M340与ATV31的CANopen通信及参数设置案例.doc

施耐德技术服务中心TSC Unity M340与ATV31CANopen通信向导CANopen通信控制启停、CANopen通信给定速度本向导分为两部分：1.快速操作指南-Know How, 满足了客户“快速解决调试问题”的需求。l 发送快-大小在2M左右，能方便快速地通过电子邮件发给客户使用l 调试快-提供了反复调试过的完整准确的PLC通信程序，客户可直接下载l 接线快-含有实物照片的通信接线图使客户非常容易理解和模仿，并且快速完成接线l 设置快-图形化的变频器参数设置指导使客户可直接上手设置参数，不用查找手册2.完全通信指导-Know Why, 满足了客户“系统学习通信知识”的需求。l 知识全-不仅给出了详细的调试步骤和详细解释，还使客户在完成通信的同时系统学习相关的产品和通信知识l 考虑全-对客户调试可能遇到的各种突发情况给出了相关提示和解决方法l 理解易-提供了程序指令和结构的详细注释，使客户能容易的理解和学习提供的标准程序并能在原有程序上进行扩展第二部分完全通信指导M340 CANopen Communication with ATV31 Edition:2008-7 安全信息重要信息注意： 在尝试安装、操作或调试设备之前，请仔细阅读下述说明并通过查看来熟悉设备。下述特别信息可能会在文本其他地方或设备上出现，提示用户潜在的危险和注意事项，或提供阐明或简化某一过程的信息。 这是“警告”的符号。警示用户潜在的危险和必须要遵守的规则，如果不遵守使用说明，可能导致调试失败、人身伤害甚至设备损坏。 这是提醒“注意”的符号。提醒用户需要注意的操作说明。请遵守所有带此符号的注意事项，以避免不必要的调试错误。 警告“警告”表示可能存在危险，如果不遵守，可能导致严重的人身伤害甚至死亡，或设备损坏。注意“注意”表示需要注意的操作，如果不遵守，可能导致调试失败。目录1. 实验简介42. 硬软件环境43. ATV31变频器设置53.1 操作说明53.2 参数设置63.2.1 控制方式73.2.2 通信参数84. 硬件连接105. PLC编程115.1 硬件组态115.1.1 组态CPU115.1.2 组态CANopen主站125.1.3 配置CANopen网络和从站135.2 ATV31 内部变量说明155.2.1 ATV31 内部字155.2.2 ATV31 DRIVERCOM流程165.3 编程176. 实验调试206.1 计算机与PLC的连接206.2 软件调试216.3 ATV31常见通信故障237. 带多台变频器247.1 硬件扩展247.2 软件扩展257.1.1 同一变频器通信多个变量257.1.2 连接多个变频器258. 附件268.1 Unity M340程序268.2 ATV31的CANopen用户手册268.3 ATV31编程手册268.4 Unity M340 CANopen现场总线用户手册26在实际进行通信调试之前，为保证调试安全：1 强烈建议用户不带电机进行通信调试。在此情况下，必须禁止变频器的电机缺相故障OPL，详细设置请参照3.2.1 控制方式的禁止变频器OPL的说明。2 如果用户的变频器必须要带电机进行通信调试，强烈建议断开电机负载，以避免负载的起动对人身和设备造成危害。3 如果用户的变频器和电机必须带负载进行通信调试，请务必确保电机和负载的启动和运行不会对人身、设备造成危害，以及对生产造成影响。警告1. 实验简介在施耐德电器的控制系统中，PLC通过CANopen监控变频器的运行是工业中较常见的应用，本文以施耐德M340 PLC与ATV31变频器为例，简要介绍PLC与变频器之间CANopen通信的过程，包括硬件接线、变频器参数设置、硬软件组态、上电调试等，实现在PLC上远程控制ATV31变频器的故障初始化，启动/停止，正转/反转，频率给定等。 本文只介绍了PLC通过CANopen通信远程控制变频器，关于CANopen通信控制和端子控制混合使用的情况，以及其他施耐德PLC，如TWIDO，Premium与ATV31的CANopen通信，将在本书的其他文章中介绍。2. 硬软件环境主要硬件如下：类型型号数量参考图片PLCUnity M340 P34 20301变频器ATV311CANopen通信口M340自带CANopen通信口1 CANopen通信电缆TCS CCE 4F3M05(一头为RJ45头，另一头为SUB D 9孔连接头)1主要软件：Unity Pro V3.1。Unity Pro是施耐德电器支持Quantum，Premium，M340的通用编程，调试和运行的软件包。3. ATV31变频器设置3.1 操作说明ATV31的前面板说明如下：ATV31操作面板主要操作规则：按上下键对菜单进行浏览，不会对选定项进行存储；一直按住上下键(2秒)可快速滚动浏览菜单；存储选定项，长按ENT键ENT，当存储数值时，显示器会闪烁。正常显示状态：无故障出现和无起动时，正常显示有如下几种：频率：SUP菜单中所选的参数的显示(缺省选项：加到电机上的输出频率)。在电流限制模式下，显示器会闪烁。init:初始化顺序rdY:变频器就绪dcb:直流注入制动正在进行nSt:自由停车FSt:快速停车tUn:正在进行自动整定故障显示状态：显示器闪烁指示出现的故障，故障的具体内容以及操作，请参照附件8.3ATV31编程手册的故障原因解决方案章节。任何初始显示状态下，均可以按ENT键ENT进入设置菜单。3.2 参数设置ATV31的主菜单如下，所有的参数均在主菜单的子目录里面进行设置。3.2.1 控制方式如果采用Modbus通信控制启停及速度给定，步骤如下：参数路径参数说明值功能描述CTL-LAC功能访问等级L3访问高级功能与混合控制模式的管理CTL-FR1配置给定1Can通过CANopen总线给定CTL-CHCF控制模式设置SIN如果LAC=L3可访问此参数：SIN组合，控制和频率给定由同一种方式设定；SEP分离，控制和频率给定由不同的方式设定Flt-OPL电机缺相故障No带小电机试验时，禁止因为输出电流过小出现的电机缺相故障；一般在变频器最小输出电流大于电机额定电流时需要禁止电机缺相故障。功能访问等级设置如下：配置给定1设定如下:控制模式设置如下：本例中控制和频率给定全部由通信给定，将控制模式设置为SIN组合模式，与出厂设置相同；用户需根据实际情况进行模式选择。禁止电机缺相故障设置如下：当变频器最小输出电流大于电机额定电流时需要禁止电机缺相故障。此处是否禁止，视用户测试的状况而定。3.2.2 通信参数此设置和PLC中的TSXSCP114卡的设置保持一致，步骤如下：参数路径参数说明值功能描述CON-AdCo从站地址1.范围1127CON-bdCo传输速率500可选择10/20/50/125/250/500/1000kbps从站地址设置如下：通信速率设置如下：设置完毕后，关闭变频器电源再重新上电，参数设置才能生效注意4. 硬件连接 本文使用的M340集成CANopen通信口，通过标准的CANopen直连电缆TCS CCE 4F3M05(长度0.5m)或TCS CCE 4F3M1(长度1m)连接ATV31变频器，系统的硬件构架和连接如下：412SUB D 9孔连接头屏蔽双绞线标准RJ45接头TCS CCE 4F3M*31Canopen通信口，M340 的自带CANopen通信口；2TCS CCE 4F3M05，标准的CANopen直连电缆，一端为RJ45头，另一端为SUB D 9孔连接头；3CANopen总线的终端，在CAN_H和CAN_L两端跨接一个120欧姆的电阻；4ATV31的RJ45端口作为CANopen通信的定义；注意1，强烈推荐用户使用施耐德电气的CANopen标准通信电缆，以避免因通信电缆线路而造成的通信问题。标准电缆型号为TCS CCE 4F3M*，*依长度分别有05(0.5m)和1(1m)两种。2，若暂时未配备CANopen标准通信电缆，也可按照上面的标准电缆接线图自制通信电缆，作通信调试使用。3，若用户采用自制通信电缆，建议用户使用屏蔽双绞线。5. PLC编程本例中的PLC组态和编程全部采用Unity Pro 3.1完成。Unity Pro是施耐德电器支持Quantum，Premium，M340的通用编程、调试和运行的软件包。PLC编程主要包括硬件组态和软件编程两个部分。5.1 硬件组态硬件组态本例中的硬件组态采用Unity Pro 3.1。Unity Pro是施耐德电器支持Quantum，Premium，M340的通用编程，调试和运行的软件包。组态步骤如下：5.1.1 组态CPU步骤动作&示例1打开Unity Pro 3.0，并新建一个项目，选择M340系列的P34 20302在Unity窗口的Project brower中双击Configuration，打开硬件组态双击打开硬件组态5.1.2 组态CANopen主站步骤动作&示例1双击CPU上的Canopen通信口，进入Canopen通信配置页面双击CANopen通信口,进入CANopen通信配置页面2进入Canopen通信配置页面后，主要配置参数如下表：参数值描述InputsNb.of words(%MW)100CANopen输入到本地的数据存储区的个数InputsIndex of 1st %MW100CANopen输入到本地的数据存储区的%MW起始地址OutputsNb.of words(%MW)100本地输出到CANopen设备的数据存储区的个数OutputsIndex of 1st %MW200本地输出到CANopen设备的数据存储区的%MW起始地址Transmission speed250CANopen通信速率注意：不要将输入输出字分配为最小值，可以适当多保留一些输入输出字以方便以后扩展。本文中输入输出字均设为100.输入数据存储起始地址和数量输出数据存储起始地址和数量配置CANopen通信参数 设置完毕后点击确认按钮进行确认。5.1.3 配置CANopen网络和从站步骤动作&示例1双击CANopen，进入CANopen网络和从站配置页面。双击方框以添加CANopen从站先双击打开CANopen网络配置页面2在上图中双击从站方框，以便添加CANopen从站，在列表中选择用户所配置的CANopen从站；这里只添加一个ATV31_V1.2。3选择成功后，回到CANopen网络和从站配置页面。双击ATV31图标，以进入ATV31从站配置页面。双击ATV31进入ATV31从站配置页面启用Receive PDO6 parameter启用Transmit PDO6 parameter4进入Canopen通信配置页面后，在PDO窗口下，启用PDO6，禁用PDO1。启用Transmit PDO6 parameter启用Transmit PDO6 parameter启用Receive PDO6 parameter启用Receive PDO6 parameter启用Transmit PDO6 parameter启用Transmit PDO6 parameter目标速度启用Transmit PDO6 parameter启用Receive PDO6 parameterATV31有两组预定义的PDO：第一组PDO(PDO1强制适用于所有模式)包括：l 一个接收的PDO，用于控制(控制字CMDD)变频器；l 一个发送的PDO，用于控制(状态字ETAD)变频器；PDO1为异步，且传输的PDO仅在其数据值改变时发送。第二组PDO(PDO6用于速度模式)包括：l 一个接收的PDO，用户控制变频器(控制字CMDD和速度给定值LFRD)，此外，它可被配置为包括两个附加变量；控制字CMDD和速度给定值LFRD也可以由其他任何两个带有写访问权的变量替换；l 一个发送的PDO，用于监控变频器(状态字ETAD和速度实际值RFRD)，此外，它可被配置成包括两个附加变量；状态字ETAD和速度实际值RFRD也可以由其他任何两个变量替换；PDO6的通信模式可以由用户根据其需要进行设置：异步(对于PDO1)或循环式，基于同步对象(SYNC)的接受。此外还有第三种模式，非循环异步方式，在此种方式中任何时候只要其数据值发生改变，则所传输的PDO被发送，但仅在SYNC对象允许同步窗口期间可以进行。在同步模式下“Inhibit time”(禁止时间)和“Envent timer”(事件计时器)可以进行修改。PDO1只能管理4个字节，2个输入字节，两个输出字节；PDO6最多可以管理16个字节，8个输入字节，8个输出字节，所以这里采用PDO6进行通信控制。用户还可以使用SDO(Service Data Objects，服务数据对象)进行通信，需要使用READ_VAR/WRITE_VAR编程；SDO报文用于配置和设置。PLC可通过SDO实现非循环消息传送。ATV31管理1个SDO，有2个COB-ID标识：l 1个用于请求(由PLC发送，用于ATV31)；l 1个用于应答(报文由ATV31发送回PLC)；5设置完毕后，并点击进行确认。所有的配置完成后，点击快捷菜单上的按钮，生成所有项目，生成过程中如果出现错误，会显示在Unity下面的消息栏中；如果生成完毕Unity右下脚显示。6配置完毕后，可直接在从站配置页面中找到变频器的内部变量及映射到本地的变量。其中%MW100为状态字，%MW103为输出速度，%MW201为命令字，%MW202为目标速度。启用Transmit PDO6 parameter5.2 ATV31 内部变量说明在M340 PLC中编写程序，将变频器的内部变量映射到本地寄存器，通过对本地寄存器进行读写，来完成对变频器的监控。5.2.1 ATV31 内部字在此仅列出本例中使用的ATV31内部寄存器以及对应功能,见下表：类型地址代码说明读出变量6041ETADDRIVECOM状态字6044RFRD电机输出频率写入变量6040CMDDDRIVECOM命令字6042LFRD在线给定频率对ATV31变频器实现CANopen通信控制的状态字和控制字说明如下：位状态字ETAD(6041)控制字CMDD(6040)Bit0准备接通接通Bit1接通电压无效Bit2操作允许快速制动Bit3故障允许操作Bit4电压无效0Bit5快速制动0Bit6接通禁止0Bit7报警故障复位Bit800Bit9线性控制0Bit10达到给定值0Bit11超过给定值正转/反转Bit120斜坡制动Bit130注入制动Bit14STOP键停止快速制动Bit15旋转方向05.2.2 ATV31 DRIVERCOM流程变频器的内部操作遵循DRIVERCOM流程，见下图：上电是故障？ETA=16#*8ATV故障功能失常否CMD=16#0080故障消失，复位ETA=16#*40ATV锁定接通禁止CMD=16#0000禁止电压或CMD=16#0000禁止电压CMD=16#0000禁止电压CMD=16#0006停车电机停车修改配置参数或或或电机停车修改配置参数CMD=16#0000禁止电压终端上STOP键CMD=16#0002快速停车或或终端上STOP键电机停车修改配置参数nStETA=16#*21ATV等待禁止电压rdY,dCbETA=16#*07紧急停车快速停车激活CMD=16#0007接通CMD=16#0006停车CMD=16#0006停车nStETA=16#*23ATV就绪接通CMD=16#*F激活运行CMD=16#*F激活运行CMD=16#0007禁止运行rUn,rdYETA=16#*27ATV运行运行激活CMD=16#000B快速停车ATV31的DRIVERCOM流程ATV31的默认配置如下:状态字ETA注释命令字CMD注释16#0627正常停车或正转运行，达到速度16#000F正转运行16#8627反转运行，达到速度16#080F反转运行16#0227正转运行，ACC或DEC16#100F停车(“Stt”配置)16#8227反转运行，ACC或DEC16#200F直流注入停车16#400F快速停车5.3 编程程序主要是编写DRIVERCOM流程：ATV31的内部状态转换都遵循DRIVERCOM流程。在线控制命令和给定速度，在运行状态输出频率有效。由于变频器的内部字已经映射到本地寄存器%MW，所以直接对%MW100、%MW103、%MW201、%MW202进行编程即可。详细程序见附件8.1 Unity M340程序。变量声明：在中进行变量声明，如下：定义变量需要定义的变量如下：梯形图程序：6. 实验调试用户在上电调试之前，请务必确保PLC，变频器以及所带的电机的接地安全，以避免因接地问题而可能造成的人身伤害和设备损坏。警告6.1 计算机与PLC的连接本例中计算机和PLC的连接采用常用的USB方式。连接电缆即常规的USB电缆.(即家用数码相机,MP3的连接电缆均可)，连接图如下：硬件连接完成之后，在Unity Pro中设置如下：步骤动作&示例1将Unity Pro的连接模式切换到标准模式：Standard Mode为标准模式；Simulation Mode为仿真模式。2设置PLC连接方式为USB将Media设置为USB，Address设置为SYS。3地址设置完毕后点击Test Connection进行连接测试，测试成功后会显示如下提示：测试连接成功后点击OK确定set address设置。4连接PLC。连接成功后，Unity 软件的下方状态栏会显示当前PLC的状态。6.2 软件调试计算机和M340连接后，完全下载程序并运行CPU，在Unity Pro的在线数据监控表Animation Table中添加如下变量，并给值：初始状态时，变频器CANopen可能处于Fault状态(Fault=1)，此时需要用Rst_fault进行复位。按照当前状态操作后续状态的顺序，对变频器操作如下：当前状态操作后续状态Unity监控表ATV31Unity监控表ATV31Waiting=1/等待nSt/自由停车1Run_dir/Run_rev=on_plus正转或反转Running1/运行当前输出频率Ready1/就绪rdy/就绪Standby=1/暂停Running=1/运行运行，显示当前输出频率Nor_stopon_plus/自由停车Waiting=1/等待nSt/自由停车Halt=on_plus/暂停Standby=1/暂停运行rdy/就绪Freq_set300/给定频率2Actual_frequence(-)30010.0/输出频率Fault=1/故障COF/通信故障Rst_faulton_plus/故障复位Waiting=1/等待nSt/自由停车1On_plus表示为一上升沿脉冲，此例中每一个命令均为上升沿有效，即置为1后，再置回0，否则下一个命令无效。2当命令为反转时，显示的频率为负数。ATV31内部详细操作流程，请参照5.2.2 ATV31 DRIVERCOM流程。本例的详细程序请参见附件中的Unity M340程序。本例中变频器采用是无电机测试，调试时给定变频器频率10HZ，运行安全。因此，强烈推荐用户在进行在线通信调试时1， 如果用户变频器采用无电机进行调试，可按照本例中的输入频率进行设定；2， 如果用户变频器带有负载进行调试，请务必确保变频器的给定频率在负载和环境的安全应用范围之内，不会对人身和设备造成安全影响。警告6.3 ATV31常见通信故障出现通信故障或者变频器故障时，变频器会自动停止输出。在此例中，常见故障是COF(CANopen bus fault)通信故障，通信故障之后变频器会自动停止输出，并在液晶显示器上显示COF。几种常见的故障原因解决方案如下：故障起因故障现象解决方案恢复运行变频器显示变频器输出硬件线路故障COF立即停止输出，Freq_set *保持检查并恢复硬件线路通信自动恢复，显示Fault1，需要复位Rst_fault=1PLC断电PLC重新热启动PLC冷启动立即停止输出，变频器复位，Freq_set清零CPU停止运行nSt立即停止输出，Freq_set保持PLC启动通信自动恢复，Waiting1* Freq_set为CPU的内部的频率给定值见6.2 软件调试其他更多ATV31变频器的故障原因解决方案，请参照附件8.3ATV31编程手册的故障原因解决方案章节。7. 带多台变频器本例只是对单个变频器进行控制，对于多个变频器连接的情况，需要对硬件和软件进行扩展。7.1 硬件扩展施耐德提供专门的设备对CANopen设备进行扩展，常用的扩展拓扑图如下：11322451)S1/S2/S3均为RJ45母连接器，接ATV31变频器；S3可连接PowerSuite或远程终端；2)S4/S5为CANopen端子排，连接CANopen主线电缆；3)连接(ON)或断开(OFF)连接于CANopen总线的120欧姆终端电阻,当此连接器位于CANopen总线的中间时，开关拨到OFF位置，当此连接器位于CANopen总线的终端时，拨到ON位置，连接终端电阻；CANopen总线上必须使用线路终端电阻。4)用于接接地导线的接地片；5)干线电缆。详细的扩展规划，请参照附件的8.2ATV31的CANopen用户手册。对于使用多台变频器的系统，为保证系统通信的稳定性与可靠性，建议客户使用施耐德的标准扩展设备。注意7.2 软件扩展根据上面的程序可以看出，使用CANopen通信时，配置使用PDO6分别进行数据的发送和接收，每个PDO6只配置了两个变量。7.1.1 同一变频器通信多个变量如果要显示或控制更多变频器参数，需要做如下两个地方的更改：l 在5.1.2 组态CANopen主站的步骤2中添加更多的输入输出存储字；l 在5.1.3 配置CANopen网络和从站中的步骤4步，添加更多变量。如果用户需要添加更多的输出功能参数，可以直接从Mapable Objects from EDS file里面双击添加，但是只能添加访问属性为Write的变量；如果用户需要添加更多的输入功能参数，可以直接从Mapable Objects from EDS file里面双击添加，但是只能添加访问属性为Rea