西門子6FC5410-0AY03-1AA0上海盟疆自動化（shimu）優(yōu)勢產(chǎn)品; PLC ,、屏、變頻器,、電纜及通訊卡,、數(shù)控、網(wǎng)絡(luò)接頭,、伺服驅(qū)動,、 凡在公司采購西門子產(chǎn)品，均可質(zhì)保
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SINUMERIK 810DE CNC 硬件 CCU3.4 帶有 CNC 軟件 （出口） 512 Kb NC 存儲器 （大擴展容量 2.5 Mb) PLC：96KB（大擴展容量 480kB） 針對 PROFIBUS-DP 準備就緒

 

 

 

問：如何解決G120變頻器使用二進制方式多段速在速度切換時DI觸點的動作配合不同步造成的速度波動,？

答：可使用格雷二進制碼方式的多段速解決此問題,。

配備CU240B/E-2 和PM240的G120變頻器具備多段速給定功能，多段速的給定分為兩種：直接給定和二進制給定,。
在直接給定方式時,，變頻器的終速度給定值是由多四個DI對應(yīng)的速度值之和來決定的,，此種應(yīng)用多用于總的段速較少的情況下，例如只有4個固定速度,，較少出現(xiàn)段速切換的速度波動,。但是在選擇二進制方式給定時，往往會在換檔間隙出現(xiàn)設(shè)定值的波動,，為此我們可以采用格雷碼二進制方式來避免這種波動,。

在使用二進制給定時，變頻器多支持15個速度,，在從0速到15速的切換過程中,，變頻器可能需要同時改變變頻器多個DI的狀態(tài)。
以圖2-1所示的應(yīng)用為例,，配置三個DI輸入作為多段速信號源,，除0速外，一共有7個段速,。升速操作時需要從0速檔依次增加到7速檔,，降速操作時，從7速檔依次降低至0速檔,。

圖2-1 多段速控制接線示例

使用二進制方式多段速的相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：
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
正常升降速操作時,，例如：從3檔（多段速DI狀態(tài)011）切換到4檔（多段速DI狀態(tài)100），多段速DI的三個位全都發(fā)生了變化,，如果按圖1的接線方式,，需要S1，S2,，S3三個開關(guān)的狀態(tài)同時改變狀態(tài),。由于手動操作不可能*同時改變?nèi)齻€開關(guān)的狀態(tài)，此時在換擋的間隙如果有配合不嚴密,，就會造成給定速度的波動,。
此時的多段速切換波形如圖2-2所示：

圖2-2 普通二進制方式下的速度切換波形圖示

我們看到，多段速切換間隙會有波動,，例如在3檔變4檔時,，由于DI3，DI從1變?yōu)?,，但是由DI5從0變?yōu)?沒有與DI3,，DI4保持*同步，所以出現(xiàn)了瞬間的000狀態(tài),，速度設(shè)定值發(fā)生了波動，影響到負載驅(qū)動,。6檔變5檔時,，4檔變3檔時,，以及2檔變1檔時也都出現(xiàn)了類似的波動情況。

為避免二進制方式的固定速度切換時出現(xiàn)的波動,，我們可以使用各類二進制碼方式對速度進行給定,。格雷二進制碼的特點是從0000~1111的依次步進時，每次只變化一個位,。如表3-1所示為四位5二進制碼與格雷二進制碼的對照,。

表3-1 四位二進制碼與格雷二進制碼對照表

十進制段速	自然二進制碼	格雷碼
0	0000	0000
1	0001	0001
2	0010	0011
3	0011	0010
4	0100	0110
5	0101	0111
6	0110	0101
7	0111	0100
8	1000	1100
9	1001	1101
10	1010	1111
11	1011	1110
12	1100	1010
13	1101	1011
14	1110	1001
15	1111	1000

如果我們引入格雷二進制碼方式，從3檔切換到4檔,，就是從010切換到110,，此過程只需要切換DI5的狀態(tài)即可，由于只改變了S3的狀態(tài),，因此不存在需要跟其他開關(guān)配合的問題,，保證了速度不會產(chǎn)生波動。

此例使用各類二進制碼方式的多段速相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：

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

使用格雷二進制碼的多段速切換狀態(tài)如圖3-1所示,，看到段速的依次切換不再有突變,。

圖3-1 格雷二進制碼方式多段速切換的波形圖

特別是在手動逐級切換速度的場合，使用各類二進制碼方式設(shè)計主令開關(guān)時序,，可以提高設(shè)備速度平滑性,。

ASi網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品做為西門子分布式傳感器層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，具有安裝簡易,，維護方便,，價格低廉等特點，同時,，做為網(wǎng)絡(luò)通訊的一種,，還為傳感器在現(xiàn)場的大規(guī)模應(yīng)用提供了快速，安全的信號傳輸方式,。其小安裝節(jié)點只有1個,，因而能夠滿足現(xiàn)場絕大多數(shù)的工藝要求。同時,，做為現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的一種,，ASi網(wǎng)絡(luò)也提供了故障安全產(chǎn)品和協(xié)議（ASi Safe），還提供了能夠進行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān),，使得故障安全產(chǎn)品還能應(yīng)用在Profibus或者ProfiNet網(wǎng)絡(luò)中,。本文將介紹ASi網(wǎng)絡(luò)中如何實現(xiàn)ASi safe 以及在如何使用網(wǎng)關(guān)通過ASi網(wǎng)絡(luò)控制G120F 型變頻器的安全功能。

1 ASi網(wǎng)絡(luò)介紹
AS-interface(AS-i) 是執(zhí)行器（actuator）與傳感器（sensor）接口（interface）的簡稱,。是工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)中底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,，主要用于連接現(xiàn)場的傳感器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)。
ASi總線連接電纜為黃色的扁平電纜,，電源電纜為黑色的扁平電纜,，由于ASi網(wǎng)絡(luò)即能傳輸電源又能傳輸信號,，因而節(jié)省了大量的現(xiàn)場布線。同時,，由于ASi連接方便,，又節(jié)省了大量的人力成本以及維護成本，因而是現(xiàn)場總線應(yīng)用中非常經(jīng)濟實用的一種,。

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圖1 現(xiàn)場總線的“金字塔”模型

1．1 ASi 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
ASi具有多種組網(wǎng)方式,，使用非常靈活，其網(wǎng)絡(luò)拓撲可以是星形,，總線型以及樹型,。整個網(wǎng)絡(luò)可以從任何一個節(jié)點向外擴展。例如（圖3,、圖4,、圖5）：

圖2 線形網(wǎng)絡(luò)拓撲

圖3 星形網(wǎng)絡(luò)拓撲

圖4 樹型網(wǎng)絡(luò)拓撲

其中線型網(wǎng)絡(luò)拓撲簡單，所有的連接的從站節(jié)點均串聯(lián)在ASi總線上,；星形網(wǎng)絡(luò)拓撲中,，較廣泛分布的從站節(jié)點均連接到主站上，其中少量的節(jié)點還可以串聯(lián)在一起,；而樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是星形網(wǎng)絡(luò)的一種拓展,，所有的網(wǎng)絡(luò)分支均可連接到“根”節(jié)點。

1．2 ASI網(wǎng)絡(luò)連接
ASi網(wǎng)絡(luò)中至少應(yīng)包括主站,，電源以及ASi從站,，ASi網(wǎng)絡(luò)是一種單主站系統(tǒng)（圖5）。
一個AS-Interface網(wǎng)絡(luò)可以支持31個標準站或62個A/B站,。其中標準站和A/B站可以結(jié)合在一起使用,。網(wǎng)絡(luò)中多可以使用4個沒有地址的站點： 例如safety monitors，ground fault monitoring module等,。如果網(wǎng)絡(luò)中使用中繼器將網(wǎng)絡(luò)隔離成不同的網(wǎng)段,，則每個網(wǎng)段多可以有4個沒有地址的站點。但這些站點都需要占用標準從站的地址,，即此時標準站的數(shù)目將相應(yīng)的減少,。

圖5 ASi網(wǎng)絡(luò)

ASi網(wǎng)絡(luò)還可以做為一個子網(wǎng)，通過網(wǎng)關(guān)連接到上層的Profibus或者ProfiNet網(wǎng)絡(luò)中（圖6）,。此時ASi主站既做ASi網(wǎng)絡(luò)的主站,，同時又是上層網(wǎng)絡(luò)的從站。

圖6 ASi網(wǎng)絡(luò)連接到Profibus或者ProfiNet網(wǎng)絡(luò)

1．3 ASI網(wǎng)絡(luò)拓展
（1）在沒有額外中繼設(shè)備的情況下,，每個ASi網(wǎng)段的通訊距離是100米,。如果通過中繼器進行拓展，則多可以串聯(lián)2個中繼器,，線型網(wǎng)絡(luò)距離達到300米,。但每個網(wǎng)段都需要一個單獨的電源供電（圖7）,。

圖7 每個網(wǎng)段100米

（2）使用“Extension Plug（拓展插頭）”進行網(wǎng)絡(luò)拓展時，可將網(wǎng)絡(luò)距離加倍,，增加到200米，但中間不能使用任何中繼設(shè)備（圖8）,。

圖8 使用拓展插頭進行網(wǎng)絡(luò)拓展

（3）當網(wǎng)絡(luò)中既有“Extension Plug（拓展插頭）”又有中繼器時,，可以將中繼器加在“Extension Plug（拓展插頭）”的后面，但不能串聯(lián),，因而多可將網(wǎng)絡(luò)拓展到600米（圖9）,。

圖9 網(wǎng)絡(luò)中同時使用拓展插頭和中繼器

2 ASIsafe 介紹
在標準AS-I 網(wǎng)絡(luò)中加入Safety，需要：Safety monitor和Safe slaves,。
對于已存在的網(wǎng)絡(luò),，通過ASIsafe可以更容易的實現(xiàn)與安全相關(guān)的功能的擴展而無需使用故障安全型的PLC或者特殊的主站。
DP / AS-i F-Link 將ASIsafe 網(wǎng)絡(luò)集成到PROFIBUS 或 PROFINET的安全網(wǎng)絡(luò)中,。通過PROFIsafe,， DP / AS-i F-Link 將ASIsafe網(wǎng)絡(luò)連接到安全控制器。DP / AS-i F-Link將AS-i主站（網(wǎng)關(guān)）與safety monitor結(jié)合在一起,。此時的網(wǎng)絡(luò)中需要：
1） DP / AS-i F-Link
2） Safe slaves

2．1 DP / AS-i F-Link
通過DP / AS-i F-Link 實現(xiàn)安全功能包括：
1） PROFIBUS DP主站做為安全控制器通過DP / AS-i F-Link 與 AS-i slaves通訊,。 AS-i通訊內(nèi)容在PROFIBUS DP 主站中被劃分為兩個相鄰的數(shù)據(jù)區(qū)：分別為標準數(shù)據(jù)區(qū)和 PROFIsafe 數(shù)據(jù)區(qū)。 DP / AS-i F-Link 是 PROFIBUS DP-V1 的從站和AS-i 主站,，從而實現(xiàn)通過PROFIBUS DP來訪問 AS-I 數(shù)據(jù),。
2）DP / AS-i F-Link可以將與安全相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)從ASIsafe從站通過PROFIsafe協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到PROFIBUS DP 主站。無需額外的安全電纜或者安全監(jiān)視器等設(shè)備,。
3）二進制或者模擬量都可以被傳輸,。安全從站是提供故障安全輸入的設(shè)備，例如急停按鈕,，光柵,，激光掃描儀等。這些設(shè)備高可以達到Category 4 （ EN 954-1 ）,，SIL3（ IEC 61508 ）或者PL e （ EN ISO 13849-1 ）的安全等級,。
4）安全數(shù)據(jù)是通過動態(tài)的，安全的傳輸協(xié)議在安全從站與DP / AS-i F-Link 之間傳輸?shù)?。在每個周期,， DP / AS-i F-Link 將按照事先定義的算法從每個連續(xù)變化的從站數(shù)據(jù)中預(yù)算一個特定的報文。

圖11 DP / AS-i F-Link的工作原理

通過DP / AS-i F-Link 以及IE/PB Link 等網(wǎng)橋,，我們可以將ASI 網(wǎng)絡(luò)連接到Profibus或者Profinet網(wǎng)絡(luò)中,，同時通過ASIsafe 以及Profisafe等協(xié)議的保證，可以將ASIsafe 信號傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)上的其它故障安全的站點實現(xiàn)控制功能（圖12）,。

圖12 ASIsafe 網(wǎng)絡(luò)與Profibus以及Profinet的連接

 

2．2 ASIsafe 網(wǎng)絡(luò)器件
相關(guān)ASIsafe的網(wǎng)絡(luò)器件包括：

1） DP/ASI F link

? 緊湊型的,，安全相關(guān)的DP與ASI網(wǎng)關(guān),。做為ASIsafe的 主站，不再需要額外的ASI主站,； ? 可以集成在STEP7中進行組態(tài),，也可以通過手動進行 參數(shù)設(shè)置； ? 可以滿足 Category 4 (EN 954-1) / SIL 3(IEC 61508) / PL e (EN ISO 13849-1)的安全應(yīng)用,。

2） 安全ASI模板

? IP20/IP65/IP67的防護等級,； ? 緊湊型設(shè)計，輸入點數(shù)較少,，帶有 標準輸入/輸出,。

3） 急停裝置

? IP65/IP67防護等級； ? 可以直接連接到ASI網(wǎng)絡(luò),； ? 金屬或者塑料設(shè)計,； ? 按鈕、指示燈,、蘑菇頭以及選擇開關(guān)可以 任意組合,，只需一根網(wǎng)線,。

4）位置開關(guān)等

? IP65防護等級； ? 直接連接； ? 執(zhí)行器或者鎖機構(gòu)可分離,； ? 金屬或者塑料設(shè)計,。

5）光電感應(yīng)設(shè)備（光柵,、激光掃描儀）

? IP65防護等級,； ? 激光掃描：Cat3、SIL2或者PLd等級,； ? 光柵：Cat4,、SIL3或者PLe等級。

6）編址器

? ASI設(shè)備的地址設(shè)定,； ? 讀 ID code,； ? 參數(shù)設(shè)定，ASI 電壓測量,； ? 存配置信息,。

3 ASIsafe與G120F的應(yīng)用

圖13 ASisafe與G120F

在本應(yīng)用中，使通過ASIsafe將ASI網(wǎng)絡(luò)中的安全模板連接在一起,，然后通過DP/ASi F link 將ASIsafe 集成到Profisafe中,，通過DP連接到Safety PLC以及G120F，從而控制G120F的安全功能,。
首先通過編址器,，為每一個ASi設(shè)備進行地址設(shè)定。設(shè)地址時，應(yīng)該保證每個設(shè)備是單獨連接在網(wǎng)絡(luò)中或者直接連接在編址器上,。

3．1 硬件連線
ASI總線的連接較為簡單,。由于ASI信號電纜為扁平電纜，且有方向性,，因而連接不易出錯,。這里介紹一下ASI安全型模板的接線。
在本應(yīng)用中,，使用到了兩種ASI安全型模板,，分別是：K45(3RK1405-1BG00-0AA2)和
S22(3RK1205-0BE00-0AA2)。
對于這兩種F信號的輸入模板,，需要注意其F-IN信號的連接方式。否則該模板將不能正常工作：

1） S22(3RK1205-0BE00-0AA2) 對于該模板,，具有2個F-IN通道,，因而可以 實現(xiàn)1oo1或者1oo2的連接，從而達到SIL2/ SIL3的安全等級應(yīng)用,。 對于SIL2的應(yīng)用,，雖然模板只需要連接一個 F-IN通道，但模板本身還是檢測兩個通道,， 因此注意將另外一個通道短接（圖14）,；

圖14 SIL2的接線方式

 

對于SIL3的應(yīng)用，需要使用雙觸點或者兩個 單觸點,，注意不能使用一個單觸點并聯(lián)在兩 個通道上的接線方式（圖15）,。

圖15 SIL3的接線方式

 

2） K45（3RK1405-1BG00-0AA2）
同樣注意SIL2和SIL4的接線方式：

圖16 SIL2的接線方式