西门子6ES73262BF010AB0

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SIEMENS西门子上海朕锌电气设备有限公司

：钟涛
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 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*）

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*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，zui大值设为2000，zui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

关键词
V20，SMART LINE，MODBUS通讯1 解决方案 1.1 项目介绍 图 1 PROFINET IO网络拓扑，用于SFC51/SFB52/SFB54的诊断。其中CPU319-3PN/DP用做IO控制器，SCALANCE X交换机和ET200S, ET200Eco作为IO设备进行连接。 ......

1 解决方案

1.1 项目介绍
图 1 PROFINET IO网络拓扑，用于SFC51/SFB52/SFB54的诊断。其中CPU319-3PN/DP用做IO控制器，SCALANCE X交换机和ET200S, ET200Eco作为IO设备进行连接。

图 1 PROFINET IO网络拓扑

本例中使用到的主要硬件和软件如下：

1.2 硬件组态
按照1.1中的硬件在Step7中进行组态。然后分配设备名，下载组态数据到CPU319中，具体设置设备名以及完成PROFINET通讯，请参考下载中心《S7-300 PROFINET IO 通讯快速入门》72325620

图 2 Step7的硬件组态

其中，“Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”总线的100表示PROFINET总线的序号。IO设备例如SCALACNE X和ET200上从1到5，表示PROFINET IO的设备号。

2 SFC51诊断

2.1 介绍
系统状态列表(SSL)用于描述可编程逻辑控制器的当前状态。SSL的内容只能通过系统功能进行读取，而不能修改。换言之，部分列表是虚拟列表，只是在有特殊请求时由CPU的操作系统所创建。
SFC 51 “RDSYSST” 系统功能用于读取 “系统状态列表” (简写为SSL)，部分列表或 CPU 的 SSL 列表摘录。对于 PROFINET IO，这些 SSL包含了 I/O 模块，PROFINET IO 主站系统或实际控制器的状态信息。当选择所用的、特别是在一个中断或启动 OB 中使用的 SSL ID 时，必须注意的是 SFC 仅能同步执行。如果执行 SFC 之后，Busy 位激活表明几个循环执行一次 SFC，数据还没有*读出，因此数据是无效的。接收到的系统状态列表数据记录包括了诊断 PROFINET IO 设备上的信息概览。
PN通信部分列表是虚拟列表，只是在有请求时由CPU的操作系统所创建。虚拟列表来自 CPU 内部的PN IO控制器的缓冲区，缓冲区由控制器的启动和ALARM信息进行维护和刷新。
可以使用在PROFINET IO诊断的SSL_ID:

通过SFC51只能获取站或模块的状态信息，例如，丢站，或者该模块有错误，并不能获取模板的故障的详细信息，例如哪一个模板的通道发生断线，短路等。

2.2 编程
这里使用SFC51来读取每一个站点的实际状态，判断该站是否发生丢站故障。在PLC中添加并下载空的OB86，防止测试丢站时，发生CPU停机现象。当然也可以使用OB86来读取每一个IO设备的实际状态，但需要更多的编写程序，关于使用OB86来获取IO站点的状态信息，请参考下载中心《使用OB8x诊断SIMATIC PLC(PN) 》87668286

在OB1中加入SFC51，关于参数设置，点击“F1”参考SFC51在线帮助。程序示例如下：

CALL "RDSYSST"
REQ :=M0.0
SZL_ID :=MW2
INDEX :=MW4
RET_VAL :=MW6
BUSY :=M0.1
SZL_HEADER:=DB1.SSL_HEADER
DR :=DB1.RECORD

按照上表在变量表中设置SSL_ID=0294 (MW2)和INDEX=16#64 (MW4)，其中16进制64的十进制为100，表示PROFINET总线的序号，请参考图 2 Step7的硬件组态。添加要查看的变量，并使能M0.0为1。其中读取到的数据记录个数为1 (DB1.DBW2)，该数据记录的长度为258bytes (DB1.DBW0)。DB1.DBW4表示PROFINET总线的序号，这里为100 (64H) 。对于DB1.DBB6为2#0011_1111，其中bit0表示组信息，如果为1，表示至少有一个IO设备与IO控制器进行通讯，如果为0，表示IO站点全部丢失。Bit1~Bit5表示设备号1~5的IO设备的状态，1表示IO设备存在，0表示IO设备丢站。至于其它Bit和高字节中的Bit依次类推，表示对应IO设备的状态。

图 3 根据变量表查看设备状态

根据这些位Bit1~5，可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方与PLC通讯的HMI上进行显示，方便用快速发现和维护现场故障。

3 SFB52诊断

3.1 介绍
SIMATIC S7 诊断数据记录提供了附加的详细信息的诊断性能。系统功能块SFB 52 “RDREC” 用于读取这些数据记录。
调用时，系统功能块对要诊断的站ID进行寻址，并以 INDEX 参数标明要读出的数据记录。这可能是*机架或分布式组件(PROFIBUS DP或PROFINET IO)中的一个模块。如果没有诊断信息，则系统功能块执行后没有输出。由于 SFB 52 “RDREC” 是一个异步执行的 SFB，即执行过程横跨几个 SFB调用，因此该块只能在循环操作中使用。不能在诊断 OB 或定时中断 OB 中使用。除了出错的精确位置外，SFB 52 诊断数据记录还包含发生错误的类型信息。为了进一步分析，可对该信息进行评估。
在MLEN中要读取的zui多字节数。目标区域RECORD的选定长度至少应等于
MLEN字节的长度。输出参数VALID如为TRUE，则表明已将数据记录成功传送到目标区域RECORD中。此时，输出参数LEN包含所取得的数据的长度(以字节计)。输出参数ERROR用以指示是否发生数据记录传送错误。如果发生错误，则输出参数STATUS包含错误信息。
该功能块属于状态驱动类型，可以在OB1或者其它循环OB块中调用，用于读取诊断记录或者组态记录等数据记录。
PROFINET IO 设备模型说明了模块化和紧凑型现场设备的结构。 它根据 PROFIBUS DP 的基本特性构建。子模块和 API 的定义已添加至设备模型，以增加 IO 设备的灵活性。
一个 PROFINET IO 设备包括一个或多个“逻辑设备”， 这些设备依次包含一个或多个 API（应用程序进程标识符），至少包含 API 0。
设备的特性通过IO设备的基于XML的GSD(General Station Description)文件来描述。可以通过PROFINET XML Viewer来读取GSDXML文件。
涉及到分级的概念，AP，API，SLOT，SUBSLOT。每个寻址级别都有一组可用的诊断记录和组态记录。 通过记录编号的首字母来区别各记录组的诊断级别，如下图 4 诊断级别。关于PROFINET IO设备模型和诊断的数据记录结构请参考 19289930

图 4 诊断级别

3.2 编程
这里使用SFB52来读取ET200S IM151-3PN FOC站点输出模块的状态，例如断线等，参考图 5 ET200S FOC的硬件组态列表。在PLC中添加并下载空的OB82，防止测试断线故障时，发生CPU停机现象。当然也可以使用OB82来读取IO设备的模块状态信息，但需要更多的编写程序，关于使用OB82来获取IO站点的模块的状态信息，请参考下载中心《使用OB8x诊断SIMATIC PLC(PN) 》87668286

图 5 ET200S FOC的硬件组态列表

双击该站的2DO DC24V/0.5AHF模板，设置使能通道0相关的诊断“断线”，参考图 6 ET200S 2DO模块的参数设置。

图 6 ET200S 2DO模块的参数设置

在OB1中加入SFB52，关于参数设置，点击“F1”参考SFB52在线帮助。程序示例如下：

CALL "RDREC" , DB52
REQ :=M0.2
ID :=MD8
INDEX :=MW12
MLEN :=MW14
VALID :=M0.3
BUSY :=M0.4
ERROR :=M0.5
STATUS:=MD18
LEN :=MW22
RECORD:=DB2.DB_RECORD

按照需要上表在变量表中设置ID=16#00008002 (MD8)和INDEX=16#800A (MW12)，其中8002表示该输出模板的逻辑地址，请参考图 4 ET200S FOC的硬件组态列表。添加要查看的变量，并使能Q2.0为1，此时激活断线故障，DO模板、ET200S FOC接口模板以及CPU的SF灯亮。设置MLEN (MW14) 的数据长度为100，需要大于或等于实际读取到的数据记录的长度，否则无法读到相关的诊断的信息。然后使能M0.2为1，读取到的数据记录如下图 7 诊断数据记录。其中zui后一个字DB2.DBW24为16#0006，表示在该站的2 (DB2.DBW10) 号槽，1 (DB2.DB12) 号子槽的通道0 (DB2.DBW20) 发生“断路”故障，参考图 8 ChannelErrorType编码。更多详细的通道故障类型信息，请参考 19289930
也可以更高一级的诊断级别，例如AR级，设置ID=16#00001FDF (MD8) 接口模板的诊断地址和INDEX=16#E00A (MW12) 也可以读取到相同的诊断数据记录，不过由于该级别zui高，那么可以获得该站的各个模板和各个通道的详细诊断信息。
根据故障类型的编码，可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方与PLC通讯的HMI上设置诊断信息并进行显示，方便用快速发现和维护现场故障。
需要注意在Step7中调用SFB52时，不要一直触发REQ，也就是说REQ不要一直为1，在需要的时候调用该功能块，因为一味的触发会占用PLC更多的资源和占用更多的带宽。

图 7 诊断数据记录

图 8 ChannelErrorType编码

4 SFB54诊断

4.1 介绍
SFB "RALRM" 从外围设备模块(集中结构)或从DP从站或PROFINET IO设备组件
接收中断及其所有相应信息。然后将此信息提供给输出参数。
带有附加详细输出参数中的信息包含被调用OB的启动信息以及中断源的信息。由于要检查外围设备中断，故只能在由CPU操作系统启动的中断OB中调用SFB 54。中断 OB 外的 SFB 54“RALARM” 调用是不*的，因为此时不能获取诊断状态的重要信息。

在TINFO和AINFO数据缓存中，AINFO中的USI=16#8000 (WORD 26) 时快速获得诊断的一些重要信息如下：
TINFO 的 WORD 20 站号.
AINFO 的 WORD 4 中断类型
WORD 12 插槽号（SLOT）
WORD 28 通道号（CHANNEL）
WORD 32 出错类型

4.2 编程
这里使用SFB54来捕获ET200S IM151-3PN FOC站点输出模块的中断状态，例如断线等，参考图 5 ET200S FOC的硬件组态列表。在OB82中添加SFB54，用于捕获断线故障。当然也可以使用OB82来读取IO设备的模块状态信息，但需要更多的编写程序，关于使用OB82来获取IO站点的模块的状态信息，请参考下载中心《使用OB8x诊断SIMATIC PLC(PN) 》87668286

双击该站的2DO DC24V/0.5AHF模板，设置使能通道0相关的诊断“断线”，参考图 6 ET200S 2DO模块的参数设置。

在OB82中加入SFB54，关于参数设置，点击“F1”参考SFB54在线帮助。程序示例如下：

L #OB82_MDL_ADDR
T MD 30
CALL "RALRM" , DB54
MODE :=1
F_ID :=MD30
MLEN :=1000
NEW :=M1.0
STATUS:=MD36
ID :=MD40
LEN :=MW44
TINFO :="TINFO".TINFO
AINFO :="AINFO".AINFO

在变量表中添加TINFO和AINFO的数据记录。其中TINFO的WORD20为8005，表示PROFINET总线序号为100的系统中站号5发生故障。根据图 9 AINFO变量表，可知AINFO中的DB4.DBW32为16#0006，表示在该站的2 (DB4.DBW12) 号槽，1 (DB4.DB14) 号子槽的通道0 (DB2.DBW28) 发生“断路”故障，参考图 8 ChannelErrorType编码。更多详细的通道故障类型信息，请参考 19289930

图 9 AINFO变量表

根据故障类型的编码，可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方与PLC通讯的HMI上设置诊断信息并进行显示，方便用快速发现和维护现场故障。

关键词
PROFINET IO, 诊断, 系统功能块, SFC51/SFB52/SFB541本例功能介绍

在本例中将介绍S7-300C 中集成的计数功能及作业功能。

2示例系统的体系结构

图 1 本例中选用一个S7-300 CPU314C-2DP, 并插入MMC 卡