西門子6SE7021-6ES87-2DA1

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 ： 鄭鑫 

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1. 概述
         通常情況下，要實現(xiàn)HMI設備與V20變頻器的通訊，需要一個支持USS通訊或MODBUS通訊的PLC，比如S7-200系列PLC。其通訊電纜連接如圖1所示。PLC的一個通訊端口與觸摸屏連接，可以采用PPI協(xié)議通訊。PLC的另一個通訊端口與V20的RS485通訊端口連接，采用MODBUS協(xié)議通訊，PLC上編寫MODBUS主站程序，V20為從站。

圖1 觸摸屏通過PLC與V20變頻器通訊

         如果只需要對V2O變頻器做簡單的運行控制和變量監(jiān)視，那么上述配置中PLC的作用僅為數(shù)據(jù)中轉。這種情況下，觸摸屏直接和V20變頻器通訊，不僅能夠實現(xiàn)監(jiān)控功能，而且可以少用一個PLC，節(jié)省成本。采用西門子的SMART LINE系列觸摸屏能夠實現(xiàn)與V20變頻器直接通訊的功能。通訊電纜連接如圖2所示。SMART LINE觸摸屏作為MODBUS主站，V20為從站。

圖2 觸摸屏直接與V20變頻器通訊

2. 硬件設備及其安裝
        下面用一個實例來介紹Smart Line觸摸屏與一臺V20變頻器通過MODBUS通訊的實現(xiàn)方法。該例子中用到的主要硬件設備如表1所示，觸摸屏組態(tài)軟件為WinCC Flexible 2008 SP4 China。

表1 示例主要硬件設備

         硬件安裝步驟如下：
1）將變頻器、電機、觸摸屏固定在安裝工位上。
2）連接變頻器到電機的動力電纜和接地電纜。
3）連接供電電源到變頻器的動力電纜和接地電纜。
4）連接變頻器和觸摸屏的RS485通訊電纜。觸摸屏RS485的9針接口與 V20端子對應關系：3對應P+，8對應N-。
5）連接24V直流電源的交流進線電纜和到觸摸屏的直流供電電纜。

3. V20變頻器參數(shù)設置
        V20變頻器要采用MODBUS通訊，可以做如下設置：
1）變頻器恢復出廠參數(shù)：
P0010=30
P0970=21
2）變頻器快速調試，選擇Cn011-MODBUS通訊連接宏：
a)設置電網(wǎng)頻率和功率單位
b)輸入電機銘牌參數(shù)
c)選擇連接宏Cn011-MODBUS通訊
d)選擇應用宏AP000
Cn011連接宏對應參數(shù)如表2所示。

表2 Cn011對應參數(shù)設置

3）修改MODBUS通訊參數(shù)，其它參數(shù)為Cn011連接宏默認參數(shù)：
P2014[0]=0 不監(jiān)控報文間隔時間，否則可能會報F72故障
P2021[0]=3 MODBUS設備地址為3（與觸摸屏組態(tài)軟件中設置的從站地址*）

4. 觸摸屏組態(tài)
        在WinCC Flexible 2008 SP4 China軟件中組態(tài)Smart 1000 IE觸摸屏。詳細步驟如下：
1）創(chuàng)建項目。
        創(chuàng)建一個空項目，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建空項目

        選擇觸摸屏設備為Smart 1000 IE，如圖4所示。

圖4 選擇Smart 1000 IE觸摸屏

2）設置連接。
        在連接畫面中新建一個連接，相關參數(shù)設置如下：
通訊驅動程序：Modicon MODBUS
類型：RS485
波特率：9600
奇偶校驗：偶
數(shù)據(jù)位：8
停止位：1
組幀：RTU Standard
CPU類型：984
從站地址：3
        連接設置如圖5所示。

圖5 連接設置

3）添加變量。
        添加與變頻器監(jiān)控相關的10個變量，如表3所示。

表3 變量列表

        變量地址參照V20變頻器操作手冊，添加完成后的變量畫面如圖6所示。

圖6 添加變量

         速度設定值變量SetPoint是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉速，此處采用變量的線性轉換屬性，將-16384對應-1500，+16384對應+1500，如圖7所示。再采用變量的限制值屬性，將變量的輸入值限制在-1600和+1600之間，如果超出該限制值的范圍，則輸入不起作用。如圖8所示。

圖7 速度設定值變量線性轉換

圖8 速度設定值變量限制值

        速度反饋值變量Feedback也是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉速，此處也采用變量的線性轉換屬性，將-16384對應-1500，+16384對應+1500，如圖9所示。注意，圖9和圖7所示的線性轉換是*的。

圖9 速度反饋值變量線性轉換

4）添加畫面。
        項目生成時已經(jīng)有一個模板和一個畫面，此例僅用到一個畫面。修改畫面的名字為V20_Monitor，如圖10所示。

圖10 編輯之前的畫面V20_Monitor

5）編輯模板。
        模板中的對象在選擇使用模板的畫面中會顯示出來，此處把西門子的LOGO和退出Runtime的按鈕放置在模板中，如圖11所示。

圖11 編輯模板

         然后在按鈕的事件屬性中添加函數(shù)。在按鈕STOP RT事件屬性的單擊事件下添加StopRuntime函數(shù)，如圖12所示。

圖12 退出運行畫面按鈕事件設置

6）編輯畫面。
        在V20_Monitor畫面中放置IO域、文本域、按鈕、棒圖、圓形等對象。在文本域中輸入相應的文本，設置字號、顏色等，將相關對象分類排列整齊，完成后的V20_Monitor畫面如圖13所示。

圖13編輯完成的畫面V20_Monitor

        給10個IO域分別連接10個變量。

        其中控制字1和狀態(tài)字1采用16進制顯示，控制字1類型模式為輸入/輸出，狀態(tài)字1類型模式為輸出，如圖14所示。

圖14 控制字1對應IO域常規(guī)設置

         轉速設定、實際轉速、輸出電壓、直流電壓采用帶符號整數(shù)顯示，轉速設定類型模式為輸入/輸出，其它三個變量類型模式為輸出，如圖15所示。

圖15 實際轉速對應IO域常規(guī)設置

         輸出頻率、輸出電流、輸出轉矩、輸出功率采用帶符號整數(shù)顯示，并移動小數(shù)點2位，類型模式為輸出，如圖16所示。此處移動小數(shù)點2位的作用是將通訊接收到的值除以100并顯示在觸摸屏上，這樣做的理由是V20變頻器在發(fā)送這些值時將實際值乘了100。

圖16 輸出電流對應IO域常規(guī)設置

         除了用IO域來顯示實際轉速的數(shù)值外，還采用棒圖這種圖形化的形式來顯示實際轉速，編輯完成的棒圖外觀如圖17所示。

西門子6SE7021-6ES87-2DA1
圖17 編輯完成的棒圖外觀

         設置棒圖的常規(guī)屬性，其中連接變量為Feedback，zui大值設為2000，zui小值設為-2000，如圖18所示。

圖18 棒圖常規(guī)屬性設置

         設置棒圖的外觀，如圖19所示。

圖19 棒圖外觀屬性設置

         設置棒圖刻度，如圖20所示。

圖20 棒圖刻度屬性設置

          運行指示燈用來指示變頻器是否處于運行狀態(tài)，連接變量為StsWord1的第2位，運行時顯示綠色，非運行時顯示白色。其外觀動畫設置如圖21所示。

圖21 運行指示及其外觀動畫設置

         反轉指示燈用來指示變頻器是否處于反轉狀態(tài)，連接變量為StsWord1的第14位，反轉時顯示綠色，非反轉時顯示白色。其外觀動畫設置如圖22所示。

圖22 反轉指示及其外觀動畫設置

         故障指示燈用來指示變頻器是否處于故障狀態(tài)，連接變量為StsWord1的第3位，故障時顯示紅色，非故障時顯示綠色。其外觀動畫設置如圖23所示。

圖23 故障指示及其外觀動畫設置

         接著設置4個按鈕的功能，此處在按鈕的單擊事件下添加不同的函數(shù)來實現(xiàn)不同的功能。
啟動按鈕：添加SetValue函數(shù)，變量為CtrlWord1，值為1150（16進制047E）。再添加SetBitInTag函數(shù)，變量仍為CtrlWord1，位為0，如圖24所示。每次按下啟動按鈕，觸摸屏將先發(fā)送047E，再發(fā)送047F給V20變頻器，實現(xiàn)啟動功能。

圖24 啟動按鈕事件設置

          停止按鈕：添加ResetBitInTag函數(shù)，變量為CtrlWord1，位為0，如圖25所示。每次按下停止按鈕，控制字1的第0位將被復位為0，觸摸屏將發(fā)送047E給V20變頻器，實現(xiàn)OFF1停車功能。

圖25 停止按鈕事件設置

        反向按鈕：添加InvertBitInTag函數(shù)，變量為CtrlWord1，位為11，如圖26所示。每次按下反向按鈕，控制字1的第11位將做非運算，觸摸屏將相應的正轉或反轉指令發(fā)送給V20變頻器，實現(xiàn)轉向反向功能。

圖26 反向按鈕事件設置

         故障確認按鈕：添加SetBitInTag函數(shù)，變量為CtrlWord1，位為7。再添加ResetBitInTag函數(shù)，變量仍為CtrlWord1，位為7，如圖27所示。每次按下故障確認按鈕，觸摸屏將先發(fā)送1狀態(tài)的故障確認位，再發(fā)送0狀態(tài)的故障確認位給V20變頻器，給故障確認位一個上升沿，實現(xiàn)故障確認功能。

圖27 故障確認按鈕事件設置

5. 系統(tǒng)運行效果
        完成上述步驟之后，下載組態(tài)程序至觸摸屏中。實際運行效果證明：SMART LINE觸摸屏與V20變頻器通訊正常，觸摸屏可以通過四個按鈕控制變頻器運行、停止、反向以及故障確認；變頻器相關變量和狀態(tài)可以在觸摸屏上正確顯示。變頻器運行時觸摸屏顯示畫面如圖28所示。

圖28 變頻器運行時觸摸屏顯示畫面

USS 協(xié)議（Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口協(xié)議）是SIEMENS 公司所有傳動產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。USS協(xié)議是主-從結構的協(xié)議，規(guī)定了在USS 總線上可以有一個主站和zui多31個從站；總線上的每個從站都有一個站地址（在從站參數(shù)中設定），主站依靠它識別每個從站；每個從站也只對主站發(fā)來的報文做出響應并回送報文，從站之間不能直接進行數(shù)據(jù)通訊。

1設置傳動設備的通訊參數(shù)

1.1 傳動設備通訊的必要條件
要建立控制器與通訊設備的連接，必須為它們設置相關的通訊參數(shù)。對于初學者來說，可能會感覺相關通訊參數(shù)紛繁復雜，不好入手。下面分析一下建立USS通訊所必須的參數(shù)。

圖1控制器與傳動設備

要建立控制器與傳動設備的USS連接，對于傳動設備必須考慮以下zui基本問題：
1. 傳動設備是否需要設置成接收USS信號的模式？
2. 傳遞什么內(nèi)容的信號，都有哪些信號？
3. 主站以多快的速度進行通訊？
4. 對于支持一主多從通訊方式的USS通訊,主站如何找到從站？
5. 如果主站由于故障不再發(fā)送更新信息，從站應該如何響應？
針對這幾個zui基本的問題，傳動設備都有與之相關的參數(shù)設置，只要這些參數(shù)設置正確，就可以正常進行USS通訊。

表1 一些傳動設備與USS通訊有關的基本參數(shù)

1.2 MM440與G120的參數(shù)設置
與USS通訊有關的參數(shù)，MM440與G120一樣。這些參數(shù)很好的解決了前面所描述的傳動設備進行USS通訊時所必須考慮的基本問題。
P700，P1000設置成5，傳動設備就可以從USS通訊端口接收控制信號和頻率給定。
P2010可設定通訊波特率，數(shù)值含義見下表：

表2 MM440、G120USS波特率設置

P2011可設置作為從站的 傳動設備的站地址，范圍是1~31。
P2012可設置PZD（過程數(shù)據(jù)）的長度，默認值是2，zui大值是8。
P2013可設置PKW（參數(shù)數(shù)據(jù)）的長度：

表3 PKW字長

P2014可設置看門狗時間，單位為ms，這是一個很重要的參數(shù)。如果看門狗時間過后，USS從站還未收到主站報文，就會報錯；可以防止主站故障停機，電機照常運行的情況發(fā)生。

1.3 6SE70的參數(shù)設置
6SE70的參數(shù)相對復雜一點，對于不同的通訊端口，參數(shù)也不一樣。
首先來看如何選擇接口，也就是如何設置P053參數(shù)：

表4 P053接口選擇

對于USS通訊，常使用SCom1或SCom2接口，可設置P035為：
7=1+2+4（打開CBx，PMU，SCom1）
23=1+2+20（打開CBx，PMU，SCom2）

與MM440、G120不同，6SE70的命令源（控制字）是按位設置的，也就是說可以為控制字（常用的控制字為16位）的每一位單獨設置參數(shù)。

表5 命令源設定

P443用來設定頻率給定，在USS通訊中應設定為：

表5 命令源設定

其中x002的含義是使用PZD的第二個字做為主給定。

接下來的P700~P704這5個參數(shù)，每個參數(shù)有三組下標，每組標號對應一個通訊接口：
參數(shù)標號1：SCom1
參數(shù)標號2：SCom2
參數(shù)標號3：SCB
P700可設置從站（傳動設備）地址；對于同一個主站，每個從站的地址不能相同，低值范圍是1~31。
P701對應通訊波特率，可用的波特率為：

表6 設定波特率

P702，P703分別用來設定PKW和PZD的長度，參數(shù)范圍與MM440和G120相同。
P704可設置看門狗時間，單位為ms；默認為0，此時從站不對主站報文進行監(jiān)視。

2 設置控制器的通訊參數(shù)

2.1 CPU31xC-2PtP、CP340、CP341參數(shù)設置
對于這三種設備，參數(shù)設置界面與參數(shù)內(nèi)容都差不多，通訊協(xié)議都是ASCII。

圖2 CPU31xC-2PtP參數(shù)設置

其中波特率要與傳動設備波特率保持*，其他參數(shù)按圖2設置。
對于CP340：

圖3 CP340參數(shù)設置

也要注意波特率與傳動設備*，CP341的設置與CP340一樣。

2.2 S7-1200參數(shù)設置
對于S7-1200主要的參數(shù)設置如圖，其它參數(shù)保持默認。

圖4 S7-1200參數(shù)設置

波特率需要與傳動設備保持*。

S7400電源模塊
6ES7 407-0DA02-0AA0
6ES7 407-0KA02-0AA0
6ES7 407-0KR02-0AA0
6ES7 407-0RA02-0AA0
6ES7 405-0DA02-0AA0
6ES7 405-0KA02-0AA0
6ES7 405-0RA01-0AA0
6ES7 971-0BA00
CPU
6ES7 412-3HJ14-0AB0
6ES7 414-4HM14-0AB0
6ES7 417-4HT14-0AB0
6ES7 400-0HR00-4AB0
6ES7 400-0HR50-4AB0
6ES7 412-1XJ05-0AB0
6ES7 412-2XJ05-0AB0
6ES7 414-2XK05-0AB0
6ES7 414-3XM05-0AB0
6ES7 414-3EM05-0AB0
6ES7 416-2XN05-0AB0
6ES7 416-3XR05-0AB0
6ES7 416-3ER05-0AB0
6ES7 416-2FN05-0AB0
6ES7 416-3FR05-0AB0
6ES7 417-4XT05-0AB0
內(nèi)存卡
6ES7 955-2AL00-0AA0
6ES7 955-2AM00-0AA0
6ES7 952-0AF00-0AA0
6ES7 952-1AH00-0AA0
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6ES7 952-1AL00-0AA0
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6ES7 952-1AY00-0AA0
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6ES7 952-1KS00-0AA0
6ES7 952-1KT00-0AA0
6ES7 952-1KY00-0AA0
開關量輸入模板
6ES7 421-7BH01-0AB0
6ES7 421-1BL01-0AA0
6ES7 421-1EL00-0AA0
6ES7 421-1FH20-0AA0
6ES7 421-7DH00-0AB0
開關量輸出模板
6ES7 422-1BH11-0AA0
6ES7 422-1BL00-0AA0
6ES7 422-7BL00-0AB0
6ES7 422-1FH00-0AA0
6ES7 422-1HH00-0AA0
模擬量模塊
6ES7 431-0HH00-0AB0
6ES7 431-1KF00-0AB0
6ES7 431-1KF10-0AB0
6ES7 431-1KF20-0AB0
6ES7 431-7QH00-0AB0
6ES7 431-7KF00-0AB0
6ES7 431-7KF10-0AB0
6ES7 432-1HF00-0AB0
功能模板
6ES7 450-1AP00-0AE0
6ES7 451-3AL00-0AE0
6ES7 452-1AH00-0AE0
6ES7 453-3AH00-0AE0
6ES7 455-0VS00-0AE0
6ES7 455-1VS00-0AE0
6DD1 607-0AA2
6ES7 953-8LJ20-0AA0
6ES7 953-8LL20-0AA0
6ES7 953-8LM20-0AA0
6DD1 607-0CA1
6DD1 607-0EA0
6DD1 607-0EA2
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通訊模板
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6GK7 443-1EX41-0XE0
附件
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6ES7 960-1AB04-0XA0
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6ES7 461-3AA00-7AA0
6ES7 463-2AA00-0AA0
6ES7 964-2AA04-0AB0