西门子6FC5410-0AY00-0AA0

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SINUMERIK 810DE 灯 CCU1 模块 带系统软件（出口） 仅能订购 具有单独许可的包

．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。

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：

西门子6FC5410-0AY00-0AA0

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

1                     SINAMICS G120的效率优化功能

什么是效率优化

效率优化是在矢量控制中负载较轻时，为提高电机效率，降低电机励磁损耗而采取的弱磁控制。可以降低电机损耗，减少电机噪声。

效率优化适用于变转矩负载或轻载应用，与V/F控制中的ECO功能类似，目的均为降低电机磁通，提高电机效率

图1 效率优化曲线

G120的效率优化功能

与效率优化有关的参数如下表所示：

表1 与效率优化有关的参数  

图2 效率优化部分的功能图

从功能图可以看出：在弱磁段，经过P1580修改的磁通与弱磁控制器输出的值是二者取小的关系。

当P1580=0时，效率优化功能禁用，如图3。

图3 效率优化未激活时的磁通变化

1段转速为1000rpm/min；2段转速为1800rpm/min，紫色曲线为磁通

从曲线可以看出，如果不使能效率优化功能，在恒转矩段，磁通r84=100%

在恒功率段，磁通按照弱磁曲线降低，在1800rpm/min时，磁通为90%*P1570

当P1580≠0时，变频器按照上图实现不同的效率优化效果，如图4。          

图4 效率优化激活时（P1580=10%）的磁通变化  

1段转速为1000rpm/min，2段转速为1800rpm/min，紫色曲线为磁通

从曲线可以看出，如果使能效率优化功能之后，

在恒转矩段，磁通经过按照图2-1的曲线优化之后为95%*P1570。

在恒功率段，经过P1580优化后的磁通要高于弱磁控制器输出的磁通，因此磁通为90%*P1570

效率优化功能总结

l  效率优化功能可以降低不*负载范围内的电机损耗 ，减少电机发出的噪音

l  效率优化是一种主动弱磁的手段，以达到节能效果

l  只有在动态响应要求较低的应用中，例如：水泵和风机，才推荐使用该功能。

l  效率优化功能优化后的磁通量会与弱磁控制器输出的磁通量比较，较小的值起作用

l  效率优化功能会对弱磁产生影响，推后进入恒功率段的点

S7200SMARTCPU模块    
6ES7 288-1SR20-0AA0 CPU SR20 标准型CPU模块，继电器输出，220VAC供电，12输入/8输出
6ES7 288-1SR40-0AA0 CPU SR40 标准型CPU模块，继电器输出，220VAC供电，24输入/16输出
6ES7 288-1ST40-0AA0 CPU ST40 标准型CPU模块，晶体管输出，24VDC供电，24输入/16输出
6ES7 288-1SR60-0AA0 CPU SR60 标准型CPU模块，继电器输出，220VAC供电，36输入/24输出
6ES7 288-1ST60-0AA0 CPU ST60 标准型CPU模块，晶体管输出，24VDC供电，36输入/24输出
6ES7 288-1CR40-0AA0 CPU CR40 经济型CPU模块，继电器输出，220VAC供电，24输入/16输出
S7200SMART数字量扩展模块    
6ES7 288-2DE08-0AA0 EM DI08 数字量输入模块，8×24VDC输入
6ES7 288-2DR08-0AA0 EM DR08 数字量输出模块，8×继电器输出
6ES7 288-2DT08-0AA0 EM DT08 数字量输出模块，8×24VDC输出
6ES7 288-2DR16-0AA0 EM DR16 数字量输入/输出模块，8×24VDC输入/8×继电器输出
6ES7 288-2DT16-0AA0 EM DT16 数字量输入/输出模块，8×24VDC输入/8×24VDC输出
6ES7 288-2DR32-0AA0 EM DR32 数字量输入/输出模块，16×24VDC输入/16×继电器输出
6ES7 288-2DT32-0AA0 EM DT32 数字量输入/输出模块，16×24VDC输入/16×24VDC输出
S7200SMART模拟量扩展模块    
6ES7 288-3AE04-0AA0 EM AI04 模拟量输入模块，4输入
6ES7 288-3AQ02-0AA0 EM AQ02 模拟量输出模块，2输出
6ES7 288-3AM06-0AA0 EM AM06 模拟量输入/输出模块，4输入/2输出
6ES7 288-3AR02-0AA0 EM AR02 热电阻输入模块，2通道
S7200SMART信号板    
6ES7 288-5CM01-0AA0 SB CM01 通信信号板，R485/R232
6ES7 288-5DT04-0AA0 SB DT04 数字量扩展信号板，2×24VDC输入/2×24VDC输出
6ES7 288-5AQ01-0AA0 SB AQ01 模拟量扩展信号板，1×12位模块量输出