1 概述

1.1 用戶(hù)需求
在PCS 7項目中使用DP總線(xiàn)來(lái)驅動(dòng)設備（S120、G120、G150變頻器等）時(shí)，需要相應的選件包Drive ES for PCS7來(lái)進(jìn)行操作，這樣可以自己生成相關(guān)的圖標和面板，易于操作和維護，可以得到變頻器的故障信息，具體參考 88632209

目前最新的版本是Drive ES for PCS7 V8.0，訂貨請參考：61909884

這種方式雖然使用方便，面板功能比較豐富，但是需要購買(mǎi)額外的軟件包，有時(shí)用戶(hù)只有一兩個(gè)設備，而且現場(chǎng)設備僅需要使用基本功能時(shí)，想通過(guò)標準馬達功能塊去控制變頻器，PCS 7 V8版本后，西門(mén)子提供了新的通道驅動(dòng)塊FbDrive驅動(dòng)塊，可以用來(lái)集成G120，S120等緊湊型驅動(dòng)設備到PCS 7系統中，可以實(shí)現驅動(dòng)設備的基本操作功能,解決了這一問(wèn)題。

1.2 使用范圍及限制條件

• PCS 7軟件版本需要在v8.0及以上。
• "FbDrive”通道驅動(dòng)塊可以用來(lái)集成西門(mén)子緊湊型驅動(dòng)器（如Sinamics S120，G120， G150等），目前暫不兼容其它第三方的變頻器。
• 驅動(dòng)設備PROFIdrive 技術(shù)規范需滿(mǎn)足 PROFIBUS 和 PROFINET 版本 May 2006 的要求，支持的報文類(lèi)型為T(mén)elegram type “1”和Telegram type “20”，Telegram type “1”帶有 2 個(gè) words (4 Byte) 輸入和2 words (4 Byte) 輸出數據。Telegram type “20”帶有 6 words (12 Byte) 輸入和 2 words (4 Byte)輸出數據。

1.3 DEMO的軟件及硬件測試環(huán)境

• 計算機操作系統Windows 7 Ultimate 64位英文版
• PCS 7 V80 update1 英文版
• Starter V4.3.2
• CPU 417-4 （V4.1 ） + CP 443-1(V1.1)：
• G120 變頻器：型號為 CU240E-2 DP， 定貨號：6sl3244-0BB12-1PA1, 固件版本V4.4
• 西門(mén)子標準電機，參數如下：

2 FbDrive通道驅動(dòng)塊使用
下面以“FBDRIVE ”通道驅動(dòng)塊鏈接 G120 變頻器為例來(lái)介紹Channel塊的使用。

2.1 準備合適的GSD文件
首先去西門(mén)子官方支持網(wǎng)站下載相應的GSD文件， 鏈接如下：23450835

SINAMICS G120：PROFIBUS GSD 文件
下載時(shí)要注意檢查定貨號和版本是否匹配，在本例中的定貨號：6sl3244-0BB12-1PA1, 固件版本V4.4， 下載時(shí)選中對應的GSD文件，如下圖所示：

圖2-1 GSD 的下載

2.2 在硬件組態(tài)中組態(tài)G120
將下載的GSD文件解壓縮到硬盤(pán)下一目錄，打開(kāi)硬件組態(tài)，導入GSD到STEP7 硬件目錄， 如下圖所示：

圖2-2 導入G120 的GSD文件

按照實(shí)際的硬件組態(tài)好CPU并生成一條DP總線(xiàn)，從硬件目錄樹(shù)里面通過(guò)路徑“Additional Field Devices\ Drives\ SINAMICS\ SIMATICS G120..”，將G120拖到DP總線(xiàn)下，并設置正確的DP站址，接下來(lái)將報文類(lèi)型 “Standard telegaram20”拖到G120的I/O 列表里，如下圖所示：

圖2-3 組態(tài) G120 變頻器

需要注意的是，變頻器下面配置的輸入和輸出的首地址要相同，如下圖所示：

圖2-4 插入標準報文 20 的輸入輸出

接下來(lái)，鼠標選中變頻器的輸入輸出行，右鍵選擇”編輯符號表”，給輸入和輸出賦上符號地址，通常以馬達的位號做為前綴，這樣可以避免混淆，如下圖所示:

圖2-5 給地址賦上符號名

2.3 設定G120變頻器的報文類(lèi)型

控制器與變頻器通訊主要靠控制字和狀態(tài)來(lái)進(jìn)行控制 ，目前FB_DRIVE功能塊目前只支持兩種報文類(lèi)型， 類(lèi)型1 和類(lèi)型20,簡(jiǎn)要介紹如下：
類(lèi)型1 通訊方式提供兩個(gè)控制字和兩個(gè)狀態(tài)字，類(lèi)型20 提供兩個(gè)控制字和6個(gè)狀態(tài)字。
通常第一個(gè)控制字用于控制變頻器的始能和啟停， 第二個(gè)控制字用于速度的給定，第一個(gè)狀態(tài)字為變頻器的運行狀態(tài)，包括運行狀態(tài)、有無(wú)報警等， 第二個(gè)狀態(tài)字為馬達的轉速給定，其它的可以在變頻器參數里靈活組態(tài)。
詳細請參考：61618946

表2-1 G120變頻器的第一個(gè)控制字

對應上表，通常在正轉時(shí)，控制器發(fā)給變頻器的命令：停止時(shí)為16#047E, 正轉時(shí)給的命令是16#047F ， 如果發(fā)現控制字不是這些數值，需要對應控制字列表進(jìn)行檢查。
狀態(tài)字是變頻器反饋給控制器的狀態(tài)，G120的第一個(gè)狀態(tài)字如下表，在變頻器不正常時(shí)，可以參考它進(jìn)行故障診斷，下圖是變頻器的第一個(gè)狀態(tài)字解釋?zhuān)?

表2-1 G120變頻器的第一個(gè)狀態(tài)字

設定變頻器的最高頻率和馬達對應的參數， 這些參數可以從馬達的銘牌上得到，然后用 Starter 軟件對G120進(jìn)行參數配置，當然也可以通過(guò)BOP面板進(jìn)行配置， 關(guān)于Starter 軟件的具體操作請參考：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/searchResult.aspx?searchText=A0320

在STEP7 硬件組態(tài)里配置的報文類(lèi)型是20，所以在變頻器的參數里, 一定要將P2079參數設置為”20“，如下圖所示：

圖2-6 設置G120變頻器的報文類(lèi)型

2.4 CFC編程
可以在已有的CFC中調用“FBDRIVE ”通道驅動(dòng)塊，然后再插入相應的電機功能塊進(jìn)行連線(xiàn)，也可以直接使用系統本身已經(jīng)組態(tài)好的Templates。推薦使用后者，因為前者需要對FBDRIVE塊相關(guān)的參數進(jìn)行配置，后者的參數已經(jīng)配置好了，下面以使用模板為例說(shuō)明：

2.4.1 插入模板并配置參數
首先打開(kāi)系統的PCS 7 AP Library V80，然后在Templates中找到“DRIVE”模板，它是針對“FbDrive”使用在緊湊型驅動(dòng)器的模板，如下圖：

圖2-7 使用系統集成的Templates

拷貝上圖中的Drive 模板到CFC的工廠(chǎng)視圖相應的層級下，并修改Chart名字為EU1101（位號），雙擊打開(kāi)，此模板已經(jīng)插入了相應的可能使用到的CFC塊圖，并且已經(jīng)進(jìn)行了連線(xiàn)，根據DEMO的硬件設施，可以把三個(gè)互鎖的Interlock塊刪除掉（現場(chǎng)使用根據實(shí)際進(jìn)行選擇：

圖2-8 模板里預先連接好的功能塊

2.4.2 連接I/O 并生成模板驅動(dòng)
選中FbDrive功能塊左側第一個(gè)引腳PZDIn1，并將它連接到前邊定義的符號表地址EU1101_ZW1，即是第一個(gè)狀態(tài)字，當然也可以直接輸入絕對地址，本例中地址為“IW512”，系統也會(huì )自動(dòng)識別并顯示為對應的符號地址，接下來(lái)一定要把報文的類(lèi)型改為20, 如下圖。

圖2-9 連接變頻器首地址并設置報文類(lèi)型

保存編譯生成模板驅動(dòng)后，按F5刷新，可以看到如下圖的CFC程序，PZDIn1至PZDin6和PZDOut1、PDZOut2都會(huì )自動(dòng)連線(xiàn)到相應的符號表地址，并且Mode和DataXchg等管腳都自動(dòng)生成連線(xiàn)，如果發(fā)現MODE端沒(méi)有自動(dòng)連線(xiàn)，請檢查硬件組態(tài)與要求的是否一致。

圖2-10 生成模板驅動(dòng)后的FbDrive塊

2.4.3 FbDrive的常用引腳介紹
模板中的項目已經(jīng)對FBDRIVE和MOTSPCL塊進(jìn)行了相應的連接, 主要連接介紹如下：
- MotSpdCL塊的Fwd和Rev經(jīng)過(guò)“OR”后連接到FbDrive的ON， 用于馬達的啟停；
- MotSpdCL塊的P_Rst連接到FbDrive的Ackn， 用于確認變頻器的故障；
- MotSpdCL塊的SP_OUT輸出到FbDrive的SP_Li引腳，用于變頻器速度的給定；
- MotSpdCL塊的LocalAct輸出到FbDrive的Local引腳，當馬達切換至本地后，變頻器能夠將控制權釋放給本地操作；
- SP_OUT塊的Bad信號輸出到MotSpdCL的CSF引腳，當變頻器自身有問(wèn)題時(shí)，馬達塊報“CSF”故障；
- SP_OUT塊的Fault信號輸出到MotSpdCL的TRIP信號， 當變頻器有故障時(shí)，馬達塊能停機并在之后確認故障，注意需要在Trip引腳處取反，因為T(mén)rip是=1時(shí)表示正常；
- Zsw1_14是變頻器第一個(gè)狀態(tài)字的bit14，表示變頻器的正反轉反饋信號，等于1時(shí)表示正轉，等于0時(shí)表示反轉，通過(guò)與OP_EN（操作始能信號）相“與”后， 做為正反轉的反饋信號，連接到MotSpdCL塊的FbkFwd和FbkRev。

2.4.4 馬達塊和變頻器的速度匹配
在工業(yè)現場(chǎng)往往需要用到齒輪箱進(jìn)行減速，以獲得更大的扭矩，本文假定齒輪箱的減速比為10，如下圖所示：

圖2-11 現場(chǎng)的應用模型

生產(chǎn)中用戶(hù)更關(guān)心的是實(shí)際設備轉速或者線(xiàn)速度，如泵、導絲盤(pán)的軸速，而不是電機的軸速，如何實(shí)現畫(huà)面上直接設定設備轉速呢？

系統在Drive塊提供了SP_LiScale這個(gè)參數來(lái)進(jìn)行量程的轉換，它對應的是負載在變頻器輸出最高頻率時(shí)的負載速度，馬達塊送來(lái)的給定值通過(guò)它折算后，變成0-16384 的整數值給變頻器，反之亦然，變頻器送來(lái)的第二個(gè)狀態(tài)字折算后送馬達塊顯示，下面具體介紹如下：

(1) 速度反饋：
SpeedLi是經(jīng)過(guò)轉換后的速度反饋信號，它的轉換公式是：
SpeedLi =(PZDIn2* SP_LiScale)/16384 ，

(2) 速度給定：
FbDrive塊的SP_Li引腳接收馬達塊的給定信號，折算成對應的速度給定值后通過(guò)PZDOut2引腳輸出到變頻器，公式如下：
PZDOut2=(SP_Li* SP_LiScale)/16384
在本例里變頻器最高頻率設置為50Hz， 對應電機的軸頭速度為1500rpm，經(jīng)Gear減速后得到負載的轉速為150rpm/min， 在馬達的設定值面板里設定的是負載的轉速，而不是馬達的速度，為此，需要在FbDrive塊里設定好參數，以保證負載的實(shí)際轉速與面板設定的相等。
在本例中，齒輪箱的減速比為10，變頻器側設置50Hz為最高頻率，對應的馬達轉速為1500rpm/Min，經(jīng)過(guò)齒輪箱減速后負載轉速最高為150rpm/min， 所以SpeedLi應設置為150，如下圖所示：

圖2-12 設置速度相關(guān)的參數

2.4.5 馬達塊里顯示變頻器的電流
在實(shí)際生產(chǎn)中，除了監視設備的轉速外，通常還要監視馬達的電流，FbDrive塊從變頻器取來(lái)電流值后，運算后從引腳CurrentLi 輸出，可以將它直接連接到MotSpdCL塊的UserAna1引腳上，注意這兩個(gè)引腳都是隱藏的，需要用戶(hù)手動(dòng)去掉Invisible的屬性。
UserAna1引腳是馬達塊兩個(gè)輔助模擬量顯示之一，可以方便地在面板上顯示，為了在面板上顯示出注釋?zhuān)枰獙@個(gè)引腳的“Identifer”進(jìn)行組態(tài)， 例如：輸入 “current”，如下圖所示：

圖2-13 設置輔助模擬量顯示的標識

運行的效果如下所示：

圖2-14 輔助模擬量顯示的效果

2.5 OS編譯
在做好信號連接并設置好參數后，接下來(lái)可以進(jìn)行OS編譯，生成相應的塊圖標，由于這是PCS7的標準功能，以此不做介紹。
在馬達塊的面板里，可以像操作普通馬達一樣進(jìn)行操作，如下圖所示：

圖2-15 馬達塊的操作面板

下面是啟動(dòng)馬達后的面板截圖：

圖2-16 變頻器啟動(dòng)后的效果

接下來(lái)， 需要對馬達的實(shí)際轉速與設定值的一致性進(jìn)行驗證，通過(guò)Starter觀(guān)察馬達的轉速為200rpm，經(jīng)過(guò)齒輪箱減速后應為20rpm，與我們面板上的設定值20相一致，確認參數設定正確，如下圖所示：

圖2-17 用srarter軟件檢查電機的速度

3 常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 為什么FbDrive功能塊在編譯后Mode端沒(méi)有自動(dòng)連線(xiàn)？
答：這說(shuō)明模板驅動(dòng)生成不正常，請檢查一下變頻器的輸入和輸出首地址是否相同，另外，確認報文的類(lèi)型是1或者20。

3.2 為什么模板驅動(dòng)已經(jīng)正常生成，從馬達面板上操作后變頻器沒(méi)有反應？
答：這時(shí)需要檢查馬達塊的狀態(tài)字和控制字，重點(diǎn)是PZDIn1和PZDout1， 如果它們的值不是16#6B31和16#47E，那么需要檢查FBDrive有參數是否正確， 例如：如果直接從APL庫里手動(dòng)插入FBDrive塊手動(dòng)和馬達塊連接，那么可能會(huì )出現這個(gè)問(wèn)題， 因為默認的設置里關(guān)于變頻器的“沒(méi)有快?！焙汀靶逼掳l(fā)生器”都沒(méi)有始能，需要設置一下，推薦從模板里拷貝已經(jīng)配置好的程序，下圖左側是變頻器待機時(shí)的狀態(tài)字和控制字，下圖右側是需要始能的引腳。

圖3-1 變頻器待機時(shí)的FbDrive塊狀態(tài)

如果確認狀態(tài)字正確并且參數也配置正常， 請用Starter軟件的控制面板來(lái)進(jìn)行測試，如果從控制面板也不能啟動(dòng)，問(wèn)題往往在變頻器側，請檢查變頻器相關(guān)的參數，如果從控制面板能啟動(dòng)，需要重新檢查PCS7側的參數。

圖3-2 用Starter的控制面板測試變頻器

3.3 在調試進(jìn)程中，如何快速的找到原因？
答： 建議配置CP5711做為DP通訊接口， 通過(guò)它可以?huà)呙鐳P總線(xiàn)上變頻器的DP地址，也可以配合Starter軟件對變頻器進(jìn)行調試，包括參數上傳和下載等， 同時(shí)配合Amprolyzer軟件，可以對總線(xiàn)上的DP總線(xiàn)通訊質(zhì)量進(jìn)行監測。
關(guān)于CP5711的定貨號和使用手冊，請參考：34803449

4 總結
從上述的介紹，可以看出，使用PCS 7 V8以上的版本，通過(guò)FbDrive驅動(dòng)塊可以集成部分西門(mén)子變頻器到PCS7里， 但是也存在不足，變頻器必須支持類(lèi)型為1 或者20 的報文，對于MM440變頻器，目前還無(wú)法生成模板驅動(dòng)，而且它的診斷功能不如Drive ES for PCS7, 面板的功能也沒(méi)有后者強大，在項目里還是推薦使用Drive ES for PCS7。

關(guān)鍵詞

通道驅動(dòng)塊，Drive，Sinamics， FbDrive , G120