S7-1200与G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS通信 第1部分 控制变频器起停及调速

1 G120 PROFIBUS通信功能概述
SINAMICS G120第二代控制单元CU240B-2 DP、CU240E-2 DP、CU240E-2 DP F支持基于PROFIBUS的周期过程数据交换和变频器参数访问。
> 周期过程数据交换--通过该通信PROFIBUS主站可将控制字和主设定值等过程数据周期性的发送至变频器，并从变频器周期性的读取状态字和实际转速等过程数据。G120最多可以接收和发送8个过程数据。该通信使用周期性通信的PZD通道（过程数据区），变频器不同的报文类型定义了不同数量的过程数据（PZD）。
> 变频器参数访问--提供PROFIBUS主站访问变频器参数的接口，有两种方式能够访问变频器参数：

1. 周期性通信的PKW通道（参数数据区）：通过PKW通道主站可以读写变频器参数，每次只能读或写一个参数，PKW通道的长度固定为4个字。
2. 非周期性通信：主站采用PROFIBUS-DPV1通信访问变频器数据记录区，每次可以读或写多个参数。

本文通过示例介绍S7-1200与CU240E-2 DP F的PROFIBUS PZD通信，以组态标准报文1为例介绍通过S7-1200如何控制变频器的起停、调速以及读取变频器状态和电机实际转速。

2 S7-1200与CU240X-2 DP的PROFIBUS PZD通信实例

2.1 硬件列表

表2-1硬件列表

设备	订货号	版本
S7-1200 CPU1214 C DC/DC/DC	6ES7 214-1AE30-0XB0	V2.2
PROFIBUS主站模块CM1243-5	6GK7 243-5DX30-0XE0	V1.0
CU240E-2 DP F	6SL3244-0BB13-1PA1	V4.4

2.2 变频器设置

• 设置地址：两种方式设置PROFIBUS地址：

1) 通过DIP开关设置PROFIBUS地址，本示例设置地址为10，如右图所示；
2) 当所有DIP开关都被设置为on或off状态，通过P918设置PROFIBUS地址；
注意：DIP开关设置PROFIBUS地址优先。

图2-1 DIP开关设置地址

• 通信参数基本设置：设置变频器接口宏P0015=7；设置通信报文为标准报文P0922=1（有关报文类型信息请参考“3 PROFIBUS报文结构及控制字和状态字”章节）

2.3 S7-1200硬件组态

• 创建S7-1200项目：打开TIA PORTAL软件；1）选择创建新项目；2）输入项目名称；3）点击“创建”按钮；4）打开项目视图。

图2-2创建S7-1200项目

• 添加S7-1200 CPU1214C：打开项目试图后；1）点击“添加新设备”选项，弹出添加新设备对话框；2）设备树中选择相应的CPU本示例选择CPU1214C DC/DC/DC；3）选择CPU版本号；4）点击“确定”按钮。

图2-3添加S7-1200 CPU1214C

• 添加PROFIBUS主站模块CM1243-5：1）将硬件目录中“通信模块 -> CM1243-5 -> 6GK7 243-5DX30-0XE0 ”模块拖拽到CPU左侧第一个槽位中；2）单击CM1243-5 PROFIBUS接口图标；3）设备属性对话框下点击“PROFIBUS地址”项；4）点击“添加新子网”按钮，创建PROFIBUS_1网络；5）使用默认PROFIBUS地址2。

图2-4添加PROFIBUS主站模块CM1243-5

• 添加CU240E-2 DP F从站：1）点击网络视图按钮进入网络视图页面；2）将硬件目录中“其它现场设备 -> PROFIBUS DP -> 驱动器 -> Siemens AG -> SINAMICS -> SINAMICS G120 CU240x-2 DP（F）V4.4 -> 6SL3 244-0BBxx-1PA1 ”模块拖拽到网络视图空白处；3）点击以插入站点蓝色“未分配”提示，选择主站“PLC_1.CM1243-5 PROFIBUS接口（X1）”，完成与主站网络连接。

图2-5添加CU240E-2 DP F从站

• 分配CU240E-2 DP F从站地址：1）鼠标单击添加的CU240E-2 DP F从站；2）设备属性对话框下点击“PROFIBUS地址”项；3）选择“PROFIBUS_1”网络；4）设置PROFIBUS地址为10。

图2-6分配CU240E-2 DP F从站地址

• 组态与CU240E-2 DP F通信报文：鼠标双击添加的CU240E-2 DP F从站，打开设备视图； 1）将硬件目录中“Standard begram1，PZD-2/2 ”模块拖拽到“设备概览”视图的第1个插槽中，系统自动分配了输入输出地址，本示例中分配的输入地址IW68、IW70，输出地址QW64、QW66；2）编译项目。

图2-7组态与CU240E-2 DP F通信报文

• 下载硬件配置：1）鼠标单击“PLC_1”选项；2）点击“下载到设备”按钮；3）选择PG/PC接口类型，PG/PC接口，子网的链接；4）点击“下载”按钮。

图2-8下载硬件配置

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2.4 通过标准报文1控制电机起停及速度
S7-1200通过PROFIBUS PZD通信方式将控制字1（STW1）和主设定值（NSOLL_A）周期性的发送至变频器，变频器将状态字1（ZSW1）和实际转速（NIST_A_GLATT）发送到S7-1200.

1. 控制字：常用控制字如下，有关控制字1（STW1）详细定义请参考“3 PROFIBUS报文结构及控制字和状态字”章节。

• 047E(16进制) - OFF1停车
• 047F(16进制) - 正转启动
• 0C7F(16进制) - 反转启动
• 04FE(16进制) - 故障复位

1. 主设定值：速度设定值要经过标准化，变频器接收十进制有符号整数16384（4000H十六进制）对应于100%的速度，接收的最大速度为32767（200%）。参数P2000中设置100%对应的参考转速。
2. 反馈状态字详细定义请参考“3 PROFIBUS报文结构及控制字和状态字”章节。
3. 反馈实际转速同样需要经过标准化，方法同主设定值。

示例：通过TIA PORTAL软件“监控表”模拟控制变频器起停、调速和监控变频器运行状态。

表2-2 PLC I/O地址与变频器过程值

数据方向	PLC I/O地址	变频器过程数据	数据类型
PLC -> 变频器	QW64	PZD1 - 控制字1（STW1）	16进制(16Bit)
	QW66	PZD2 - 主设定值（NSOLL_A）	有符号整数(16Bit)
变频器 -> PLC	IW68	PZD1 - 状态字1（ZSW1）	16进制(16Bit)
	IW70	PZD2 - 实际转速（NIST_A_GLATT）	有符号整数(16Bit)

 

1. 启动变频器
   首次启动变频器需将控制字1（STW1）16#047E写入QW64使变频器运行准备就绪，然后将16#047F写入QW64启动变频器。
2. 停止变频器
   将16#047E写入QW64停止变频器；
3. 调整电机转速
   将主设定值（NSOLL_A）十进制16384写入QW66，设定电机转速为1500rpm。
4. 读取IW68和IW70分别可以监视变频器状态和电机实际转速。

图2-8监控表
 

3 PROFIBUS报文结构及控制字和状态字

3.1 报文结构

表3-1报文结构

报文类型 P922	过程数据
	PZD1	PZD2	PZD3	PZD4	PZD5	PZD6	PZD7	PZD8
报文1 PZD2/2	STW1	NSOLL_A
	ZSW1	NIST_A_ GLATT
报文20 PZD2/6	STW1	NSOLL_A
	ZSW1	NIST_A_ GLATT	IAIST_ GLATT	MIST_ GLATT	PIST_ GLATT	MELD_ NAMUR
报文350 PZD4/4	STW1	NSOLL_A	M_LIM	STW3
	ZSW1	NIST_A_ GLATT	IAIST_ GLATT	ZSW3
报文352 PZD6/6	STW1	NSOLL_A	预留过程数据
	ZSW1	NIST_A_ GLATT	IAIST_ GLATT	MIST_ GLATT	WARN_ CODE	FAULT_ CODE
报文353 PZD6/6	STW1	NSOLL_A
	ZSW1	NIST_A_ GLATT
报文354 PZD6/6	STW1	NSOLL_A	预留过程数据
	ZSW1	NIST_A_ GLATT	IAIST_ GLATT	MIST_ GLATT	WARN_ CODE	FAULT_ CODE
报文999 PZDn/m	STW1	接收数据报文长度可定义(n = 1 … 8)
	ZSW1	发送数据报文长度可定义(m = 1 … 8)

 

表3-2 过程值缩写含义

过程值缩写	含义	过程值缩写	含义
STW1/3	控制字1/3	PIST_GLATT	当前有功功率
ZSW1/3	状态字1/3	MELD_NAMUR	故障字，依据;VIK-NAMUR定义
NSOLL_A	转速设定值	M_LIM	转矩极限值
NIAST_A_GLATT	经过滤波的转速实际值	FAULT_CODE	故障编号
IAIST_GLATT	经过滤波的电流实际值	WARN_CODE	报警编号
MIST_GLATT	当前转矩

 

3.2 控制字

表3-3控制字

控制字位	数值	含义		参数设置
		报文20	其它报文
0	0	OFF1停车（P1121斜坡）		P840=r2090.0
	1	启动
1	0	OFF2停车（自由停车）		P844=r2090.1
2	0	OFF3停车（P1135斜坡）		P848=r2090.2
3	0	脉冲禁止		P852=r2090.3
	1	脉冲使能
4	0	斜坡函数发生器禁止		P1140=r2090.4
	1	斜坡函数发生器使能
5	0	斜坡函数发生器冻结		P1141=r2090.5
	1	斜坡函数发生器开始
6	0	设定值禁止		P1142=r2090.6
	1	设定值使能
7	1	上升沿故障复位		P2103=r2090.7
8		未用
9		未用
10	0	不由PLC控制（过程值被冻结）		P854=r2090.10
	1	由PLC控制（过程值有效）
11	1	---	设定值反向	P1113=r2090.11
12		未用
13	1	---	MOP升速	P1035=r2090.13
14	1	---	MOP降速	P1036=r2090.14
15	1	CDS位0	未使用	P810=r2090.15

3.3 状态字

表3-4状态字

状态字位	数值	含义		参数设置
		报文20	其它报文
0	1	接通就绪		P2080[0]=r899.0
1	1	运行就绪		P2080[1]=r899.1
2	1	运行使能		P2080[2]=r899.2
3	1	变频器故障		P2080[3]=r2139.3
4	0	OFF2激活		P2080[4]=r899.4
5	0	OFF3激活		P2080[5]=r899.5
6	1	禁止合闸		P2080[6]=r899.6
7	1	变频器报警		P2080[7]=r2139.7
8	0	设定值/实际值在偏差过大		P2080[8]=r2197.7
9	1	PZD(过程数据)控制		P2080[9]=r899.9
10	1	达到比较转速		(P2141) P2080[10]=r2199.1
11	0	达到转矩极限		P2080[11]= r1407.7
12	1	---	抱闸打开	P2080[12]=r899.12
13	0	电机过载		P2080[13]=r2135.14
14	1	电机正转		P2080[14]=r2197.3
15	0	显示CDS位0状态	变频器过载	P2080[15]=r836.0/ P2080[15]=r2135.15

 4 文档说明
S7-1200与G120 CU240X-2 DP之间的PROFIBUS通信入门指南包含3个部分：

>《S7-1200与G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS 通信 第1部分 控制变频器起停及调速》：介绍S7-1200通过周期性通信PZD通
     道（过程数据区）控制和检测变频器状态。
> 《S7-1200与G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS 通信 第2部分 周期通信读写变频器参数》：介绍S7-1200通过周期性通信
      PKW通道（参数数据区）读写变频器参数。
> 《S7-1200与G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS通信 第3部分 非周期通信读写变频器参数》：介绍S7-1200通过非周期性通信
     读写变频器参数。

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下载中心地址： 73911891, 73911605

注：有关PROFIBUS 通信内容更详细信息请参考《CU240E-2操作手册》

关键词
G120, CU240E-2 DP, CU240B-2 DP, S7-1200, PROFIBUS, PZD