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西門子6SE7031-0ES87-1FE0

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SIEMENS西門子上海朕鋅電氣設(shè)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(hù)等級，成為特殊行業(yè)應(yīng)用的主要產(chǎn)品之一。同時(shí)，ET200Pro還提供了故障安全模板：F-DI/F-DO以及電機(jī)啟動(dòng)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(yīng)用的需求。本文將主要介紹ET200Pr*安全型變頻器的調(diào)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(jī)啟動(dòng)器（MotorStarter）
ET200Pro的電機(jī)啟動(dòng)器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，電機(jī)啟動(dòng)器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以達(dá)到SIL3(Cat.4)的安全等級（圖1）。

圖1 故障安全型電機(jī)啟動(dòng)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(jī)，zui大1.1KW，溫度允許的情況下，可以連接1.5KW電機(jī)。
該變頻器可以通過PROFIBUS/PROFINET的接口模板進(jìn)行連接調(diào)試，也可以使用光纖轉(zhuǎn)串口的電纜進(jìn)行連接。
ET200Pro變頻器需要與前面提到的電機(jī)啟動(dòng)模塊中的特殊模塊一起使用來對其關(guān)斷信號進(jìn)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(diào)試方法
ET200Pro F-FC的組態(tài)可以通過Step7軟件來實(shí)現(xiàn)。但變頻器模板的調(diào)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(shè)置相關(guān)Switch的參數(shù)。

2．1 Step7的組態(tài)
（1）新建一個(gè)S7 300站，這里選擇CPU 317F-2 PN/DP做為F主機(jī)，IM154-4 PN HF Cu V6.0做為F設(shè)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(bào)文，因而只能添加標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文F-FC 1.1/1.5KW Standard egram1。(圖4)

圖4 添加硬件

分別雙擊兩個(gè)模板，打開屬性框，將診斷選項(xiàng)使能。

（2）雙擊CPU，設(shè)置CPU的參數(shù)。

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

圖5 設(shè)置F程序的密碼

選擇“Protection”，設(shè)定CPU程序的訪問保護(hù)密碼，同時(shí)將“CPU contains safety program”激活（圖6）。

圖6 保護(hù)選項(xiàng)

保存編譯后，我們可以看到在Step7的Block下，出現(xiàn)了一些相關(guān)F系統(tǒng)的功能塊，但由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe的報(bào)文，因而這里實(shí)際上并沒有關(guān)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(shí)現(xiàn)的。
至于如何建立Step7的F程序，這里不再詳細(xì)介紹，請參考相關(guān)手冊。

2．2 F-FC的調(diào)試
ET200Pro F-FC的調(diào)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(yīng)的調(diào)試軟件的界面。

（1） 雙擊打開調(diào)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(shè)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(dòng)上傳到PG。

圖8 上傳參數(shù)

在“Functions”下選擇“Safety Integrated”進(jìn)行安全功能的設(shè)置。注意這個(gè)選項(xiàng)只有在“在線”的模式下才可以操作。

圖9 選擇安全功能設(shè)置

（3） 打開設(shè)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(gè)安全回路開關(guān)(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(shè)置兩個(gè)安全功能回路。

圖10 選擇安全功能

（4） 分別設(shè)定安全功能的參數(shù)

STO：安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷。該功能激活后，變頻器內(nèi)部的電源被切斷，電機(jī)進(jìn)入自由停車狀態(tài)。（圖11）

圖11 STO的參數(shù)設(shè)置界面

這里的設(shè)置都是關(guān)于安全回路測試的：當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常時(shí)，是否進(jìn)行回路測試，用來保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，以及及時(shí)檢查系統(tǒng)錯(cuò)誤。T=8小時(shí)的設(shè)置也是保證系統(tǒng)的自檢測的時(shí)間。
SS1:安全停車指令1。當(dāng)SS1被激活時(shí)，系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行停車。否則進(jìn)入故障狀態(tài)，并zui終進(jìn)入STO。

圖12 SS1的參數(shù)設(shè)置界面

Standstill:截止頻率。當(dāng)停車過程中，頻率達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入STO狀態(tài)。
Tr：停車時(shí)間設(shè)定；
Tv: 延時(shí)監(jiān)控時(shí)間。超出該設(shè)定值，變頻器進(jìn)入故障狀態(tài)，同時(shí)馬上進(jìn)入STO狀態(tài)。

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

圖13 SLS的參數(shù)設(shè)置界面

參數(shù)設(shè)定和修改都需要“Accept settings”才能生效。這里需要輸入密碼和進(jìn)行驗(yàn)證。

圖14 參數(shù)修改和生效

2．3 F-RSM的調(diào)試

ET200Pro F-FC的F功能需要通過F-RSM或者F-Switch來實(shí)現(xiàn)（見圖15），因而需要對F-RSM進(jìn)行設(shè)置。

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

（1）F-RSM的連線

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圖16 F-RSM組件

其內(nèi)部原理圖為：

圖17 F-RSM的原理圖

F-RSM內(nèi)部為一個(gè)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(dāng)選擇“自動(dòng)啟動(dòng)”時(shí)，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(gè)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(dòng)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(dòng)啟動(dòng)與手動(dòng)啟動(dòng)的選擇是通過切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)的：

圖21 選擇開關(guān)的模式設(shè)置

（2） 激活安全功能
當(dāng)急停信號為“1”時(shí)，系統(tǒng)正常工作，此時(shí)“F0”狀態(tài)為“1”。當(dāng)急停被按下時(shí)，表示系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)相應(yīng)的安全功能，此時(shí)“F0”變?yōu)?ldquo;0”，此時(shí)，應(yīng)通過busbar將F0信號傳送至F-FC，變頻器激活相應(yīng)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(shí)，應(yīng)當(dāng)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(yùn)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(shè)置實(shí)現(xiàn)DI點(diǎn)的ON/OFF2功能，其他SINAMICS變 頻器用法類似。

1 單方向正轉(zhuǎn)ON/OFF2功能設(shè)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(dòng)信號，DC24V接通后按照 P1120斜坡上升時(shí)間啟動(dòng)；同時(shí)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(jī)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(shè)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(shè)置單方向正轉(zhuǎn)的ON/OFF2功能。
 

2 單方向反轉(zhuǎn)ON/OFF2功能設(shè)置

2.1 硬件接線：
        某些現(xiàn)場不希望改變硬件接線實(shí)現(xiàn)單方向反轉(zhuǎn)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(dòng)信 號，DC24V接通后按照P1120斜坡上升時(shí)間啟動(dòng)；同時(shí)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(jī)慣性自由停車。如圖02所示：

圖02.單方向反轉(zhuǎn)硬件接線

2.2參數(shù)設(shè)置：
 

注：除了增加一個(gè)反轉(zhuǎn)的選擇外，原理同單方向正轉(zhuǎn)相同。

3 G120-2的正反轉(zhuǎn)的ON/OFF2功能設(shè)置

3.1硬件接線：

        DI0作為變頻器的正轉(zhuǎn)端子，DI1作為變頻器的反轉(zhuǎn)端子，啟動(dòng)硬件接線如03圖所示：

圖03.雙方向硬件接線

3.2參數(shù)設(shè)置：

        當(dāng)宏參數(shù)選擇1/17/18/19/20為時(shí)。

4 S120/G130/G150等SINAMICS變頻器的正反轉(zhuǎn)的ON/OFF2功能設(shè)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(zhuǎn)端子，DI1作為變頻器的反轉(zhuǎn)端子，啟動(dòng)硬件接線如03圖所示： 

圖04.雙方向硬件接線

4.2參數(shù)設(shè)置：

        設(shè)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(jìn)入到Properties菜單，進(jìn)入Function module子菜單，勾選Free function blocks后點(diǎn)擊OK，zui后將配置好的項(xiàng)目下載到變頻器中。
G150的異或功能塊兒為四個(gè)輸入，只用到前兩個(gè)管腳，后兩個(gè)管腳設(shè)置為默認(rèn)值0。
 

S7400電源模塊
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6ES7 407-0KA02-0AA0
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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
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內(nèi)存卡
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開關(guān)量輸入模板
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開關(guān)量輸出模板
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模擬量模塊
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功能模板
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