并配置參數
首先打開系統的PCS 7 AP Library V80，然后在Templates中找到“DRIVE”模板，它是針對“FbDrive”使用在緊湊型驅動器的模板，如下圖：

圖2-7 使用系統集成的Templates

拷貝上圖中的Drive 模板到CFC的工廠視圖相應的層級下，并修改Chart名字為EU1101（位號），雙擊打開，此模板已經插入了相應的可能使用到的CFC塊圖，并且已經進行了連線，根據DEMO的硬件設施，可以把三個互鎖的Interlock塊刪除掉（現場使用根據實際進行選擇：

圖2-8 模板里預先連接好的功能塊

2.4.2 連接I/O 并生成模板驅動
選中FbDrive功能塊左側第一個引腳PZDIn1，并將它連接到前邊定義的符號表地址EU1101_ZW1，即是第一個狀態字，當然也可以直接輸入絕對地址，本例中地址為“IW512”，系統也會自動識別并顯示為對應的符號地址，接下來一定要把報文的類型改為20, 如下圖。

圖2-9 連接變頻器首地址并設置報文類型

保存編譯生成模板驅動后，按F5刷新，可以看到如下圖的CFC程序，PZDIn1至PZDin6和PZDOut1、PDZOut2都會自動連線到相應的符號表地址，并且Mode和DataXchg等管腳都自動生成連線，如果發現MODE端沒有自動連線，請檢查硬件組態與要求的是否一致。

圖2-10 生成模板驅動后的FbDrive塊

2.4.3 FbDrive的常用引腳介紹
模板中的項目已經對FBDRIVE和MOTSPCL塊進行了相應的連接, 主要連接介紹如下：
- MotSpdCL塊的Fwd和Rev經過“OR”后連接到FbDrive的ON， 用于馬達的啟停；
- MotSpdCL塊的P_Rst連接到FbDrive的Ackn， 用于確認變頻器的故障；
- 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，當馬達切換至本地后，變頻器能夠將控制權釋放給本地操作；
- SP_OUT塊的Bad信號輸出到MotSpdCL的CSF引腳，當變頻器自身有問題時，馬達塊報“CSF”故障；
- SP_OUT塊的Fault信號輸出到MotSpdCL的TRIP信號， 當變頻器有故障時，馬達塊能停機并在之后確認故障，注意需要在Trip引腳處取反，因為Trip是=1時表示正常；
- Zsw1_14是變頻器第一個狀態字的bit14，表示變頻器的正反轉反饋信號，等于1時表示正轉，等于0時表示反轉，通過與OP_EN（操作始能信號）相“與”后， 做為正反轉的反饋信號，連接到MotSpdCL塊的FbkFwd和FbkRev。

2.4.4 馬達塊和變頻器的速度匹配
在工業現場往往需要用到齒輪箱進行減速，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 現場的應用模型

生產中用戶更關心的是實際設備轉速或者線速度，如泵、導絲盤的軸速，而不是電機的軸速，如何實現畫面上直接設定設備轉速呢？

系統在Drive塊提供了SP_LiScale這個參數來進行量程的轉換，它對應的是負載在變頻器輸出最高頻率時的負載速度，馬達塊送來的給定值通過它折算后，變成0-16384 的整數值給變頻器，反之亦然，變頻器送來的第二個狀態字折算后送馬達塊顯示，下面具體介紹如下：

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

(2) 速度給定：
FbDrive塊的SP_Li引腳接收馬達塊的給定信號，折算成對應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置為50Hz， 對應電機的軸頭速度為1500rpm，經Gear減速后得到負載的轉速為150rpm/min， 在馬達的設定值面板里設定的是負載的轉速，而不是馬達的速度，為此，需要在FbDrive塊里設定好參數，以保證負載的實際轉速與面板設定的相等。
在本例中，齒輪箱的減速比為10，變頻器側設置50Hz為最高頻率，對應的馬達轉速為1500rpm/Min，經過齒輪箱減速后負載轉速最高為150rpm/min， 所以SpeedLi應設置為150，如下圖所示：

圖2-12 設置速度相關的參數

2.4.5 馬達塊里顯示變頻器的電流
在實際生產中，除了監視設備的轉速外，通常還要監視馬達的電流，FbDrive塊從變頻器取來電流值后，運算后從引腳CurrentLi 輸出，可以將它直接連接到MotSpdCL塊的UserAna1引腳上，注意這兩個引腳都是隱藏的，需要用戶手動去掉Invisible的屬性。
UserAna1引腳是馬達塊兩個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，需要對這個引腳的“Identifer”進行組態， 例如：輸入 “current”，如下圖所示：

圖2-13 設置輔助模擬量顯示的標識

運行的效果如下所示：

圖2-14 輔助模擬量顯示的效果

2.5 OS編譯
在做好信號連接并設置好參數后，接下來可以進行OS編譯，生成相應的塊圖標，由于這是PCS7的標準功能，以此不做介紹。
在馬達塊的面板里，可以像操作普通馬達一樣進行操作，如下圖所示：

圖2-15 馬達塊的操作面板

下面是啟動馬達后的面板截圖：

圖2-16 變頻器啟動后的效果

接下來， 需要對馬達的實際轉速與設定值的一致性進行驗證，通過Starter觀察馬達的轉速為200rpm，經過齒輪箱減速后應為20rpm，與我們面板上的設定值20相一致，確認參數設定正確，如下圖所示：

圖2-17 用srarter軟件檢查電機的速度

3 常見問題

3.1 為什么FbDrive功能塊在編譯后Mode端沒有自動連線？
答：這說明模板驅動生成不正常，請檢查一下變頻器的輸入和輸出首地址是否相同，另外，確認報文的類型是1或者20。

3.2 為什么模板驅動已經正常生成，從馬達面板上操作后變頻器沒有反應？
答：這時需要檢查馬達塊的狀態字和控制字，重點是PZDIn1和PZDout1， 如果它們的值不是16#6B31和16#47E，那么需要檢查FBDrive有參數是否正確， 例如：如果直接從APL庫里手動插入FBDrive塊手動和馬達塊連接，那么可能會出現這個問題， 因為默認的設置里關于變頻器的“沒有快停”和“斜坡發生器”都沒有始能，需要設置一下，推薦從模板里拷貝已經配置好的程序，下圖左側是變頻器待機時的狀態字和控制字，下圖右側是需要始能的引腳。

圖3-1 變頻器待機時的FbDrive塊狀態

如果確認狀態字正確并且參數也配置正常， 請用Starter軟件的控制面板來進行測試，如果從控制面板也不能啟動，問題往往在變頻器側，請檢查變頻器相關的參數，如果從控制面板能啟動，需要重新檢查PCS7側的參數。

圖3-2 用Starter的控制面板測試變頻器

3.3 在調試進程中，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軟件對變頻器進行調試，包括參數上傳和下載等， 同時配合Amprolyzer軟件，可以對總線上的DP總線通訊質量進行監測。
關于CP5711的定貨號和使用手冊，請參考：34803449

4 總結
從上述的介紹，可以看出，使用PCS 7 V8以上的版本，通過FbDrive驅動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 的報文，對于MM440變頻器，目前還無法生成模板驅動，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大，在項目里還是推薦使用Drive ES for PCS7。

關鍵詞

通道驅動塊，Drive，Sinamics， FbDrive , G120