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西門子6SL3210-1SE24-5AA0
6SL3210-1SE24-5AA0
SINAMICS S120 變頻器 功率模塊 PM340 輸入：380-480V 三相交流,，50/60Hz 輸出：三相交流 45A(22kW) 結(jié)構(gòu)形式：塊大小 組件 FSD 安裝有進(jìn)線濾波器 內(nèi)部風(fēng)冷
1. 概述
西門子驅(qū)動(dòng)裝置（SIMOVERT MasterDrives VC，MicroMaster 4 以及SIMOREG DC Master）除了具有與驅(qū)動(dòng)基本應(yīng)用有關(guān)的功能外,，還具有強(qiáng)大的通訊功能。驅(qū)動(dòng)通訊可以分為三種方式：
? PROFIBUS DP協(xié)議
? USS協(xié)議
? SIMOLINK協(xié)議（一般用來代替Peer to Peer協(xié)議,，實(shí)現(xiàn)從站到從站的通訊）
PROFIBUS DP和USS協(xié)議屬于主/從通訊,，需要有PLC作為主站，驅(qū)動(dòng)裝置作為從站,。
USS協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)是,，其接口集成在基本裝置中,，不需要額外費(fèi)用；主要缺點(diǎn)是通訊速度慢,，只有基本通訊功能（PKW+PZD）,，多31個(gè)從站。
PROFIBUS DP協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)是,，通訊速度快,，除了基本功能之外還有一些附加功能（例如：非循環(huán)通訊，交叉通訊）,，站點(diǎn)數(shù)更多,；主要缺點(diǎn)是需要另外購買作為選件的通訊模板（例如：CBP2或PROFIBUS模板）。
SIMOLINK協(xié)議（代替Peer to Peer協(xié)議）主要用來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)裝置之間的通訊,。SIMOLINK協(xié)議也可以是主/從通訊,，主站是S7-400（FM458+EXM448）或SIMADYN D。
這里我們主要介紹S7 PLC與驅(qū)動(dòng)裝置采用PROFIBUS DP協(xié)議進(jìn)行通訊,。
采用PROFIBUS DP協(xié)議通訊時(shí),，既可以利用STEP 7本身提供的功能，也可以使用TIA軟件Drive ES,。
本文檔只介紹STEP 7本身提供的功能,。有關(guān)Drive ES的功能將根據(jù)需要在以后的文檔中再做介紹。
（關(guān)于 DriveES,，可以參加西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)培訓(xùn)中心的培訓(xùn)課程D2403）
2. *條件
下面以S7-300 PLC與MasterDrives CUVC變頻器的通訊為例：
主站：S7-300 CPU315-2DP可編程序控制器
從站：MasterDrives CUVC變頻器 + CBP2 通訊模板
編程裝置：PC + STEP 7 V5.4 + MPI接口（MPI Adapter 或CP5611卡）
裝有STEP 7 V5.4 的PC機(jī)用于S7 CPU315-2DP的硬件組態(tài)與編程,，通過MPI電纜與CPU315-2DP的MPI接口連接，用于硬件組態(tài)數(shù)據(jù)及程序的下載,。CPU315-2DP的DP接口通過PROBIBUS 電纜與CUVC 變頻器的CBP2 上的DP 接口連接,，用于S7-300 與變頻器的通訊。
網(wǎng)絡(luò)連接如圖1 所示,。
圖1：PC機(jī),、CPU315-2DP 與驅(qū)動(dòng)裝置的連接
3. 硬件組態(tài)
3.1. 新建項(xiàng)目
在SIMATIC Manager 中新建一個(gè)項(xiàng)目，名稱為Drives_Comm,。如圖2 所示,。
圖2：新建項(xiàng)目，名稱為Drives_Comm
3.2. 插入一個(gè)S7-300 主站
在項(xiàng)目名稱Drives_Comm 下插入SIMATIC 300 Station,，如圖3 所示,。
圖3：在項(xiàng)目下插入一個(gè)S7-300 站
接下來對該站進(jìn)行硬件組態(tài)：從硬件組態(tài)目錄中依次插入機(jī)架、電源,、CPU,，設(shè)置CPU上PROFIBUS DP 接口的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（可采用缺省設(shè)置，即：地址2，高地址126,，波特率1.5 Mbps,，協(xié)議DP）。如圖4 所示,。
圖4：設(shè)置CPU 上PROFIBUS DP 接口的參數(shù)
按OK 鍵確認(rèn)后得到主站的組態(tài)結(jié)果,，如圖5所示。
圖5：主站的組態(tài)
3.3 插入一個(gè)MASTERDRIVE 從站
在PROFIBUS(1): DP master system (1) 總線上掛上MasterDrives 從站,。
從站路徑為：PROFIBUS DP >
SIMOVERT >
MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 或
MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1
MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 與MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 的區(qū)別是,，前者只能按照PPO 類型選擇報(bào)文結(jié)構(gòu)（即CBP 功能：循環(huán)通訊），后者還能選擇更多的報(bào)文結(jié)構(gòu),，以配合CBP2 的一些擴(kuò)展功能（DPV1功能）,。
（關(guān)于CBP2 模板的報(bào)文結(jié)構(gòu)參見下面第7 部分）
（關(guān)于MM4 PROFIBUS 模板的報(bào)文結(jié)構(gòu)參見下面第8 部分）
選擇MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作為從站，地址設(shè)成3,。如圖6 所示,。
西門子6SL3210-1SE24-5AA0
圖6：選擇MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作為3 號(hào)站
3.4. 在從站中插入“模板”
在驅(qū)動(dòng)裝置從站中插入類似于ET 200M 從站中的模板，以確定報(bào)文結(jié)構(gòu),。
將右邊窗口硬件目錄中MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 下面的 PPO 3: 0PKW, 2PZD插入左下窗口中的*行（Slot 1）,。該選項(xiàng)共占兩行。意思是：PPO類型3,，即：0個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)（又叫PKW）,，2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)（又叫PZD）。參數(shù)數(shù)據(jù)用于PLC 讀/寫變頻器的參數(shù),，過程數(shù)據(jù)用于PLC 控制和監(jiān)視生產(chǎn)過程,。0 個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)表示PLC 不能讀/寫驅(qū)動(dòng)裝置的參數(shù)，參數(shù)數(shù)據(jù)也不占用S7 的外設(shè)地址,；2 個(gè)字過程數(shù)據(jù)表示PLC 和驅(qū)動(dòng)裝置交換2 個(gè)字過程數(shù)據(jù),，各占用S7-300 PLC 四個(gè)字節(jié)的外設(shè)地址。地址范圍是輸入字節(jié)256 - 259,，輸出字節(jié)256 -259,。如圖7 所示。
通常S7 傳送到驅(qū)動(dòng)裝置的第1 個(gè)字是控制字,，第2 個(gè)字是頻率設(shè)定值,；驅(qū)動(dòng)裝置傳送到S7的第1 個(gè)字是狀態(tài)字，第2 個(gè)字是頻率實(shí)際值,。這是簡單的應(yīng)用,。
(關(guān)于CBP2 模板的其他選項(xiàng)的含義參見下面第7 部分)
(關(guān)于MM4 PROFIBUS 模板選項(xiàng)的含義參見下面第8 部分)
圖7：驅(qū)動(dòng)裝置的輸入/輸出地址
3.5 查看從站中“模板”的屬性
雙擊左下窗口中的第二行（Slot 2），打開其屬性,。如圖8 所示,。
圖8：驅(qū)動(dòng)裝置的輸入/輸出地址的屬性
屬性中給出驅(qū)動(dòng)裝置占用S7-300 PLC 外設(shè)地址的情況,，包括：輸出/輸入地址,，長度,，單位，連續(xù)性范圍,。這里除了地址之外,，其他屬性都是由PPO3 決定的，只能讀,，不能改寫,。
| 提示： | ||||||
| 長度： | MASTERDRIVES/DC MASTER： | 大 16 個(gè)字 | ||||
| MICROMASTER 420： | 大 4 個(gè)字 | |||||
| MICROMASTER 430/440： | 大 8 個(gè)字 | |||||
| 單位： | Words（字） | |||||
| 連續(xù)性范圍： | Unit | 以字為單位傳送 | ||||
| Total length | 所有字一起傳送 | |||||
當(dāng)字長不大于 2 或選擇“以字為單位傳送”時(shí)：用 MOVE 指令（L/T 指令）編程
當(dāng)字長大于 2 且選擇“所有字一起傳送”時(shí)：用 SFC14/15 編程
4. 編程
根據(jù)前面的組態(tài)，由于輸入/輸出各占四個(gè)字節(jié),，可以使用兩次MOVE 指令（L/T 指令）,。由于程序簡單，程序可以直接編寫在OB1 中,。數(shù)據(jù)從MB0 - MB3（即：MW0和MW2）寫入驅(qū)動(dòng)裝置,，從驅(qū)動(dòng)裝置讀回的數(shù)據(jù)放入MB4 - MB7（即：MW4和MW6）。如圖9所示,。
圖9：PLC程序
傳送到驅(qū)動(dòng)裝置的第1 個(gè)字（MW0）是控制字（控制指令）：
當(dāng) MW0 = 0000 0100 0000 0000 B = 0400 H 時(shí),，驅(qū)動(dòng)裝置處于運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)；
當(dāng) MW0 = 0000 0100 0000 0001 B = 0401 H 時(shí),，驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)1）
1） 相應(yīng)于第5部分參數(shù)設(shè)置,，PLC 只控制驅(qū)動(dòng)裝置起/停。若要傳送所有指令應(yīng)設(shè)置：
MW0 = 1001 1100 0111 1110 B（9C7EH）<-> 運(yùn)行準(zhǔn)備
MW0 = 1001 1100 0111 1111 B（9C7FH）<-> 運(yùn)行
同時(shí)設(shè)置：P555~P575 = 3101~3115
傳送到驅(qū)動(dòng)裝置的第2 個(gè)字（MW2）是頻率設(shè)定值：
當(dāng)MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D 時(shí),，相當(dāng)于50Hz,。
5. 參數(shù)設(shè)置
在驅(qū)動(dòng)裝置側(cè)，驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)處于可以運(yùn)行的狀態(tài),。為了實(shí)現(xiàn)與PLC 之間的通訊,，以及從PLC 接收起/停指令和設(shè)定值，向PLC 傳送狀態(tài)字（驅(qū)動(dòng)裝置狀態(tài)）和實(shí)際值,，應(yīng)如下更改參數(shù)：
| P918.01 = 3（缺省設(shè)置） | 驅(qū)動(dòng)裝置地址（即：站號(hào)） | ||||
| P554.01 = 3100 | 起/停指令（ON/OFF1） | ||||
| P443.01 = 3002 | 頻率設(shè)定值（Setpoint） | ||||
| P734.01 = 32 | 狀態(tài)字1（Status Word1） | ||||
| P734.02 = 148 | 頻率實(shí)際值（Actual Value） | ||||
參數(shù)設(shè)置可以通過操作面板PMU,，也可以通過DriveMonitor 軟件進(jìn)行。
6. 測試
啟動(dòng)STEP 7的Monitor/Modify Variables 功能,，填寫變量,。如圖10 所示。
圖10：用監(jiān)視和修改變量功能控制驅(qū)動(dòng)裝置起動(dòng)和調(diào)速
當(dāng)控制字（Control Word1）為W#16#0400 時(shí),，驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)顯示O009,，表示運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)。將控制字從W#16#0400 改成W#16#0401 時(shí),，驅(qū)動(dòng)裝置起動(dòng),。除了狀態(tài)字（Status Word1）會(huì)發(fā)生變化外,，速度實(shí)際值（Actual Value）也會(huì)逐漸上升，上升速度取決于參數(shù)P462.01 的數(shù)值,，后達(dá)到W#16#4000（50Hz）,。狀態(tài)字的含義如圖11 所示。其中Bit 2 表示運(yùn)行狀態(tài),。將控制字改回W#16#0400 時(shí),，驅(qū)動(dòng)裝置首先減速，減速時(shí)間取決于P464.01 的數(shù)值,，然后停止運(yùn)行,。
說明
SIMATIC TDC是一個(gè)多處理器的高性能自動(dòng)化系統(tǒng)，特別用于大型設(shè)備中的過程控制,、快速響應(yīng)以及多驅(qū)動(dòng)同步等方面,。
SIMATIC TDC還在單一平臺(tái)上通過大數(shù)量框架和小循環(huán)時(shí)間解決了復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)、控制和技術(shù)任務(wù),，因此在高級(jí)性能范圍內(nèi)對SIMATIC S7是一個(gè)理想的補(bǔ)充,，解決S7-400無法完成的任務(wù)。
SIMATIC TDC是集成到SIMATIC中的技術(shù)和驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng),，通過使用經(jīng)廣泛應(yīng)用測試的標(biāo)準(zhǔn)SIMATIC編程,、通訊和診斷技術(shù)。
硬件組態(tài) STEP7
圖形化組態(tài) CFC（工藝圖）和SFC（流程圖）,；
PROFIBUS DP和工業(yè)以太網(wǎng)
SIMATIC WinCC和SIMATIC Operator Panels
應(yīng)用領(lǐng)域
SIMATIC TDC的高速循環(huán)周期使得TDC能夠在以下的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢
SIMATIC TDC的小循環(huán)周期為0.1ms
對于傳動(dòng)的閉環(huán)控制（轉(zhuǎn)矩,、轉(zhuǎn)速、位置,、角度/角差,、速度），特別是如果對多個(gè)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行協(xié)調(diào)或者驅(qū)動(dòng)器之間存在著復(fù)雜的關(guān)系
用于調(diào)節(jié)多個(gè)/不同的物理變量（例如張力,，壓力）
用于計(jì)算若干過程/設(shè)備變量（例如：溫度）
SIMATIC TDC有助于縮短計(jì)算周期（100微秒）,，具有功能性儲(chǔ)備和突出的靈活性。
SIMATIC TDC的應(yīng)用示例包括：
金屬生產(chǎn),，金屬加工和金屬機(jī)加工,，冷軋、熱軋,、高速帶線材,、高速棒材、拉矯平整等,，例如：自動(dòng)輥縫控制,、飛剪、開卷卷取,、小車定位
用于遠(yuǎn)距離高壓直流輸電,、智能電網(wǎng),、柔直風(fēng)電場接入，例如：晶閘管或者IGBT通斷控制
用于穩(wěn)定電力傳輸?shù)臒o功功率補(bǔ)償,，例如：電容器單元,，電容器組
優(yōu)點(diǎn)
由于具有高的計(jì)算能力因而提高了產(chǎn)能和競爭力
由于降低了組件密度并簡化了備件儲(chǔ)備而降低了采購成本
由于使用了通用的標(biāo)準(zhǔn)工具和重復(fù)使用現(xiàn)有軟件而降低了工程組態(tài)成本
使用標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)計(jì)和功能
SIMATIC TDC 包括了一個(gè)或多個(gè)機(jī)架，機(jī)架上可以插入所需的模塊,。多處理器運(yùn)行使性能幾乎可以無限擴(kuò)展,。
使用可擴(kuò)縮硬件的模塊式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)小采樣循環(huán)周期100us
由于具有 64 位構(gòu)架的 CPU,，能夠?qū)崿F(xiàn)高的性能
每個(gè)機(jī)架多可以配備 20 個(gè) CPU 進(jìn)行同步多處理
由于使用了 VME 總線系統(tǒng)可以在 CPU 之間實(shí)現(xiàn)*的通訊性能
同步耦合多 44 個(gè)機(jī)架
使用 STEP 7 工程組態(tài)工具實(shí)現(xiàn)了圖形組態(tài)連續(xù)功能圖（CFC）和順序功能圖 SFC（順序功能圖）
C語言,，功能塊生成器
SIMATIC TDC 是一款模塊式多處理器系統(tǒng)，由一個(gè)或多個(gè)機(jī)架構(gòu)成,。機(jī)架配備有 CPU,、I/O 模塊和通訊模塊
UR5213 機(jī)架
電磁屏蔽 19" 的 UR5213 機(jī)架允許具有大能力儲(chǔ)備的硬件的可擴(kuò)縮式的擴(kuò)展。適合于安裝在墻上和機(jī)柜安裝,，帶有一個(gè)集成電源,，電源帶有有源冷卻和內(nèi)部監(jiān)視裝置。通過插入多 20 個(gè) CPU 或者把多 44 個(gè)機(jī)架連接起來以提高性能,。
中央處理單元 CPU551
中央處理單元 CPU551 適用于具有非常高的計(jì)算要求的開環(huán)和閉環(huán)控制任務(wù),。CPU 根據(jù)可調(diào)的掃描間隔可以確保實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的循環(huán)處理。
I/O 模塊 SM 500
SM500 I/O 模塊可以為連接數(shù)字和模擬 I/O提供豐富的選件,。此外,，還可以連接增量位置編碼器和值編碼器。
CP50M1,、CP51M1通訊模塊
CP50M0 和 CP51M1 通訊模塊可以為試運(yùn)行,、過程控制和 HMI 提供高性能的通訊。它們可以處理 MPI,、PROFIBUS DP 協(xié)議,，以及使用 TCP/IP 和/或 UDP 協(xié)議的以太網(wǎng)。
全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器 GDM
通過全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器（GDM）,，一系列帶有 CP52x0 的機(jī)架可以相互通訊,，能夠擴(kuò)展出幾乎無限的計(jì)算能力。通過光纜和共享存儲(chǔ)器多有 44 個(gè)機(jī)架可以互聯(lián),。除了機(jī)架間的通訊,，GDM 還可以實(shí)現(xiàn)同步（掃描時(shí)間、時(shí)鐘時(shí)間）和報(bào)警功能,。更新時(shí)間設(shè)置為 < 1 ms,。
框架連接模塊 CP53M0
CP53M0 框架連接模塊可以提供以下功能：
把 SIMATIC TDC 系統(tǒng)耦合到 SIMADYN
D 系統(tǒng)把 SIMATIC TDC 系統(tǒng)耦合到另外兩個(gè) SIMATIC TDC 機(jī)架上
用于 CPU 模塊與機(jī)架間數(shù)據(jù)交換通訊緩沖器
德國在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域處于優(yōu)秀地位。在電力矩陣中,，可再生能源發(fā)電也正在發(fā)揮日益重要的作用,。盡管如此,，專家仍在仔細(xì)考慮，哪種市場模式適合能源轉(zhuǎn)型,。不過,，在這方面的一大技術(shù)挑戰(zhàn)，即平衡風(fēng)電和太陽能發(fā)電所造成的電力波動(dòng),，可能很快就會(huì)得以解決,。研究項(xiàng)目Kombikraftwerk 2表明，即便上網(wǎng)電力全部來自可再生能源發(fā)電,，德國的電網(wǎng)也能穩(wěn)定運(yùn)行,。項(xiàng)目合作伙伴（包括西門子中央研究院）還指出，如果太陽能,、風(fēng)能與生物質(zhì)發(fā)電廠能夠彼此連接,，形成一個(gè)以智能方式控制的電廠，將有助于系統(tǒng)穩(wěn)定,。
除風(fēng)能,、太陽能、生物質(zhì)能和地?zé)犭姀S外,，水電站,、抽水蓄能電站和電轉(zhuǎn)氣設(shè)施也是項(xiàng)目方案的重要組成部分。剩余電力用于電解,，產(chǎn)生氫氣,，而氫氣與從火力發(fā)電廠的廢氣中分離的二氧化碳結(jié)合，形成甲烷,，然后送入公共燃?xì)夤芫W(wǎng),。每當(dāng)出現(xiàn)電力瓶頸，燃?xì)怆姀S即可利用這種甲烷來生產(chǎn)電力,。根據(jù)天氣數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù),，能夠極為詳細(xì)地模擬計(jì)算出一年中每小時(shí)的電力供需量，并確定如何在電網(wǎng)中傳輸電力,。
電網(wǎng)頻率和電壓必須保持穩(wěn)定,，目的是防止停電。因此,，電廠需要提供能夠應(yīng)對這種情況的電力,。為了在發(fā)生頻率和電壓變化的情況下保證電力儲(chǔ)備，風(fēng)電機(jī)組葉片的設(shè)置要進(jìn)行調(diào)整,，以降低輸出功率,，并且需要使用將電力送入電網(wǎng)的逆變器，對光伏電站發(fā)電量加以限制,。模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場測試表明,，由可再生能源,、燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的聯(lián)合電廠可在短短幾秒之內(nèi)提供所需的電力。
西門子的專家們就如何更經(jīng)濟(jì)地建設(shè)電解廠和沼氣電站進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算,，并確定了電網(wǎng)的擴(kuò)張幅度,。此外，他們還計(jì)算出了每個(gè)瞬間和每個(gè)位置的電網(wǎng)電量,，并通過與漢諾威大學(xué)的合作研究,，得出所需的無功控制功率。這樣,，他們能夠詳細(xì)描繪出如何在長達(dá)一年的時(shí)間內(nèi)讓電網(wǎng)始終保持穩(wěn)定,。
除西門子外，為期三年的Kombikraftwerk 2項(xiàng)目合作伙伴還包括德國氣象服務(wù)局,、Enercon公司,、弗勞恩霍夫風(fēng)能及能源系統(tǒng)技術(shù)（IWES）研究所、?kobit,、漢諾威萊布尼茲大學(xué)、SMA太陽能技術(shù)公司,、SolarWorld和德國可再生能源機(jī)構(gòu),。
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