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公司主要经营：  西门子PLC模块， S7-200 SMART，  s7-200CN、s7-300、s7-400、s7-1200、ET200，西门子变频器，西门子触摸屏，西门子交换机，西门子工控机，西门子V80伺服系统，西门子V90伺服系统，西门子DP总线，西门子总线连接器

1. 概述
         通常情况下，要实现HMI设备与V20变频器的通讯，需要一个支持USS通讯或MODBUS通讯的PLC，比如S7-200系列PLC。其通讯电缆连接如图1所示。PLC的一个通讯端口与触摸屏连接，可以采用PPI协议通讯。PLC的另一个通讯端口与V20的RS485通讯端口连接，采用MODBUS协议通讯，PLC上编写MODBUS主站程序，V20为从站。

图1 触摸屏通过PLC与V20变频器通讯

         如果只需要对V2O变频器做简单的运行控制和变量监视，那么上述配置中PLC的作用仅为数据中转。这种情况下，触摸屏直接和V20变频器通讯，不仅能够实现监控功能，而且可以少用一个PLC，节省成本。采用西门子的SMART LINE系列触摸屏能够实现与V20变频器直接通讯的功能。通讯电缆连接如图2所示。SMART LINE触摸屏作为MODBUS主站，V20为从站。

图2 触摸屏直接与V20变频器通讯

2. 硬件设备及其安装
        下面用一个实例来介绍Smart Line触摸屏与一台V20变频器通过MODBUS通讯的实现方法。该例子中用到的主要硬件设备如表1所示，触摸屏组态软件为WinCC Flexible 2008 SP4 China。

表1 示例主要硬件设备

         硬件安装步骤如下：
1）将变频器、电机、触摸屏固定在安装工位上。
2）连接变频器到电机的动力电缆和接地电缆。
3）连接供电电源到变频器的动力电缆和接地电缆。
4）连接变频器和触摸屏的RS485通讯电缆。触摸屏RS485的9针接口与 V20端子对应关系：3对应P+，8对应N-。
5）连接24V直流电源的交流进线电缆和到触摸屏的直流供电电缆。

3. V20变频器参数设置
        V20变频器要采用MODBUS通讯，可以做如下设置：
1）变频器恢复出厂参数：
P0010=30
P0970=21
2）变频器快速调试，选择Cn011-MODBUS通讯连接宏：
a)设置电网频率和功率单位
b)输入电机铭牌参数
c)选择连接宏Cn011-MODBUS通讯
d)选择应用宏AP000
Cn011连接宏对应参数如表2所示。

表2 Cn011对应参数设置

3）修改MODBUS通讯参数，其它参数为Cn011连接宏默认参数：
P2014[0]=0 不监控报文间隔时间，否则可能会报F72故障
P2021[0]=3 MODBUS设备地址为3（与触摸屏组态软件中设置的从站地址一致）

4. 触摸屏组态
        在WinCC Flexible 2008 SP4 China软件中组态Smart 1000 IE触摸屏。详细步骤如下：
1）创建项目。
        创建一个空项目，如图3所示。

图3 创建空项目

        选择触摸屏设备为Smart 1000 IE，如图4所示。

图4 选择Smart 1000 IE触摸屏

2）设置连接。
        在连接画面中新建一个连接，相关参数设置如下：
通讯驱动程序：Modicon MODBUS
类型：RS485
波特率：9600
奇偶校验：偶
数据位：8
停止位：1
组帧：RTU Standard
CPU类型：984
从站地址：3
        连接设置如图5所示。

图5 连接设置

3）添加变量。
        添加与变频器监控相关的10个变量，如表3所示。

表3 变量列表

        变量地址参照V20变频器操作手册，添加完成后的变量画面如图6所示。

图6 添加变量

         速度设定值变量SetPoint是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)来表示-50Hz到+50Hz的转速，此处采用变量的线性转换属性，将-16384对应-1500，+16384对应+1500，如图7所示。再采用变量的限制值属性，将变量的输入值限制在-1600和+1600之间，如果超出该限制值的范围，则输入不起作用。如图8所示。

图7 速度设定值变量线性转换

图8 速度设定值变量限制值

        速度反馈值变量Feedback也是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)来表示-50Hz到+50Hz的转速，此处也采用变量的线性转换属性，将-16384对应-1500，+16384对应+1500，如图9所示。注意，图9和图7所示的线性转换是一致的。

图9 速度反馈值变量线性转换

4）添加画面。
        项目生成时已经有一个模板和一个画面，此例仅用到一个画面。修改画面的名字为V20_Monitor，如图10所示。

图10 编辑之前的画面V20_Monitor

5）编辑模板。
        模板中的对象在选择使用模板的画面中会显示出来，此处把西门子的LOGO和退出Runtime的按钮放置在模板中，如图11所示。

图11 编辑模板

         然后在按钮的事件属性中添加函数。在按钮STOP RT事件属性的单击事件下添加StopRuntime函数，如图12所示。

图12 退出运行画面按钮事件设置

6）编辑画面。
        在V20_Monitor画面中放置IO域、文本域、按钮、棒图、圆形等对象。在文本域中输入相应的文本，设置字号、颜色等，将相关对象分类排列整齐，完成后的V20_Monitor画面如图13所示。

图13编辑完成的画面V20_Monitor

        给10个IO域分别连接10个变量。

        其中控制字1和状态字1采用16进制显示，控制字1类型模式为输入/输出，状态字1类型模式为输出，如图14所示。

图14 控制字1对应IO域常规设置

         转速设定、实际转速、输出电压、直流电压采用带符号整数显示，转速设定类型模式为输入/输出，其它三个变量类型模式为输出，如图15所示。

图15 实际转速对应IO域常规设置

         输出频率、输出电流、输出转矩、输出功率采用带符号整数显示，并移动小数点2位，类型模式为输出，如图16所示。此处移动小数点2位的作用是将通讯接收到的值除以100并显示在触摸屏上，这样做的理由是V20变频器在发送这些值时将实际值乘了100。

图16 输出电流对应IO域常规设置

         除了用IO域来显示实际转速的数值外，还采用棒图这种图形化的形式来显示实际转速，编辑完成的棒图外观如图17所示。

图17 编辑完成的棒图外观

         设置棒图的常规属性，其中连接变量为Feedback，最大值设为2000，最小值设为-2000，如图18所示。

图18 棒图常规属性设置

         设置棒图的外观，如图19所示。

图19 棒图外观属性设置

         设置棒图刻度，如图20所示。

图20 棒图刻度属性设置

          运行指示灯用来指示变频器是否处于运行状态，连接变量为StsWord1的第2位，运行时显示绿色，非运行时显示白色。其外观动画设置如图21所示。

图21 运行指示及其外观动画设置

         反转指示灯用来指示变频器是否处于反转状态，连接变量为StsWord1的第14位，反转时显示绿色，非反转时显示白色。其外观动画设置如图22所示。

图22 反转指示及其外观动画设置

         故障指示灯用来指示变频器是否处于故障状态，连接变量为StsWord1的第3位，故障时显示红色，非故障时显示绿色。其外观动画设置如图23所示。

图23 故障指示及其外观动画设置

         接着设置4个按钮的功能，此处在按钮的单击事件下添加不同的函数来实现不同的功能。
启动按钮：添加SetValue函数，变量为CtrlWord1，值为1150（16进制047E）。再添加SetBitInTag函数，变量仍为CtrlWord1，位为0，如图24所示。每次按下启动按钮，触摸屏将先发送047E，再发送047F给V20变频器，实现启动功能。

图24 启动按钮事件设置

          停止按钮：添加ResetBitInTag函数，变量为CtrlWord1，位为0，如图25所示。每次按下停止按钮，控制字1的第0位将被复位为0，触摸屏将发送047E给V20变频器，实现OFF1停车功能。

图25 停止按钮事件设置

        反向按钮：添加InvertBitInTag函数，变量为CtrlWord1，位为11，如图26所示。每次按下反向按钮，控制字1的第11位将做非运算，触摸屏将相应的正转或反转指令发送给V20变频器，实现转向反向功能。

图26 反向按钮事件设置

         故障确认按钮：添加SetBitInTag函数，变量为CtrlWord1，位为7。再添加ResetBitInTag函数，变量仍为CtrlWord1，位为7，如图27所示。每次按下故障确认按钮，触摸屏将先发送1状态的故障确认位，再发送0状态的故障确认位给V20变频器，给故障确认位一个上升沿，实现故障确认功能。

图27 故障确认按钮事件设置

5. 系统运行效果
        完成上述步骤之后，下载组态程序至触摸屏中。实际运行效果证明：SMART LINE触摸屏与V20变频器通讯正常，触摸屏可以通过四个按钮控制变频器运行、停止、反向以及故障确认；变频器相关变量和状态可以在触摸屏上正确显示。变频器运行时触摸屏显示画面如图28所示。

图28 变频器运行时触摸屏显示画面

ET200Pro系列产品做为西门子分布式IO系列产品中的一种，具有最高IP67的防护等级，成为特殊行业应用的主要产品之一。同时，ET200Pro还提供了故障安全模板：F-DI/F-DO以及电机启动器（MotorStarter）、故障安全型变频器（F-FC）等，满足了行业中的故障安全应用的需求。本文将主要介绍ET200Pro故障安全型变频器的调试和使用的方法。

1 ET200Pro故障安全系统介绍
与ET200S系统类似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型输入/输出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型输入/输出的模板的使用与ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）电机启动器（MotorStarter）
ET200Pro的电机启动器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，电机启动器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以达到SIL3(Cat.4)的安全等级（图1）。

图1 故障安全型电机启动器（MotorStarter）系统配置(Cat.4)

具体配置列表请参照手册：SIMATIC ET 200pro Motor starters

3）故障安全型变频器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系统中的紧凑型的故障安全型变频器。工作电压为3 AC 400V 50/60Hz，连接3相交流电机，最大1.1KW，温度允许的情况下，可以连接1.5KW电机。
该变频器可以通过PROFIBUS/PROFINET的接口模板进行连接调试，也可以使用光纤转串口的电缆进行连接。
ET200Pro变频器需要与前面提到的电机启动模块中的特殊模块一起使用来对其关断信号进行评估，因而系统中需要F-Switch 或F-RSM（图2）。

图2 故障安全变频器与F-RSM的配置

其中主要的模板包括：
③接口模板
可以连接变频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故障安全型变频器（F-FC）
⑥终端模块

2 ET200Pro F-FC的调试方法
ET200Pro F-FC的组态可以通过Step7软件来实现。但变频器模板的调试工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等软件。如果系统中使用了F-Switch，则需要MotorStarter ES软件来设置相关Switch的参数。

2．1 Step7的组态
（1）新建一个S7 300站，这里选择CPU 317F-2 PN/DP做为F主机，IM154-4 PN HF Cu V6.0做为F设备。（图3）

图3 新建S7 300站

硬件组态中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC没有Profisafe报文，因而只能添加标准报文F-FC 1.1/1.5KW Standard telegram1。(图4)

图4 添加硬件

分别双击两个模板，打开属性框，将诊断选项使能。

（2）双击CPU，设置CPU的参数。

选择F 参数，为故障安全程序设置密码（图5），防止有未经授权的人修改F程序。

图5 设置F程序的密码

选择“Protection”，设定CPU程序的访问保护密码，同时将“CPU contains safety program”激活（图6）。

图6 保护选项

保存编译后，我们可以看到在Step7的Block下，出现了一些相关F系统的功能块，但由于ET200Pro F-FC没有Profisafe的报文，因而这里实际上并没有关于ET200Pro F-FC的F系统块，这也是ET200Pro F-FC与ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之处，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通过F-RSM或F-Switch来实现的。
至于如何建立Step7的F程序，这里不再详细介绍，请参考相关手册。

2．2 F-FC的调试
ET200Pro F-FC的调试需要用到Drive的一些软件。通过Step7界面，双击变频器模板，则可以打开相应的调试软件的界面。

（1） 双击打开调试界面，选择“在线”。

图7 选择在线连接到F-FC

如果无法在线操作，则检查“Option”菜单下的“Set PG/PC interface”的设置，选择合适的接口用于连接F-FC。

（2） 选择“上载”，将系统配置自动上传到PG。

图8 上传参数

在“Functions”下选择“Safety Integrated”进行安全功能的设置。注意这个选项只有在“在线”的模式下才可以操作。

图9 选择安全功能设置

（3） 打开设定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3种安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的内部，有两条F功能总线“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”。可以通过“Enables”选择这两条安全总线回路中的安全功能。如图10所示，由于F-RSM只提供一个安全回路开关(F0)，故这里只选择了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系统中使用了F-Switch，则可以设置两个安全功能回路。

图10 选择安全功能

（4） 分别设定安全功能的参数

STO：安全转矩关断。该功能激活后，变频器内部的电源被切断，电机进入自由停车状态。（图11）

图11 STO的参数设置界面

这里的设置都是关于安全回路测试的：当系统恢复正常时，是否进行回路测试，用来保证系统正常运行，以及及时检查系统错误。T=8小时的设置也是保证系统的自检测的时间。
SS1:安全停车指令1。当SS1被激活时，系统按照设定的参数进行停车。否则进入故障状态，并最终进入STO。

图12 SS1的参数设置界面

Standstill:截止频率。当停车过程中，频率达到该设定值时，进入STO状态。
Tr：停车时间设定；
Tv: 延时监控时间。超出该设定值，变频器进入故障状态，同时马上进入STO状态。

SLS：安全限速。安全限速有4种模式，分别对应4种安全限速的动作。这里需要定义安全限速的设定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和选择模式。

图13 SLS的参数设置界面

参数设定和修改都需要“Accept settings”才能生效。这里需要输入密码和进行验证。

图14 参数修改和生效

2．3 F-RSM的调试

ET200Pro F-FC的F功能需要通过F-RSM或者F-Switch来实现（见图15），因而需要对F-RSM进行设置。

图15 ET200Pro F-FC与F-RSM/F-Switch的配置原理图

（1）F-RSM的连线

图16 F-RSM组件

其内部原理图为：

图17 F-RSM的原理图

F-RSM内部为一个3TK2841的安全继电器，其中输入端子为IN1/IN2，可以用于连接急停按钮；IN3做为3TK2841的“monitered START”输入端，当选择“自动启动”时，该端子可以不接。
输出“OUT”做为3TK3841的功能输出连接端子，内部busbar总线将“F0”输出到F-FC,做为安全功能的激活信号。

a.IN1可以连接一个单通道或者双通道的“急停”信号，其端子接线方式为：

图18 IN1的连接

b.“Start”信号的接线方式： c. “OUT”信号的接线：

                

图19 启动信号的连接                 图20 输出信号的连接

单通道以及双通道的选择，自动启动与手动启动的选择是通过切换开关实现的：

图21 选择开关的模式设置

（2） 激活安全功能
当急停信号为“1”时，系统正常工作，此时“F0”状态为“1”。当急停被按下时，表示系统运行出现危险状况，应当启动相应的安全功能，此时“F0”变为“0”，此时，应通过busbar将F0信号传送至F-FC，变频器激活相应的安全功能。

注意：系统中的F-RSM的供电是通过电源端子提供的，因而在连接接口模板的电源端子时，应当连接两路电源（DC 24V），否则F-RSM内部的3TK2841处于失电状态，从其运行灯的状态可以判断该路电源是否有连接（图22）。

图22 电源的连接

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西门子是全球较大的电气化公司自1872年进入中国以来卓越的解决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持，目前西门子在中国已经有6家分公司如：苏州电器、南京电机、上海、武汉、大连、成都西门子在中国已拥有64个办事处，2014年西门子在中国的销售额就高达720亿人民币不包括（中国香港，中国澳门，中国台湾）的销售额。