西门子6RA7090-6GV62-0

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6RA7090-6GV62-0

SIMOREG DC Master 整流器 带微处理器 用于 4 象限驱动 电路（B6）A（B6）C 输入：575V 三相交流，912A 可操控：励磁整流器 D600/1100 MREQ-GEGF6V62 输出：600V DC，1100A 输出端 US 等级：600V DC， 765A 现场输入端 460V 输出端 375V，30A

问：如何解决G120变频器使用二进制方式多段速在速度切换时DI触点的动作配合不同步造成的速度波动？

答：可使用格雷二进制码方式的多段速解决此问题。

配备CU240B/E-2 和PM240的G120变频器具备多段速给定功能，多段速的给定分为两种：直接给定和二进制给定。
在直接给定方式时，变频器的终速度给定值是由多四个DI对应的速度值之和来决定的，此种应用多用于总的段速较少的情况下，例如只有4个固定速度，较少出现段速切换的速度波动。但是在选择二进制方式给定时，往往会在换档间隙出现设定值的波动，为此我们可以采用格雷码二进制方式来避免这种波动。

在使用二进制给定时，变频器多支持15个速度，在从0速到15速的切换过程中，变频器可能需要同时改变变频器多个DI的状态。
以图2-1所示的应用为例，配置三个DI输入作为多段速信号源，除0速外，一共有7个段速。升速操作时需要从0速档依次增加到7速档，降速操作时，从7速档依次降低至0速档。

图2-1 多段速控制接线示例

使用二进制方式多段速的相关参数设置为：
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
正常升降速操作时，例如：从3档（多段速DI状态011）切换到4档（多段速DI状态100），多段速DI的三个位全都发生了变化，如果按图1的接线方式，需要S1，S2，S3三个开关的状态同时改变状态。由于手动操作不可能*同时改变三个开关的状态，此时在换挡的间隙如果有配合不严密，就会造成给定速度的波动。
此时的多段速切换波形如图2-2所示：

图2-2 普通二进制方式下的速度切换波形图示

我们看到，多段速切换间隙会有波动，例如在3档变4档时，由于DI3，DI从1变为0，但是由DI5从0变为1没有与DI3，DI4保持*同步，所以出现了瞬间的000状态，速度设定值发生了波动，影响到负载驱动。6档变5档时，4档变3档时，以及2档变1档时也都出现了类似的波动情况。

为避免二进制方式的固定速度切换时出现的波动，我们可以使用各类二进制码方式对速度进行给定。格雷二进制码的特点是从0000~1111的依次步进时，每次只变化一个位。如表3-1所示为四位5二进制码与格雷二进制码的对照。

表3-1 四位二进制码与格雷二进制码对照表

如果我们引入格雷二进制码方式，从3档切换到4档，就是从010切换到110，此过程只需要切换DI5的状态即可，由于只改变了S3的状态，因此不存在需要跟其他开关配合的问题，保证了速度不会产生波动。

此例使用各类二进制码方式的多段速相关参数设置为：

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

使用格雷二进制码的多段速切换状态如图3-1所示，看到段速的依次切换不再有突变。

图3-1 格雷二进制码方式多段速切换的波形图

特别是在手动逐级切换速度的场合，使用各类二进制码方式设计主令开关时序，可以提高设备速度平滑性。

．控制系统原理和接线图

下图是本例中所使用的原理和接线图。

图1:控制系统原理和接线图

2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以使用USS通信协议通过通信模块CM1241 RS485来实现S7-1200与G120变频器的通信。

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

本例中使用的G120变频器硬件为：
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 通信电缆 ( 6XV1830-0EH10)

3．软件需求

1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．组态

我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和G120变频器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件组态

首先在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图1所示。

图2： 新建S7 1200项目

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

西门子6RA7090-6GV62-0

图3： S7 1200硬件配置

在CPU的属性中，设置以太网的IP地址，建立PG与PLC的连接，如下图所示。

图4： S7 1200 IP地址的设置

4. 2 G120参数设置

变频器的参数设置如下表所示。

表1 ：G120变频器的参数设置

注意：表1中的17，18，19，20 这四项参数值的设置必须使PLC的参数值与变频器的参数值相*。而19，20这两个参数值必须设置成如表1中的值，否则有可能变频器与S7-1200通信有如下问题：可能不能读出从变频器反馈回来的参数值。

5．USS通信原理与编程的实现

5. 1 S7 1200 PLC与G120 通过USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS库进行USS通信，如下图所示：

图5： S7 1200 的USS库

        USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受变频器的信息和控制变频器的指令都是通过这个功能快来完成的。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_PORT功能块是S7-1200与变频器USS通信的接口,主要设置通信的接口参数。可在主OB或中断OB中调用。
        USS_RPM功能块是通过USS通信读取变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_WPM功能块是通过USS通信设置变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。

这些功能块与变频器之间的控制关系如下图所示：

图6： USS 通信功能块与变频器的控制关系

        USS_DRV功能块通过USS_DRV_DB数据块实现与USS_PORT功能块的数据接收与传送，而USS_PORT功能块是S7-1200 PLC CM1241 RS485模块与变频器之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与变频器的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。

        每个S7-1200 CPU多可带3个通信模块，而每个CM1241 RS485通信模块多支持16个变频器。因此用户在一个S7-1200 CPU中多可建立3个USS网络，而每个USS网络多支持16个变频器，总共多支持48个USS变频器。

5. 2 S7 1200 PLC进行USS通信的编程

1．USS通信接口参数功能块的编程
USS通信接口参数功能块的编程如下图所示。

图7： USS通信接口参数功能块的编程

USS_PORT功能块用来处理USS网络上的通信，它是S71200 CPU与变频器的通信借口。每个CM1241 RS485模块有且必须有一个USS_PORT功能块。

PORT：指的是通过哪个通信模块进行USS通信。
BAUD：指的是和变频器进行通行的速率。 变频器的参数P2010种进行设置。
USS_DB：指的是和变频器通信时的USS数据块。每个通信模块多可以有16个USS数据块，每个CPU多可以有48个USS数据块，具体的通信情况要和现场实际情况相联系。每个变频器与S7-1200进行通信的数据块是一的。
ERROR：输出错误。
STATUS：扫描或初始化的状态。
S7-1200 PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多个扫描。
USS_PORT通信的时间间隔是S7-1200与变频器通信所需要的时间，不同的通信波特率对应的不同的USS_PORT通信间隔时间。下图列出了不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间。

图8：不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间

        USS_PORT在发生通信错误时，通常进行3次尝试来完成通信事件，那么S7-1200与变频器通信的时间就是USS_PORT发生通信超时的时间间隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT与变频器通信的时间间隔应当大于小的调用时间间隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 协议库默认的通信错误超时尝试次数是2次。
        基于以上的USS_PORT通信时间的处理，我们建议在循环中断OB块中调用USS_PORT通信功能块。在建立循环中断OB块时，我们可以设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。循环中断OB块的扫描时间的设置如下图所示：

图9：循环中断OB块的扫描时间的设置

SCALANCE X200网管型交换机   
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增强型可网管交换机
6GK5 308-2FL00-2AA3
6GK5 310-0FA00-2AA3
SCALANCE X400千兆模块化交换机
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
软件
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
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6SE7038-6GL84-1JB0
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