如何通过S7-1500实现变频器的通信监控？

1.G120变频器

SINAMICS G120是SINAMICS系列驱动器中应用最广的通用的低压变频器，用于三相交流电动机实现精确而又经济的转速/转矩控制。该系列产品涵盖了0.37kW～250kW的功率范围。G120主要由功率模块和控制单元组成。功率模块用于对电机供电，采用了IGBT技术和脉宽调制功能。

控制单元可以控制和监控功率模块和与它相连的电机，有多种可供选择的控制模式。控制单元支持基于PROFIdrive Profile 4.0的PROFINET或PROFIBUS通信。

控制单元CU230P-2DP、CU240B-2DP、CU240E-2DP、CU240E-2DPF、CU250S-2DP有集成的DP接口，支持PROFIdrive和PROFIsafe（不包括CU230P-2DP）协议。

2.通过DP总线通信监控G120的基本方法

本节主要介绍S7-1500通过PROFIBUS-DP通信，控制G120的起停、调速以及读取变频器的状态和电动机的实际转速的方法。

PROFIBUS-DP主站（S7-1500）发送请求报文，作为DP从站的变频器收到后处理请求，并将处理结果立即返回给主站。DP主站通过周期性过程数据交换，将控制字和主设定值字等发送给变频器，变频器接收到后立即将状态字和实际转速等返回给DP主站。

3.生成PLC站点

在TIA博途中新建一个名为“1500变频器DP通信”的项目，双击项目树中的“添加新设备”，添加CPU1516-3 PN/DP。打开项目树中的“PLC_1”文件夹，双击其中的“设备组态”，打开设备视图，将系统电源模块PS 25W 24VDC插入0号槽。

4.生成G120变频器

打开网络视图后，打开硬件目录中的文件夹“\其他现场设备\PROFIBUSDP\驱动器\SIEMENS AG\SINAMICS”（见图6-78），将其中的“SINAMICS G120 CU240x-2DP（F）V4.7”拖拽到网络视图，生成作为DP从站的G120。DP主站和DP从站默认的DP站地址分别为2和3。

单击G120方框中蓝色的“未分配”，再单击出现的“选择主站”对话框中的“PLC_1.DP接口_1”，PLC_1和G120的DP接口被出现的“PLC_1.DP-Mastersystem（1）”主站系统连接到一起。G120方框内的“未分配”变为DP主站的名称“PLC_1”。

图6-78 组态变频器从站

5.变频器的通信报文选择

双击网络视图中的G120，打开它的设备视图。单击设备视图右边竖条上向左的小三角形按钮，从右向左弹出G120的“设备概览”视图（见图6-79）。将硬件目录中的“Standard telegram1，PZD-2/2”（标准报文1）模块拖拽到设备概览视图的插槽1中，系统自动分配给变频器的两个字的过程数据（PZD）的输入、输出地址分别为IW0、IW2和QW0、QW2。通信被启动时主站将控制字和转速设定值字发送给变频器，变频器接收到后立即返回状态字和滤波后的转速实际值字。标准报文1相当于西门子老系列变频器的报文PPO3。

图6-79 组态变频器通信的报文

除了标准报文1，比较常用的还有标准报文20（硬件目录中的Standard telegram 20，PZD-2/6），它的两个PZD输出字是控制字和转速设定值字，6个PZD输入字分别是状态字、滤波后的转速实际值、滤波后的电流实际值、当前转矩、当前有功功率和故障字。

选中项目树中的PLC_1，单击工具栏中的按钮，编译组态，编译成功后，单击工具栏中的按钮，将硬件组态信息下载到CPU。

6.设置变频器与通信有关的参数

可以用变频器上的DIP开关来设置PROFIBUS站地址（见图6-80）。如果所有的DIP开关都被设置为on或off状态，用变频器的参数P918设置PROFIBUS地址。DIP开关设置的其他地址优先。组态时设置的站地址应与用DIP开关设置的站地址相同。

将变频器的参数P10设为1（快速调试），P0015设为6（执行接口宏程序6），然后设置P10为0。宏程序6（PROFIBUS控制，预留两项安全功能）自动设置的变频器参数见表6-6。

图6-80 设置地址的DIP开关

表6-6 宏程序6自动设置的变频器参数

参数P2000（参考转速）设置的转速对应于第二个过程数据字PZD2（转速设定值）的值16#4000，参考转速一般设为50Hz对应的浮点数格式的电机同步转速，P2000的出厂设置为1500.0r/min。

如果在TIA博途中安装了驱动装置和控制器的工程组态平台软件SINAMICS Startdrive，可以用它来组态和下载G120的参数，调试和监控G120。也可以用G120的操作单元（即操作面板）来组态和调试变频器。

【例6-1】 用P2000设置的参考转速为1500.0r/min。如果转速设定值为750.0r/min，试确定PZD2（主设定值）的值。

PDZ2=（750.0/1500.0）×16#4000=16#2000

7.变频器的控制字与状态字

控制字1各位的意义见表6-7，状态字1各位的意义见表6-8。

表6-7 过程数据中的控制字1（标准报文20之外的其他报文）

(https://www.xing528.com)

表6-8 过程数据中的状态字1（标准报文20之外的其他报文）

8.读写过程数据区的程序

图6-81是OB1中的程序，在M10.0为1状态时，用MOVE指令将MW20和MW22中的控制字和转速设定值发送给变频器；将IW0和IW2接收到的状态字和转速实际值保存到MW24和MW26。

图6-81 OB1中的程序

9.PLC监控变频器的实验

PLC与变频器的DP通信不能仿真，只能做硬件实验。

设置好变频器的参数，将程序和组态数据下载到CPU后运行程序。用监控表监控M10.0和十六进制格式的过程数据字MW20～MW26（见图6-82）。令M10.0为1状态，将MW20和MW22中的控制字和转速设定值的修改值发送给变频器。可以马上看到MW24和MW26中变频器返回的状态字和转速实际值。

（1）电动机起动

控制字的第10位必须为1，表示变频器用PLC控制。对于4极电动机，设置参考转速P2000为1500.0r/min。单击工具栏上的按钮，启动监控表的监控功能。将1（TRUE）、控制字16#047E和转速设定值16#2000（750rpm）分别写入M10.0、MW20和MW22的“修改值”列。单击工具栏上的按钮，M10.0变为1状态，设置的数据被写入MW20和MW22，使变频器运行准备就绪。

图6-82 用监控表监控过程数据PZD

然后将16#047F写入MW20，变频器控制字的第0位由0变为1，产生一个上升沿，变频器被起动，电动机转速上升后在750r/min附近小幅度波动。

变频器接收到控制字和转速设定值后，马上向PLC发送状态字和转速实际值。CPU接收到数据后，保存到MW24和MW26。

（2）电动机停机

将16#047E写入MW20，控制字的第0位（OFF1）变为0状态，电动机按P1121设置的斜坡下降时间减速后停机。停机后的状态字为16#EB31，转速为0。

在变频器运行时，将16#047C写入MW20，控制字的第1位（OFF2）为0状态，电动机惯性自由停车。在变频器运行时，将16#047A写入MW20，控制字的第2位（OFF3）为0状态，电动机快速停车。

（3）改变电动机的转速和改变电动机的旋转方向

用监控表将新的转速设定值写入MW22，将会改变电动机的转速。

将控制字16#047E和16#0C7F写入MW20，因为16#0C7F的第11位为1，电动机反向起动。

有故障时将控制字16#04FE（第7位为1）写入MW20，变频器故障被确认。

10.基于SINAMICS Startdrive的变频器组态

安装了SINAMICS Startdrive后，在TIA博途中新建一个名为“1500变频器DP通信2”的项目，双击项目树中的“添加新设备”，出现“添加新设备”对话框（见图6-83）。单击“控制器”按钮，双击要添加的CPU 1516-3PN/DP的订货号，添加一个PLC设备。

再次打开“添加新设备”对话框，单击其中的“驱动”按钮，双击文件夹“SINAMICS G120”中的CU240E-2 DP-F，其版本为4.7，添加一个驱动设备，设备名称设置为“G120_1”。在网络视图中，将变频器分配给DP主站PLC_1。

双击项目树“G120_1”文件夹中的“设备组态”（见图6-84），打开它的设备视图。将硬件目录的“功率单元”文件夹中的功率单元PM240 IP20拖拽到设备视图的控制单元右边的空白方框中。选中控制单元，在巡视窗口设置通信的参数。

SINAMICS Startdrive集成了硬件组态、参数设置以及调试和诊断功能。双击项目视图“G120_1”文件夹中的“参数”，打开参数编辑器，通过向导、功能视图或参数视图分配驱动参数。双击“调试”，打开调试编辑器，可以浏览在线向导、操作驱动控制面板或进行电机优化。双击“在线并诊断”，打开诊断编辑器，可以诊断在线进程、确认报警或查看历史消息。

图6-83 生成变频器从站

11.PLC通过PROFINET网络监控变频器

G120的控制单元CU230P-2PN、CU240E-2PN、CU240E-2PNF、CU250S-2PN有集成的PROFINET接口，支持PROFIdrive、PROFIsafe（不包括CU230P-2PN）和PROFIenergy协议。

S7-1200/1500通过PROFIBUS-DP和PROFINET网络与G120的通信的组态、编程和实验的方法基本上相同。随书光盘中的例程“1500变频器PN通信”的CPU为CPU1511-1PN，G120的控制单元为硬件目录的文件夹“\其他现场设备\PROFINET IO\Devices\SIEMENS AG\SINAMICS”中的SINAMICS G120 CU250S-2 PN Vector V4.7，通信报文为“Standard telegram1，PZD-2/2”（标准报文1）。项目“1500变频器PN通信”和项目“1500变频器DP通信”的主要区别在于前者需要在在线条件下分配G120的设备名称和IP地址。详细的情况见随书光盘中的文件《S7-1500通过PROFINET通讯控制G120变频器起停及调速》。

图6-84 变频器从站的设备视图