西門子6SE7023-4ES87-1FE0

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SIEMENS西門子上海朕鋅電氣設備有限公司

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ET200Pro系列產(chǎn)品做為西門子分布式IO系列產(chǎn)品中的一種，具有zui高IP67的防護等級，成為特殊行業(yè)應用的主要產(chǎn)品之一。同時，ET200Pro還提供了故障安全模板：F-DI/F-DO以及電機啟動器（MotorStarter）、故障安全型變頻器（F-FC）等，滿足了行業(yè)中的故障安全應用的需求。本文將主要介紹ET200Pr*安全型變頻器的調試和使用的方法。

1 ET200Pr*安全系統(tǒng)介紹
與ET200S系統(tǒng)類似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型輸入/輸出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型輸入/輸出的模板的使用與ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）電機啟動器（MotorStarter）
ET200Pro的電機啟動器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，電機啟動器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以達到SIL3(Cat.4)的安全等級（圖1）。

圖1 故障安全型電機啟動器（MotorStarter）系統(tǒng)配置(Cat.4)

具體配置列表請參照手冊：SIMATIC ET 200pro Motor starters

3）故障安全型變頻器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系統(tǒng)中的緊湊型的故障安全型變頻器。工作電壓為3 AC 400V 50/60Hz，連接3相交流電機，zui大1.1KW，溫度允許的情況下，可以連接1.5KW電機。
該變頻器可以通過PROFIBUS/PROFINET的接口模板進行連接調試，也可以使用光纖轉串口的電纜進行連接。
ET200Pro變頻器需要與前面提到的電機啟動模塊中的特殊模塊一起使用來對其關斷信號進行評估，因而系統(tǒng)中需要F-Switch 或F-RSM（圖2）。

圖2 故障安全變頻器與F-RSM的配置

其中主要的模板包括：
③接口模板
可以連接變頻器模板的接口模板包括：
1) IM154-4 PN HF Cu V6.0 (6ES7 154-4AB10-0AB0)
2) IM154-2 DP HF (6ES7 154-2AA00-0AB0)
④F-RSM或者F-SWITCH
⑤故障安全型變頻器（F-FC）
⑥終端模塊

2 ET200Pro F-FC的調試方法
ET200Pro F-FC的組態(tài)可以通過Step7軟件來實現(xiàn)。但變頻器模板的調試工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等軟件。如果系統(tǒng)中使用了F-Switch，則需要MotorStarter ES軟件來設置相關Switch的參數(shù)。

2．1 Step7的組態(tài)
（1）新建一個S7 300站，這里選擇CPU 317F-2 PN/DP做為F主機，IM154-4 PN HF Cu V6.0做為F設備。（圖3）

圖3 新建S7 300站

硬件組態(tài)中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe報文，因而只能添加標準報文F-FC 1.1/1.5KW Standard egram1。(圖4)

圖4 添加硬件

分別雙擊兩個模板，打開屬性框，將診斷選項使能。

（2）雙擊CPU，設置CPU的參數(shù)。

選擇F 參數(shù)，為故障安全程序設置密碼（圖5），防止有未經(jīng)*的人修改F程序。

圖5 設置F程序的密碼

選擇“Protection”，設定CPU程序的訪問保護密碼，同時將“CPU contains safety program”激活（圖6）。

圖6 保護選項

保存編譯后，我們可以看到在Step7的Block下，出現(xiàn)了一些相關F系統(tǒng)的功能塊，但由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe的報文，因而這里實際上并沒有關于ET200Pro F-FC的F系統(tǒng)塊，這也是ET200Pro F-FC與ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之處，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通過F-RSM或F-Switch來實現(xiàn)的。
至于如何建立Step7的F程序，這里不再詳細介紹，請參考相關手冊。

2．2 F-FC的調試
ET200Pro F-FC的調試需要用到Drive的一些軟件。通過Step7界面，雙擊變頻器模板，則可以打開相應的調試軟件的界面。

（1） 雙擊打開調試界面，選擇“在線”。

圖7 選擇在線連接到F-FC

如果無法在線操作，則檢查“Option”菜單下的“Set PG/PC interface”的設置，選擇合適的接口用于連接F-FC。

（2） 選擇“上載”，將系統(tǒng)配置自動上傳到PG。

圖8 上傳參數(shù)

在“Functions”下選擇“Safety Integrated”進行安全功能的設置。注意這個選項只有在“在線”的模式下才可以操作。

圖9 選擇安全功能設置

（3） 打開設定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3種安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的內(nèi)部，有兩條F功能總線“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”?？梢酝ㄟ^“Enables”選擇這兩條安全總線回路中的安全功能。如圖10所示，由于F-RSM只提供一個安全回路開關(F0)，故這里只選擇了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系統(tǒng)中使用了F-Switch，則可以設置兩個安全功能回路。

圖10 選擇安全功能

（4） 分別設定安全功能的參數(shù)

STO：安全轉矩關斷。該功能激活后，變頻器內(nèi)部的電源被切斷，電機進入自由停車狀態(tài)。（圖11）

圖11 STO的參數(shù)設置界面

這里的設置都是關于安全回路測試的：當系統(tǒng)恢復正常時，是否進行回路測試，用來保證系統(tǒng)正常運行，以及及時檢查系統(tǒng)錯誤。T=8小時的設置也是保證系統(tǒng)的自檢測的時間。
SS1:安全停車指令1。當SS1被激活時，系統(tǒng)按照設定的參數(shù)進行停車。否則進入故障狀態(tài)，并zui終進入STO。

圖12 SS1的參數(shù)設置界面

Standstill:截止頻率。當停車過程中，頻率達到該設定值時，進入STO狀態(tài)。
Tr：停車時間設定；
Tv: 延時監(jiān)控時間。超出該設定值，變頻器進入故障狀態(tài)，同時馬上進入STO狀態(tài)。

SLS：安全限速。安全限速有4種模式，分別對應4種安全限速的動作。這里需要定義安全限速的設定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和選擇模式。

圖13 SLS的參數(shù)設置界面

參數(shù)設定和修改都需要“Accept settings”才能生效。這里需要輸入密碼和進行驗證。

圖14 參數(shù)修改和生效

2．3 F-RSM的調試

ET200Pro F-FC的F功能需要通過F-RSM或者F-Switch來實現(xiàn)（見圖15），因而需要對F-RSM進行設置。

圖15 ET200Pro F-FC與F-RSM/F-Switch的配置原理圖

（1）F-RSM的連線

圖16 F-RSM組件

其內(nèi)部原理圖為：

圖17 F-RSM的原理圖西門子6SE7023-4ES87-1FE0

F-RSM內(nèi)部為一個3TK2841的安全繼電器，其中輸入端子為IN1/IN2，可以用于連接急停按鈕；IN3做為3TK2841的“monitered START”輸入端，當選擇“自動啟動”時，該端子可以不接。
輸出“OUT”做為3TK3841的功能輸出連接端子，內(nèi)部busbar總線將“F0”輸出到F-FC,做為安全功能的激活信號。

a.IN1可以連接一個單通道或者雙通道的“急停”信號，其端子接線方式為：

圖18 IN1的連接

b.“Start”信號的接線方式： c. “OUT”信號的接線：

                

圖19 啟動信號的連接                 圖20 輸出信號的連接

單通道以及雙通道的選擇，自動啟動與手動啟動的選擇是通過切換開關實現(xiàn)的：

圖21 選擇開關的模式設置

（2） 激活安全功能
當急停信號為“1”時，系統(tǒng)正常工作，此時“F0”狀態(tài)為“1”。當急停被按下時，表示系統(tǒng)運行出現(xiàn)危險狀況，應當啟動相應的安全功能，此時“F0”變?yōu)?ldquo;0”，此時，應通過busbar將F0信號傳送至F-FC，變頻器激活相應的安全功能。

注意：系統(tǒng)中的F-RSM的供電是通過電源端子提供的，因而在連接接口模板的電源端子時，應當連接兩路電源（DC 24V），否則F-RSM內(nèi)部的3TK2841處于失電狀態(tài)，從其運行燈的狀態(tài)可以判斷該路電源是否有連接（圖22）。

圖22 電源的連接

本FAQ以帶有CU240E-2的G120為例，介紹了SINAMICS變頻器如何通過參數(shù)設置實現(xiàn)DI點的ON/OFF2功能，其他SINAMICS變 頻器用法類似。

1 單方向正轉ON/OFF2功能設置

1.1 硬件接線：
        這里使用DI0端子為例，將CU240E-2的DI0端子作為變頻器的斜坡啟動信號，DC24V接通后按照 P1120斜坡上升時間啟動；同時DI0端子也作為自由停車信號 取代OFF1斜坡停車，DC24V斷開后執(zhí)行OFF2停車命令，變頻器封鎖逆變橋，電機慣性自由停車。如圖01所示：


圖01.單方向正傳硬件接線

1.2 參數(shù)設置：
         G120-2的CU單元通常使用P0015參數(shù)來選擇常用的宏指令，本例以宏參數(shù)2或者3為例介紹如何設置單方向正轉的ON/OFF2功能。
 

2 單方向反轉ON/OFF2功能設置

2.1 硬件接線：
        某些現(xiàn)場不希望改變硬件接線實現(xiàn)單方向反轉ON/OFF2功能，這里同樣使用DI0端子為例，將CU240E-2的DI0端子作為變頻器的反向斜坡啟動信 號，DC24V接通后按照P1120斜坡上升時間啟動；同時DI0端子也作為自由停車信號 取代OFF1斜坡停車，DC24V斷開后執(zhí)行OFF2停車命令，變頻器封鎖逆變橋，電機慣性自由停車。如圖02所示：

圖02.單方向反轉硬件接線

2.2參數(shù)設置：
 

注：除了增加一個反轉的選擇外，原理同單方向正轉相同。

3 G120-2的正反轉的ON/OFF2功能設置

3.1硬件接線：

        DI0作為變頻器的正轉端子，DI1作為變頻器的反轉端子，啟動硬件接線如03圖所示：

圖03.雙方向硬件接線

3.2參數(shù)設置：

        當宏參數(shù)選擇1/17/18/19/20為時。

4 S120/G130/G150等SINAMICS變頻器的正反轉的ON/OFF2功能設置

4.1硬件接線：

        本例以G150中CU320-2DP上的DI0作為變頻器的正轉端子，DI1作為變頻器的反轉端子，啟動硬件接線如03圖所示： 

圖04.雙方向硬件接線

4.2參數(shù)設置：

        設置前要激活自由功能塊，步驟如下：首先在STARTER軟件中右鍵單擊Control_Unit進入到Properties菜單，進入Function module子菜單，勾選Free function blocks后點擊OK，zui后將配置好的項目下載到變頻器中。
G150的異或功能塊兒為四個輸入，只用到前兩個管腳，后兩個管腳設置為默認值0。
 

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