G120 故障安全功能调试指南 SINAMICS G120 Safety Function Commissioning Getting Started Edition (2009 年 06 月 )
摘要本文介绍了 G120 变频器通过 Profisafe 实现故障安全功能的调试方法 关键词故障安全,G120,Profisafe, 变频器 Key Words Failsafe,S120,Profisafe,Frequency converter IA&DT Service & Support Page 2-24
目 录 1 SINAMICS G120 故障安全型变频器的硬件 4 2 组态 PLC 4 2.1 软件需求 4 2.2 STEP7 项目组态和设置 4 2.3 G120 参数设置 8 2.4 故障安全功能调试 10 2.4.1 安全功能选择 10 2.4.2 安全功能参数设置 11 2.4.3 程序编制 14 附录 23 IA&DT Service & Support Page 3-24
SINAMICS G120 系列变频器做为西门子通用型变频器产品中的一种, 在市场上一直有 着非常广泛的应用, 随着行业应用的不断拓展, G120 系列变频器也逐渐具有了故障安全功 能 本文将主要介绍 G120 变频器的故障安全功能的调试和使用方法 1 SINAMICS G120 故障安全型变频器的硬件 G120 变频器包括支持 DP 接口和 PN 接口两种, 其中 G120D 具有高防护等级 (IP67) 的特性, 它们的安全功能基本都类似 : 1)SINAMICS G120 CU240S DP F (6SL3244-0BA21-1PA0) 2)SINAMICS G120 CU240S PN F (6SL3244-0BA21-1FA0) 3)SINAMICS G120D CU240D DP F (6SL3544-0FA21-1PA0) 4) SINAMICS G120D CU240D PN F (6SL3 544-0FA21-1FA0) 硬件的版本为到目前为止最高版本 V3.2 2 组态 PLC 2.1 软件需求我们通过一个实例来介绍如何在 STEP7 中组态 G120 变频器模块 所需软件 : STEP7 V5.4 SP3 或以上版本 Distributed safety V5.4 SP4 或以上版本 Drive ES V5.4 以上版本 ( 或 Scout/Starter) 2.2 STEP7 项目组态和设置 1) 硬件组态首先在 STEP7 中建立一个 S7 300 项目, 在实际硬件中, 我们采用了带 PN 接口的 G120 模块, 因而需要组态 Profinet 网络 图 1 新建 S7 300 项目 在硬件组态中, 选择 CPU317F-2PN/DP 做为 F 的主站, 添加一条以太网, 在硬件列表 中选择 PROFINET IO SINAMICS G120 SINAMICS G120 CU240S PN F, IA&DT Service & Support Page 4-24
用鼠标点中将其拖拽到以太网上, 同时将 PROFIsafe 报文添加到 G120 的硬件插槽中 ( 图 2) 图 2 将 G120 添加到项目中 2) 组态网络双击 G120 为其分配设备名 (g120pnio) 和 IP 地址 (192.168.0.3) 其中设备名必须与实际连接的 G120 的设备名一致, 否则将无法进行下载 ( 图 3) 图 3 为 G120 的 PN 口分配 IP 地址和设备名 IA&DT Service & Support Page 5-24
3) 故障安全参数设置 双击 G120 硬件组态 1.3 槽中的 Profisafe, 打开属性设置 ( 图 4) 图 4 Profisafe 属性设置其中 : F_SIL: 表示系统能够达到的安全等级 ; F_Source_Add:F 系统主站的 源地址, 一般采用默认值即可 ; F_Dest_Add:F 系统目的站的地址, 一般采用默认值即可, 该值需要与 G120 的实际值相对应, 可通过参数 P9810 在 G120 上设定 ; F_WD_Time:F 系统的看门狗时间, 一般至少应大于 OB35 的循环中断时间 ( 建议设置在 300ms 以上 ); 4) F-CPU 的参数配置双击 CPU, 打开属性页面 首先选择 F Parameters 属性页, 为安全程序设置密码 该密码防止了 F 程序被没有授权的用户随意修改 ( 图 5) IA&DT Service & Support Page 6-24
图 5 为 F 程序设置密码 密码设置后, 点击 OK, 可以看到 F 参数 这些参数是 CPU 处理 F 程序时的基本信 息, 一般是系统自动分配的, 不建议做修改, 选择确认即可 图 6 CPU 的 F 相关系统参数 接下来在 Protection 属性中, 设置程序的读 / 写保护, 同时将 CPU contains safety program 激活 ( 图 7) IA&DT Service & Support Page 7-24
图 7 设置 CPU 读 / 写密码保护 配置结束后, 选择 存盘 / 编译 图 8 存盘编译 2. 3 G120 的参数设置 (1) 编译后的 S7 项目下, 出现了 G120 设备, 其设备名为 g120pnio, 双击 Commissioning, 打开 G120 的调试界面 ( 图 9) IA&DT Service & Support Page 8-24
图 9 双击打开 G120 调试界面 (2) 系统将启动 SIMOTION SCOUT( 或者 DriveES / Starter) 首先选择接口设置, 否则软件可能无法与 G120 正常连接 ( 图 10) 图 10 设置连接接口 这里采用的以太网的连接方式 IA&DT Service & Support Page 9-24
图 11 设置 PG/PC 接口 (3) 在 Scout 软件中, 选择在线 online, 连接到 G120 图 12 选择在线功能 至于如何配置驱动, 这里不再详细介绍, 请参照有关 G120 的调试手册 G120 的安全功能只有在 Online 状态下才可以进行调试 图 13 打开安全功能调试界面选择 Safety Integrated, 设置故障安全功能的参数 2. 4 故障安全功能调试 2.4.1 安全功能选择 G120 F 提供了 STO/SS1/SLS/SBC 等安全功能, 这些安全功能可以通过端子或者 Profisafe 协议来控制 在 Enables 属性页中, 可以通过 P9603/P9803 选择安全功能的激活方式 ( 图 14) IA&DT Service & Support Page 10-24
图 14 通过 P9603 选择安全功能激活方式 G120 的故障安全功能是通过两个处理器进行信号处理的, 一个为驱动处理器 (P9603), 另外一个为通讯处理器 (P9803) G120 通过比较这两个处理器的结果对功能进行设置, 如果没有错误, 则可以正常启动相应的功能, 否则进入 钝化 状态 图 16 两个处理器进行信号的比较 (1) 对于通过端子实现安全功能,G120F 提供了 2 组双回路的端子, 可以连接 2 个双通道的按钮或者急停开关来实现安全功能的激活 ( 图 15), 但通过端子控制时只能选择 2 个安全功能 图 15 G120F 故障安全接线端子当选择通过 Porfisafe 来激活安全功能时, 端子激活的方式将不再能够被选择 (2) 选中通过 Profisafe 的报文来控制安全功能后, 端子控制的方式将不能再被激活 2.4.2 安全功能参数设置选择 Change settings 选项进行参数设定 图 16 选择安全功能设定 1) 安全转矩关断 (STO) 当设备出现故障时, 安全转矩关断 (STO) 功能将用于安全的断开电机电源 当选择了该功能时, 驱动单元将进入 安全状态 此时, 驱动单元的启动功能被禁止, 驱动设备无法在故障状态下被重启, 电机进入无转矩自由停车状态 IA&DT Service & Support Page 11-24
图 17 设置 STO 1 如果采用端子控制方式, 则可以对两个输入端子回路进行差异时间的监控 (Debounce time), 也可以定义最小相应时间来对信号进行滤波 (Response time) 2 如果采用 Profisafe 方式, 则可以定义系统在 STO 结束时的自检过程, 以保证系统正常运行 ( 包括关断测试时间 :8 hour) 3 钝化的 STO 功能 (Passivated STO): 当系统进入 STO 过程中 (20ms) 检测到内部出现故障或者其它过程中检测到故障时, 将随时进入 PSTO 状态, 直到所有的故障都被消除后并确认后, 系统才可以正常运行 且 PSTO 拥有最高优先级 2) 安全停车 (SS1) 当 SS1 被激活时, 电机转速将按照设定方式的斜坡下降, 当在规定时间内 (Tr) 到达 Standstill 设定频率时, 进入 STO 状态 如果超过延时监控时间 (Tv), 则系统故障, 同时进入 STO 此时需要将该故障进行 确认 操作, 之后系统才可以正常启动 IA&DT Service & Support Page 12-24
图 18 选择安全停车 3) 安全限速 (SLS) 安全限速功能 (Safely Limited Speed) 用于保护驱动设备在相对安全的速度上运行 G120 提供了 4 种模式的安全限速功能 ( 模式 0~ 模式 3) IA&DT Service & Support Page 13-24
图 19 安全限速功能的选择关于几种模式的功能说明, 请参照手册 :SINAMICS Function Manual (Firmware V3.2), 这里不再一一详述 其中模式 3 只有 V3.2 的硬件中才有 设定结束, 选择 Accept settings 至此, 我们完成 G120 安全功能的组态, 接下来我们通过 Profisafe 协议来控制 S120 的安全功能 2.4.3 程序编制安全程序的编制和安全功能的调试 : 1) 首先打开 SIMATIC Manager, 进入编程界面, 选择 Insert new object Function ( 图 20) IA&DT Service & Support Page 14-24
图 20 插入新的功能 (Function) 2) 为新创建的 FC 选择语言 F-CALL 这里创建的 FC100 是用于 CPU 处理故障安全程 序的需要而建立的 图 21 选择创建语言 F-CALL F-CALL 只是用于 CPU 调用与安全相关的程序的, 但真正的安全程序的语句并不在 F- CALL 里进行编写, 需要建立新的 F 程序编制的功能块 选择新建功能块 ( 图 22) IA&DT Service & Support Page 15-24
图 22 新建功能块 该功能块 (FB1) 的创建语言选择 F-FBD 或者 F-LAD 图 23 创建程序调用块一般每个 FB 都需要一个背景数据块, 故障安全型的 FB 也不例外, 因而不要忘记为 FB1 建立一个背景数据块 DB1, 当选择该背景数据块为 FB1 的背景数据块时, 可以看到其创建语言自动被系统设定为 F-DB,( 当然, 如果选择新建某个 FC 来做为 F 程序的调用功能, 则不需要建立相应的背景数据块 ) IA&DT Service & Support Page 16-24
图 24 F-FB 的背景数据块 3) 由于我们通过之前的硬件组态已经组态了 Profisafe 的报文, 其输入 / 输出地址分别是地址 18..23 Profisafe 报文对应的控制字为 : 状态字为 : 则在 FB1 中编程即可 : IA&DT Service & Support Page 17-24
图 25 控制字的程序 其中 Q18.0 Q18.1 和 Q19.0 分别对应激活 STO SS1 和 SLS 的安全功能 ( 图 25); 至于 故障安全状态, 则通过 I18.0 I18.1 和 I19.0 进行检测 ( 图 26) IA&DT Service & Support Page 18-24
图 26 状态字的程序 4) 在故障安全系统中, 当安全模板发现故障时, 系统出于保护的目的, 将暂时停止模板的输入输出, 也就是将模板 钝化, 此时, 模板不能再对程序输出进行响应, 直到该故障消失后, 经过 去钝 的处理, 模板才能被重新集成到控制系统中, 因而, 当模板被 钝化 后, 在程序中需要对模板进行 去钝 处理, 否则只能通过将设备断电才能恢复控制功能, 当然前提是故障已经消除 在程序中, 可以对模板是否被钝化进行监控 当该模板被钝化后, 其对应的数据块自动将 PASSIVATION OUTPUT (2.0) 置位 当故障消除后, 将 AKNOELADGEMENT FOR REINTEGRATION(0.2) 置位, 则模板被去钝 ( 图 28) 图 27 G120 的 去钝化 5) 安全程序编制结束后, 回到 SIMATIC manager 界面, 选择安全程序的编译 在编译界面, 首先选择 F-Runtime groups ( 图 28) IA&DT Service & Support Page 19-24
图 28 选择 F 运行组 新建一个安全组 然后选择相应的 FB FC 即可 图 29 新建安全组 然后选择 Compile 进行安全程序的编译, 如果编译正确, 则 F 程序的标签将一致 IA&DT Service & Support Page 20-24
图 30 安全程序的编译 注意 : 故障安全程序在每次修改后, 都需要重新进行编译 6) 然后在 SIMATIC Manager 下新建 OB35, 在 OB35 中调用 F-CALL 图 31 OB35 中调用 F-CALL 全部程序编制完成后, 可以通过硬件组态将硬件组态进行下载, 然后必须通过安全 Download 将安全程序 ( 包括非安全类的程序 ) 进行下载 IA&DT Service & Support Page 21-24
图 32 安全程序的下载 程序编译下载后, 启动 CPU, 此时首先可能需要对 G120 进行一次 去钝化 的操作, 然后我们可以通过 Profisafe 控制激活 G120 的安全功能 7) 关于 G120 的 去钝化 G120 做为 PN 或者 DP 的从站, 当 CPU 重新上电过程中, 一般进行自动去钝的操作 ; 系统运行过程中, 如果是故障状态, 一般需要进行故障确认, 然后进行手动去钝即可重新操作 ; 如果无法故障确认, 则需要重新将 G120 上电才可以重新正常运行 IA&DT Service & Support Page 22-24
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