化工儀器網(wǎng)
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西門子6FC5410-0AY01-0AA0
6FC5410-0AY01-0AA0
SINUMERIK 810DE CCU1 模塊,，帶 PLC314 帶出口系統(tǒng)軟件 256 KByte NC 存儲(chǔ)器 （大擴(kuò)展容量 1.5 Mb） PLC：64KB（大擴(kuò)展容量 128KB）
1 SINAMICS G120的效率優(yōu)化功能
什么是效率優(yōu)化
效率優(yōu)化是在矢量控制中負(fù)載較輕時(shí)，為提高電機(jī)效率,，降低電機(jī)勵(lì)磁損耗而采取的弱磁控制,。可以降低電機(jī)損耗,，減少電機(jī)噪聲,。
效率優(yōu)化適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載或輕載應(yīng)用，與V/F控制中的ECO功能類似,，目的均為降低電機(jī)磁通,，提高電機(jī)效率
圖1 效率優(yōu)化曲線
G120的效率優(yōu)化功能
與效率優(yōu)化有關(guān)的參數(shù)如下表所示：
P1570 | 磁通設(shè)定值 / 磁通設(shè)定值 |
P1580 | 效率優(yōu)化 / 效率優(yōu)化 |
表1 與效率優(yōu)化有關(guān)的參數(shù)
圖2 效率優(yōu)化部分的功能圖
從功能圖可以看出：在弱磁段，經(jīng)過P1580修改的磁通與弱磁控制器輸出的值是二者取小的關(guān)系,。
當(dāng)P1580=0時(shí),，效率優(yōu)化功能禁用，如圖3,。
圖3 效率優(yōu)化未激活時(shí)的磁通變化
1段轉(zhuǎn)速為1000rpm/min,；2段轉(zhuǎn)速為1800rpm/min，紫色曲線為磁通
從曲線可以看出,，如果不使能效率優(yōu)化功能,，在恒轉(zhuǎn)矩段，磁通r84=100%
在恒功率段,，磁通按照弱磁曲線降低,，在1800rpm/min時(shí),，磁通為90%*P1570
|
當(dāng)P1580≠0時(shí),，變頻器按照上圖實(shí)現(xiàn)不同的效率優(yōu)化效果，如圖4,。
圖4 效率優(yōu)化激活時(shí)（P1580=10%）的磁通變化
1段轉(zhuǎn)速為1000rpm/min,，2段轉(zhuǎn)速為1800rpm/min，紫色曲線為磁通
從曲線可以看出,，如果使能效率優(yōu)化功能之后,，
在恒轉(zhuǎn)矩段，磁通經(jīng)過按照圖2-1的曲線優(yōu)化之后為95%*P1570,。
在恒功率段,，經(jīng)過P1580優(yōu)化后的磁通要高于弱磁控制器輸出的磁通，因此磁通為90%*P1570
效率優(yōu)化功能總結(jié)
l 效率優(yōu)化功能可以降低不*負(fù)載范圍內(nèi)的電機(jī)損耗 ,，減少電機(jī)發(fā)出的噪音
l 效率優(yōu)化是一種主動(dòng)弱磁的手段,，以達(dá)到節(jié)能效果
l 只有在動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求較低的應(yīng)用中，例如：水泵和風(fēng)機(jī)，才推薦使用該功能,。
l 效率優(yōu)化功能優(yōu)化后的磁通量會(huì)與弱磁控制器輸出的磁通量比較,，較小的值起作用
l 效率優(yōu)化功能會(huì)對弱磁產(chǎn)生影響，推后進(jìn)入恒功率段的點(diǎn)
．控制系統(tǒng)原理和接線圖
下圖是本例中所使用的原理和接線圖,。
圖1:控制系統(tǒng)原理和接線圖
2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：
1）S7-1211C CPU,。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU,。
這三種類型的CPU都可以使用USS通信協(xié)議通過通信模塊CM1241 RS485來實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信,。
本例中使用的PLC硬件為：
1）PM1207電源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
4) 模擬器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )
本例中使用的G120變頻器硬件為：
1） SINAMICS G120 PM240 （6SL3244-0BA20-1BA0）
2） SINAMICS G120 CU240S（6SL3224-0BE13-7UA0）西門子6FC5410-0AY01-0AA0
3） SIEMENS MOTOR (1LA7060-4AB10)
4） 操作面板 ( XAU221-001469)
5） USS 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)
3．軟件需求
1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)
4．組態(tài)
我們通過下述的實(shí)際操作來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態(tài)S7-1214C 和G120變頻器的USS通信。
4. 1 PLC 硬件組態(tài)
首先在Step7 Basic V10.5中建立一個(gè)項(xiàng)目,，如圖1所示,。
圖2： 新建S7 1200項(xiàng)目
在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊,，如圖2所示,。
圖3： S7 1200硬件配置
在CPU的屬性中，設(shè)置以太網(wǎng)的IP地址,，建立PG與PLC的連接,，如下圖所示。
圖4： S7 1200 IP地址的設(shè)置
4. 2 G120參數(shù)設(shè)置
變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表所示,。
| 序號(hào) | 功能 | 參數(shù) | 設(shè)定值 |
| 1 | 工廠設(shè)置復(fù)位 | P0010 | 30 |
| 2 | 工廠設(shè)置復(fù)位 | P970 | 1 |
| 3 | 快速啟動(dòng)設(shè)置 | P0010 | 1 |
| 4 | 電機(jī)額定電壓 | P0304 | 380V |
| 5 | 電機(jī)額定功率 | P0307 | 5.5KW |
| 6 | 電機(jī)額定頻率 | P0310 | 50Hz |
| 7 | 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 | P0311 | 1350r/min |
| 8 | USS命令源 | P0700 | 5 |
| 9 | 頻率設(shè)定源 | P01000 | 5 |
| 10 | 小電機(jī)頻率 | P1080 | 0.0Hz |
| 11 | 大電機(jī)頻率 | P1081 | 50.0Hz |
| 12 | 啟動(dòng)斜坡時(shí)間 | P1120 | 10.0S |
| 13 | 延遲斜坡時(shí)間 | P1121 | 10.0S |
| 14 | 結(jié)束快速啟動(dòng)設(shè)置 | P3900 | 1 |
| 15 | 激活專家模式 | P0003 | 3 |
| 16 | 參考頻率 | P2000 | 50.0Hz |
| 17 | USS數(shù)據(jù)傳輸速度 | P2010 | 9 |
| 18 | USS從站地址 | P2011 | 1 |
| 19 | USS PZD長度 | P2012 | 2 |
| 20 | USS PKW長度 | P2013 | 4 |
| 21 | 通信監(jiān)控 | P2014 | 0 |
| 22 | 在E2PROM 保存數(shù)據(jù) | P0971 | 1 |
| 23 | 激活專家模式 | P0003 | 3 |
| 24 | 激活參數(shù)模式 | P0010 | 30 |
| 25 | 從G120中傳輸參數(shù)到BOP | P0802 | 1 |
表1 ：G120變頻器的參數(shù)設(shè)置
注意：表1中的17,，18，19,，20 這四項(xiàng)參數(shù)值的設(shè)置必須使PLC的參數(shù)值與變頻器的參數(shù)值相*,。而19，20這兩個(gè)參數(shù)值必須設(shè)置成如表1中的值,，否則有可能變頻器與S7-1200通信有如下問題：可能不能讀出從變頻器反饋回來的參數(shù)值,。
5．USS通信原理與編程的實(shí)現(xiàn)
5. 1 S7 1200 PLC與G120 通過USS通信的基本原理
S7 1200提供了的USS庫進(jìn)行USS通信，如下圖所示：
圖5： S7 1200 的USS庫
USS_DRV 功能塊是S7-1200 USS通信的主體功能塊,，接受變頻器的信息和控制變頻器的指令都是通過這個(gè)功能快來完成的,。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用,。
USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設(shè)置通信的接口參數(shù),。可在主OB或中斷OB中調(diào)用,。
USS_RPM功能塊是通過USS通信讀取變頻器的參數(shù),。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用,。
USS_WPM功能塊是通過USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù),。必須在主 OB中調(diào)用,，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
這些功能塊與變頻器之間的控制關(guān)系如下圖所示：
圖6： USS 通信功能塊與變頻器的控制關(guān)系
USS_DRV功能塊通過USS_DRV_DB數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)與USS_PORT功能塊的數(shù)據(jù)接收與傳送,，而USS_PORT功能塊是S7-1200 PLC CM1241 RS485模塊與變頻器之間的通信接口,。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與變頻器的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。
每個(gè)S7-1200 CPU多可帶3個(gè)通信模塊,，而每個(gè)CM1241 RS485通信模塊多支持16個(gè)變頻器,。因此用戶在一個(gè)S7-1200 CPU中多可建立3個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)多支持16個(gè)變頻器,，總共多支持48個(gè)USS變頻器,。
5. 2 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的編程
1．USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如下圖所示。
圖7： USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS_PORT功能塊用來處理USS網(wǎng)絡(luò)上的通信,，它是S71200 CPU與變頻器的通信借口,。每個(gè)CM1241 RS485模塊有且必須有一個(gè)USS_PORT功能塊。
PORT：指的是通過哪個(gè)通信模塊進(jìn)行USS通信,。
BAUD：指的是和變頻器進(jìn)行通行的速率,。 變頻器的參數(shù)P2010種進(jìn)行設(shè)置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時(shí)的USS數(shù)據(jù)塊,。每個(gè)通信模塊多可以有16個(gè)USS數(shù)據(jù)塊,，每個(gè)CPU多可以有48個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，具體的通信情況要和現(xiàn)場實(shí)際情況相聯(lián)系,。每個(gè)變頻器與S7-1200進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)塊是一的,。
ERROR：輸出錯(cuò)誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態(tài),。
S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本身的掃描周期不同步的,，在完成一次與變頻器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多個(gè)掃描,。
USS_PORT通信的時(shí)間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時(shí)間,，不同的通信波特率對應(yīng)的不同的USS_PORT通信間隔時(shí)間。下圖列出了不同的波特率對應(yīng)的USS_PORT小通信間隔時(shí)間,。
圖8：不同的波特率對應(yīng)的USS_PORT小通信間隔時(shí)間
USS_PORT在發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí),，通常進(jìn)行3次嘗試來完成通信事件,，那么S7-1200與變頻器通信的時(shí)間就是USS_PORT發(fā)生通信超時(shí)的時(shí)間間隔,。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT與變頻器通信的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)大于小的調(diào)用時(shí)間間隔,，即大于36.1Ms而小于109Ms,。S7-1200 USS 協(xié)議庫默認(rèn)的通信錯(cuò)誤超時(shí)嘗試次數(shù)是2次。
基于以上的USS_PORT通信時(shí)間的處理,，我們建議在循環(huán)中斷OB塊中調(diào)用USS_PORT通信功能塊,。在建立循環(huán)中斷OB塊時(shí),，我們可以設(shè)置循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間，以滿足通信的要求,。循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置如下圖所示：
圖9：循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置
西門子LOGO定貨號(hào) 注釋
6ED1052-1MD00-0BA5 西門子LOGO,！12/24 RC* 8DI（2AI)入/4出繼電器，電源電壓24VDC,有模擬量輸入
6ED1052-1CC00-0BA6 西門子LOGO,！24 8DI(2AI)入/4出晶體管,，電源電壓24VDC
6ED1052-1HB00-0BA6 西門子LOGO！24RC 8入4出繼電器,，電源電壓24VDC
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6ED1052-2MD00-0BA6 西門子LOGO,！12/24 RCo 8DI（2AI)入/4出繼電器,，電源電壓24VDC,有模擬量輸入
6ED1052-2CC00-0BA6 西門子LOGO！24o 8DI(2AI)入/4出晶體管,，電源電壓24VDC
6ED1052-2HB00-0BA6 西門子LOGO,！24RCo(AC) 8入4出繼電器，電源電壓24VDC
6ED1052-2FB00-0BA6 西門子LOGO,！230RCo 8入4出繼電器,，電源電壓220VAC
6ED1055-1MB00-0BA1 西門子LOGO！DM8 12/24RC
6ED1055-1CB00-0BA0 西門子LOGO,！DM8 24
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6ED1055-1MA00-0BA0 西門子LOGO,！AM2
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6ED1056-5CA00-0BA0 西門子程序模塊（棕色卡）
6ED1057-1AA00-0BA0 西門子LOGO PC電纜
西門子SITOP電源定貨號(hào) 注釋
6EP1 331-1SH02 西門子單相220VAC輸入,，輸出24VDC 1.3A
6EP1 331-2BA00 西門子單相220VAC輸入,，輸出24VDC 2A
6EP1 332-2BA00 西門子單相220VAC輸入，輸出24VDC 3.8A
6EP1 332-2BA10 西門子單相120/220VAC輸入,，輸出24VDC 2.5A
6EP1 333-2AA00 西門子單相220VAC輸入,，輸出24VDC 5A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 333-2AA01 西門子單相120/230VAC輸入，輸出24VDC 5A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 333-2BA00 西門子單相120VAC/220VAC輸入,，輸出24VDC 5A
6EP1 333-2BA01 西門子單相120VAC/220VAC輸入,，輸出24VDC 5A
6EP1 333-3BA00 西門子單相120VAC/220to500VAC輸入，輸出24VDC 5A
6EP1 334-2AA00 西門子單相220VAC輸入,，輸出24VDC 10A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 334-2AA01 西門子單相120/220VAC輸入,，輸出24VDC 10A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 334-2BA00 西門子單相220VAC輸入,，輸出24VDC 10A
6EP1 334-2BA01 西門子單相220VAC輸入，輸出24VDC 10A
6EP1 334-3BA00 西門子單相120/220VACto500VAC輸入,，輸出24VDC 10A
6EP1 336-2BA00 西門子單相220VAC輸入,，輸出24VDC 20A
6EP1 336-3BA00 西門子單相220VAC輸入，輸出24VDC 20A 工業(yè)可并聯(lián)
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6EP1 434-2BA00 西門子三相380VAC輸入,，輸出24VDC 10A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 436-2BA00 西門子三相380VAC輸入,，輸出24VDC 20A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 332-2BA20 西門子三相380VAC輸入，輸出24VDC 20A 新型模塊式電源
6EP1 332-2BA30 西門子三相380VAC輸入,，輸出24VDC 30A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 333-2AA02 西門子三相380VAC輸入,，輸出24VDC 40A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 333-2AA03 西門子三相380VAC輸入，輸出24VDC 40A 工業(yè)可并聯(lián)
6EP1 252-0AA00 西門子單相230VAC輸入,，輸出41.5V/1.3A
6EP1 252-0AA01 西門子單相230VAC輸入,，輸出41.5V/2A
6EP1 457-3BA00 西門子三相380VAC輸入，輸出48VDC 20A 工業(yè)可并聯(lián)
SIYOUNG 電源
6EP0 123-2AA00-0AA0 西門子單相230VAC輸入,，輸出24VDC 2.5A
6EP0 123-2AA00-0AB0 西門子單相230VAC輸入,，輸出24VDC 4A
6EP0 123-3AA00-0AB0 西門子單相230VAC輸入，輸出24VDC 6A
6EP0 123-4AA00-0AB0 西門子單相230VAC輸入,，輸出24VDC 12A
化工儀器網(wǎng)