任务3.1 S7-1200 PLC PN通信控制G120变频器

S7-1200PLCPN通信控制G120变频器任务导入任务引入前面我们为如图所示某企业高精度度磨线机项目部选择了西门子V90伺服驱动器和伺服电机。请设计电气原理图，完成伺服驱动器等设备安装和主电路接线，用BOP面板设置伺服驱动器的参数，通过面板控制伺服电机点动正反转，判断正反转时机械装置的运动方向，调试设备。高精度磨线机系统结构示意图任务目标任务目标（1）理解G120变频器PN通信相关参数的功能及PROFIdrive通信协议。（2）掌握通信报文的结构（PZD）及控制字STW1、状态字ZSW1的各位定义。（3）理解SinaSpeed功能块及直接控制PZD区的编程方法。1.

知识目标任务目标2.能力目标（1）能设计G120变频器PN通信控制的电气接线原理图和网络拓扑图。（2）能完成PN通信的硬件组态（添加驱动、分配IP地址和设备名称、调试向导）。（3）能用TIAPortal编写PLC程序（直接控制PZD），实现正反转、调速和故障应答。（4）能组态HMI画面（按钮、指示灯、IO域），实现通信监控。（1）通过实现PN通信控制变频器，增强科技报国信心。（2）养成规则意识、标准意识和5S管理的职业素养，培养开拓创新的科学精神。任务目标3.素质目标任务准备G120变频器现场总线接口G120变频器现场总线接口通过现场总线接口，G120变频器可以和上位机控制器进行RS485通信（USS或Modbus协议）、PROFIBUS通信以及PN通信。G120变频器现场总线接口在控制单元的底部，不同型号的控制单元有不同的通信接口，控制单元CU240B-2和CU240E-2底部的接口如图所示。上位机PLC、HMI等通过通信模块或本体的通信接口与G120变频器上的现场总线接口连接构成现场总线控制系统。采用现场总线控制的变频器可以大大减少布线的数量，通过接口设置和修改变频器的参数即可更改控制功能，可以连续对变频器的特性进行监测和控制。PROFIdrive通信PROFIdrive是PI国际组织（PROFIBUSandPROFINETInternational）推出的一种标准驱动控制协议，也称为“行规”，用于控制器与驱动器之间的数据交换。其底层可以使用PROFIBUS总线或PROFINET网络。PROFIdrive主要由如下3部分组成。（1）控制器（Controller），包括一类PROFIBUS主站与PNIO控制器。例如S7-1200PLC可以作为一类主站。（2）监控器（Supervisor），包括二类PROFIBUS主站PNIO管理器。例如触摸屏为二类主站。（3）执行器（DriveUnit），包括PROFIBUS从站与PNIO装置。例如变频器G120变频器通信报文简介西门子G120变频器采用报文实现通信的数据交互功能，不同的报文类型其过程数据（PZD）的长度及PZD中每个字的含义不尽相同，G120的报文结构如表所示。类型PZD1PZD2PZD3PZD4PZD5PZD6报文1PZD2/2STW1NSOLL_AZSW1NIST_A_GLATT报文20PZD2/6STW1NSOLL_AZSW1NIST_A_GLATTIAIST_GLATTMIST_GLATTPIST_GLATTMELD_NAMUR报文350PZD4/4STW1NSOLL_AM_LIMSTW3ZSW1NIST_A_GLATTIAIST_GLATTZSW3报文352PZD6/6STW1NSOLL_A预留过程数据ZSW1NIST_A_GLATTIAIST_GLATTMIST_GLATTWARN_CODEFAULT_CODE报文353PZD2/2STW1NSOLL_AZSW1NIST_A_GLATT报文354PZD6/6STW1NSOLL_A预留过程数据ZSW1NIST_A_GLATTIAIST_GLATTMIST_GLATTWARN_CODEFAULT_CODE报文999PZDn/mSTW1接收数据报文长度可定义（n=1……n）ZSW1发送数据报文长度可定义（n=1……n）G120变频器报文结构中，每个过程数据的缩写含义如下表所示。过程值缩写含义STW1/3控制字1/3ZSW1/3状态字1/3NSOLL_A转速设定值NIST_A_GLATT经过滤波的转速实际值IAIST_GLATT经过滤波的电流实际值MIST_GLATT当前转矩PIST_GLATT当前有功功率MELD_NAMUR故障字，依据VIK-NAMUR定义M_LIM转矩极限值FAULT_CODE故障编号WARN_CODE报警编号控制字STW1的各位详细说明见下表所示。信号功能描述STW1.00到1上升沿。1：ON（使能脉冲）；0：OFF1（减速制动，消除脉冲，接通就绪）STW1.11：无

OFF2（允许使能）；0：OFF2（立即消除脉冲并禁止接通）STW1.21：无

OFF3（允许使能）；0：OFF3（通过p1135制动，消除脉冲并禁止接通）STW1.31：允许运行（可以使能脉冲）；0：禁止运行（取消脉冲）STW1.41：运行条件（使能斜坡函数发生器）；0：禁用斜坡函数发生器STW1.51：继续斜坡函数发生器；0冻结斜坡函数发生器（冻结斜坡函数发生器的输出）STW1.61：使能设定值；0：禁止设定值（设置斜坡函数发生器的输入为零）STW1.70到1上升沿。1：应答故障STW1.8-1.9保留STW1.101：通过

PLC控制STW1.111：设定值取反STW1.12~15保留运行准备（停止）的控制字为2#0000010001111110（二进制）=16#047E（十六进制）=10#1137（十进制）；连续正转的控制字为2#0000010001111111=16#047F=10#1151；连续反转的控制字为2#0000110001111111=16#0C7F=10#6177；故障确认的控制字为2#0000010011111110=16#04FE=10#1278；同理，正向点动的控制字为16#057E；反向点动的控制字为16#067E。位说明位说明ZSW11.0（位0）1：上电就绪

ZSW10.0（位8）1：公差范围内随动误差ZSW11.1（位1）1：运行就绪ZSW10.1（位9）1：达到PZD控制ZSW11.2（位2）1：运行已使能ZSW10.2（位10）1：目标位置已到达ZSW11.3（位3）1：故障生效ZSW10.3（位11）0：达到

I、M或P的限值ZSW11.4（位4）1：自由停车无效（OFF2无效）ZSW10.4（位12）1：打开抱闸ZSW11.5（位5）1：快速停车无效（OFF3无效ZSW10.5（位13）1：无过温电动机报警ZSW11.6（位6）1：接通禁止激活ZSW10.6（位14）1：电动机正向旋转0：电动机反向旋转ZSW11.7（位7）1：存在报警ZSW10.7（位15）1：功率单元无热过载报警注意：西门子PLC高字节在前，低位在前。G120变频器PN通信参数设置本任务，采用TIAPortal软件中的Startdrive对G120变频器进行参数设置。其设置步骤与方法如下所示。（1）创建新项目打开TIAPortal软件（以V18为例），创建一个新项目，选择项目在电脑的保存位置，然后打开项目视图。（2）设备组态—添加新设备，如下图所示①双击项目树下的“添加新设备”。②在弹出的“添加新设备”对话框中单击“驱动”图标。③在设备列表中选择实际用到的变频器型号。④查看订货号与实际设备是否一致，选择版本。⑤单击“确定”按钮。（3）设备组态—设置变频器IP地址和设备名称，如下图所示①在“设备视图”中双击控制单元。②单击界面下方巡视窗口的“属性”→“PROFINET接口[X150]”→“以太网地址”。③在右侧界面中输入期望的IP地址，注意：与连接电脑在同一网段，即前三个字段相同，例如：192.168.0.，最后一位不同。子网掩码采用默认即可。④在右侧界面中输入“设备名称”。注意：将“自动生成PRO设备名称”前面的“√”去掉，否则此处设备名称与常规属性中的名称不一致。设备名称必须用英文和数字命名。（4）在线并诊断—设置PG/PC接口，如下图所示①双击左侧项目树中的“在线并诊断”。②在“在线访问”窗口中设置PG/PC接口。③选择PG/PC接口的类型以及PG/PC接口（连接变频器的即计算机的网卡）。④注意：不要点击“转到在线”按钮。（5）在线并诊断—分配设备名称，如下图所示①单击“命名”选项。②选择适合的PG/PC接口。③单击“更新列表”按钮，显示出网络中的节点及其设备名称等信息。④选中设备名称。⑤单击“分配名称”按钮。⑥分配成功，在右下角显示设备名称已成功分配的消息，此时设备名称改为设置名称。（6）在线并诊断—分配设备IP地址，如下图所示①单击“功能”。②在“功能”中，选择“分配IP地址”。“分配IP地址”按钮为灰色，不可用。③单击“可访问设备”按钮，弹出如图所示的对话框。④在弹出的“选择设备”对话框中选择适合的“PG/PC接口”。⑤单击“开始搜索”按钮，系统自动扫描到网络节点。⑥选中搜索到网络中的变频器。⑦单击右下角“应用”按钮。⑧“分配IP地址”对话框中显示变频器的MAC地址及IP地址。⑨此时，“分配IP地址”按钮可以操作，单击“分配IP地址”按钮。⑩右下角出现“参数已成功传送”，表示变频器的IP地址已经改为设置的IP地址。（5）调试—调试向导本任务可以采用项目2任务2图2-17至图2-27中所示，在“项目树”下“在线访问”下“调试”中“调试向导”设置变频器的参数。与之相类似，也可以在“项目树”下添加的驱动下的“调试”中用“调试向导”设置参数。本任务，项目2图2-19中“设定值指定”选择第2个选项连接PLC，项目2图2-20中“设定值/指令源配置窗口”“选择IO的默认配置”选择宏7，其他与项目2任务2的设置相同，不再重复。（5）调试—保存/复位参考项目2任务2图变频器控制面板调试，用Startdrive虚拟调试控制面板，对电动机进行调试。与图2-28不同的是，本任务从项目树下的驱动打开，图2-28从项目树下的在线访问打开。（6）参数分配—参数视图本任务可以采用项目2任务2如图2-34所示在“项目树”下“在线访问”下“参数分配”中“功能视图”或“参数视图”中设置变频器的参数。与之相类似，也可以在“项目树”下添加的驱动下的“参数分配”中的“功能视图”或“参数视图”设置参数，“参数视图”中“快速调试”设置的参数如图所示。（6）参数分配—参数视图①双击“项目树”下添加的驱动下的“参数分配”。②在弹出窗口中，单击选择“参数视图”和“调试”。③在参数列表中设置所需的参数。P15“宏文件驱动设备”采用默认值[7]；选用的电机与项目2任务2相同，根据电机铭牌输入额定值，“电机最大转速”和“电机最大电流”设为额定值；如果变频器功率大于电机功率，后面P1900“电机数据检测与旋转检测”设为“[0]禁用”。图中所示为离线状态下设置参数，如果单击工具栏“转至在线”，P10“驱动调试参数筛选”会变为“[0]准备运行”，需要先将其设为“[1]快速调试”，才可以设置宏参数和电机参数，设置完成后需要再将P10设为“[0]准备运行”。“调试”中没有的参数可以到“所有参数”中，查找修改。（7）配置和参数下载保存项目，将设置好的配置和参数下载到变频器中，如下图所示。①选择项目树中的驱动。②单击“下载到设备”按钮，如果系统离线，首先弹出“扩展下载到设备”对话框。在对话框中PG/PC接口类型选择“PN/IE”；PG/PC接口选择连接变频器的网卡。单击“开始搜索”，选中搜索到的变频器，弹出“下载预览”对话框。（7）配置和参数下载③选中“将参数设置保存在EEPROM中”，将数据掉电保存在变频器中。④单击“装载”按钮，将设置好的配置和参数下载到变频器中，下载完成后，右下角会显示“下载完成”。1200PLCPN通信编程前面已经完成G120变频器的添加、参数设置，还需要添加PLC并与G120C变频器连接。如图所示通信连接后，TIAPortal自动判断G120C与PLC的通信方式与报文。G120C参数设置中P922设为标准报文1，图中，标准报文1接受过程数据PZD的起始地址默认256，也可以在图中修改起始地址。S7-1200PLC通过PN信控制G120变频器运行主要有两种方法。（1）通过选件包的SinaSpeed功能块完成对G120变频器的控制。在PLC程序中，在右侧找到选件包，点开SINAMIC文件，找到SinaSpeed功能块，拖放到程序中，这时会自动生成一个该功能块的背景数据块。在该功能块中HWIDSTW和HWIDZSW选择驱动1的硬件ID，如图所示。SinaSpeed功能块功能块中输入接口的含义如下表所示。输入信号类型默认值含义EnableAxisBOOL0“EnableAxis”=1→打开驱动AckErrorBOOL0轴故障应答

→AckFlt=1SpeedSpREAL0.0[rpm]转速设定值RefSpeedREAL0.0[rpm]驱动的额定转速

→p2000ConfigAxisWORD3更多信息参见预分配的ConfigAxis输入HWIDSTWHW_IO0设定值槽中SIMATICS7-1200/1500上的符号名称或硬件IDHWIDZSWHW_IO0实际值槽中SIMATICS7-1200/1500上的符号名称或硬件IDSinaSpeed功能块中输出接口的含义如下表所示。输出信号类型默认值含义AxisEnabledBOOL0执行或启用运行模式LockoutBOOL01=开启禁止激活ActVelocityREAL0.0[rpm]实际速度

->取决于归一化因子RefSpeedErrorBOOL01=存在组故障StatusINT016#7002：无错误-块正在处理16#8401：驱动装置错误16#8402：禁止接通16#8600：DPRD_DAT错误16#8601：DPWR_DAT错误DiagIDWORD0扩展通信错误

->SFB调用错误（2）直接控制PZD区的控制字实现G120变频器控制。①查看G120变频器报文结构和报文缩写表说明，G120变频器报文1的第一个字为控制字。查看报文选择，PLC通过PN通信选用标准报文1输出的第一个字为QW256（可以在巡视窗口的属性—常规中修改QW的起始地址）。根据控制字STW1各位定义，只需要将运行准备（停止）16#047E、连续正转16#047F、连续反转16#0C7F、故障确认16#04FE、正向点动16#057E、反向点动16#067E，通过MOVE指令传送给QW256既可以实现对变频器的控制，连续正转的梯形图程序如下图所示。（2）直接控制PZD区的控制字实现G120变频器控制。②第二个16位控制字给定电动机运行的速度，变频器P2000设置的最大速度对应的数值为十六进制16#4000，即十进制的16384，参考项目2任务4“图2-44梯形图程序”中的程序段4，用“NORM_X：标准化”和“SCALE_X：缩放”，将换算的速度传送到QW258即可实现速度给定，如下图所示。任务实施根据任务要求，每组配备配电盘或试验台；G120变频器1台、三相异步电机1台、S7-1200PLC1台、断路器1个、熔断器1个、导线若干；万用表1块、电工常用工具1套、《SINAMICSG120低压变频器操作说明》手册1本、任务实施分工计划表、评分评价表1套。请同学们根据任务和实训设备情况采用扑克牌分组法分组，完成分工计划表。组名

小组LOGO

组训

团队成员学号

角色

职责

S7-1200PLCPN通信控制G120变频器网络拓扑图根据实训装置和选用的设备情况，参考图设计与绘制变频器主电路接线原理图。电气接线原理图和网络拓扑图绘制G120ProfinetS7-1200PLCKTP700HMI根据任务要求，结合选用的电气设备，参考上图，绘制电气接线原理图。对照表中评分标准，检查电气图错误或不标准之处，完成表中小组自评和互评得分。评分点配分评分标准自评得分互评得分电气图设计绘制10正确选择元器件，连接正确，布局合理，图形和文字符号符合国家标准。每错、漏1处扣2分，不规范每处扣0.5分

根据绘制的电气图，结合实训设备，完成设备安装与线路连接。安装和接线完成后，按照电气安装检查评分表中的评分要求，进行自查和互查并在表中评出分数，评分采用扣分制，每项扣完为止。评分点配分评分标准自查得分互查得分元件安装1断路器、熔断器等位置安装不合理，每处扣0.5分

接线头工艺1

导线必须压接接线端子，未压接每处扣0.5分

1

接线端子露铜超2mm，每处扣0.5分

号码管工艺1连接的所有导线两端必须套上编号合理的号码管，每少1处扣0.5分

线槽工艺1所有连接线垂直进线槽，盖上线槽盖，不合要求每处扣0.2分

导线颜色工艺1连接线路导线颜色、线径等按标准规范要求区分，不合要求酌情扣0.2-1分

保护接地1变频器须可靠接地，没接地，扣1分

整体美观度1根据工艺连线的整体美观度酌情扣0.1-1分

系统初步调试2上电前安全检查，上电后初步检测元件工作是否正常，检查局部电路功能；

能够正常上电，给2分。

电气安装根据任务要求，结合选用变频器和电动机的参数，设计PN通信控制G120C变频器的参数。参数设计通过PN通信控制G120C变频器参数表序号参数默认值设定值功能说明1P00033

权限级2p00101/0

驱动调试参数筛选。BOP面板或Startdrive参数视图先设置为1，当把p15和电动机相关参数改完成后，再设置为03p00151

驱动设备宏指令4p0304380

电动机的额定电压5p03052.05

电动机的额定电流6p03070.75

电动机的额定功率7p031050.00

电动机的额定频率8p03111440

电动机的额定转速9P20001500

参考转速参考频率变频器参数设计完成后，按照变频器参数设计评分表进行小组自评和互评。评分点配分评分标准自评得分互评得分变频器参数设计10每错一处参数扣1分，扣完为止

03-01-TIAPortal软件设置G120变频器PN通信参数视频变频器参数设置调试完成，演示并按照表中的评分标准进行小组自评和互评。评分点配分评分标准自评得分互评得分参数设置10每错1处参数扣1分，扣完为止

变频器参数设置调试完成，演示并按照表中的评分标准进行小组自评和互评。