西门子S7-1500通过Profinet网络控制变频器G120

1、PROFINET 通讯功能概述
SINAMICS G120 的控制单元 CU250S-2PN 支持基于 PROFINET 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—PROFINET IO 控制器可以将控制字和主给定值等过程 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。
变频器参数访问—提供 PROFINET IO 控制器访问变频器参数的接口，有两 种方式能够访问变频器的参数：
1. 周期性通讯的 PKW 通道（参数数据区）：通过 PKW 通道 PROFINET IO 控制器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. 非周期通讯：PROFINET IO 控制器通过非循环通讯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 S7-1500 与 G120 CU250S-2PN 的 PROFINET PZD 通信，
以组态标准报文 1 为例介绍通过 S7-1500 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、S7-1500与G120的PROFINET PZD通信实例
2.1 硬件列表

设备	订货号	版本
S7-1516-3PN/DP	6ES7 516-3AN00-0AB0	V1.5
CU250S-2PN	6SL3246-0BA22-1FA0	V4.6
PM240	6SL3224-0BE15-5UA0

2.2 软件列表

软件名称	版本
TIA Portal	V13
StartDrive	V13

2.3 硬件组态
创建 S7-1500 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。

图2-1 创建S7-1500 项目


添加S7-1516-3PN/DP，创建项目：
1）打开项目视图，点击"添加新设备"，弹出添加新设备对话框；
2）设备树中选择S7-1500->CPU->CPU 1516-3PN/DP->6ES7 516-3AN00-0AB0；
3）选择CPU 版本号；
4）点击“添加”按钮。

图2-2 添加S7-1500 CPU1516-3PN/DP
添加G120 站：
1）点击设备和网络进入网络视图页面；
2）将硬件目录中“其它现场设备-> PROFINET IO -> 驱动器 -> Siemens AG -> SINAMICS -> SINAMICS G120 CU250S-2 PN Vector V4.6”模块拖拽到网络视图空白处；
3）点击蓝色提示“未分配”以插入站点，选择主站“PLC_2.PROFINET 接口_1”， 完成与 IO 控制器网络连接。

图2-3 添加G120 从站


组态S7-1500 的Device Name 和分配IP地址：
1）点击CPU1516-3PN/DP，设置其Device Name 为“plc1500”；
2）分配IP 地址

图2-4 设置CPU1516-3PN/DP 的Device Name 和分配 IP 地址
组态 G120 的 Device Name 和分配 IP 地址：
1）点击 G120，设置其 Device Name 为“g120pn”；
2）分配 IP 地址。

图2-5 设置G120 的Device Name 和分配IP 地址
完成上面的操作后，硬件组态中S7-1500 和G120 的IP 地址和Device Name 就已经设置好了。现在组态G120 的报文：


1）将硬件目录中“Standard telegram1，PZD-2/2 ”模块拖拽到“设备概览”视图 的插槽中，系统自动分配了输入输出地址，本示例中分配的输入地址 IW0、IW2，输出地址 QW0、QW2；


2）编译项目。

图2-6 组态与CU250S-2 PN 通信报文
下载硬件配置：
1）鼠标单击“PLC_2”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2-7 下载硬件配置
2.4、SINAMICS G120 的配置在完成 S7-1500 的硬件配置下载后，S7-1500 与 G120 还无法进行通讯，必须 为G120 分配 Device Name 和IP 地址，保证为G120 实际分配的Device Name 与硬件组态中为G120 分配的Device Name 一致。分配G120 的设备名称：
1）如下图所示选择“更新可访问的设备”，并点击“在线并诊断”；
2）点击“命名”；
3）设置G120 PROFINET 设备名称g120pn，并点击“分配名称”按钮；
4）从消息栏中可以看到提示。

图 2-8 分配 G120 Device Name分配G120 的IP 地址：
1）如下图所示选择“更新可访问的设备”，并点击“在线并诊断”；
2）点击“分配IP 地址”；
3）设置 G120 IP 地址和子网掩码，并点击“分配 IP 地址”按钮；
4）从消息栏中可以看到提示“当前连接的 PROFINET 配置已经改变。需重新启 动驱动，新配置才生效”。

图2-9 分配G120 IP 地址设置 G120 的命令源和报文类型：
1）在线访问 G120；
2）选择通讯设置；
3)设置 P0922=1，选择“标准报文 1， PZD2/2”。

图2-10 G120 配置变频器自动设置的参数如下：

参数号	参数值	说明	参数组
P1070[0]	r2050.1	变频器接收的第 2 个过程值作为速度设定值	CDS0
P2051[0]	r2089.0	变频器发送第 1 个过程值为状态字
P2051[1]	r63.1	变频器发送第 2 个过程值为转速实际值

2.5 通过标准报文1 控制电机起停及速度
S7-1500 通过 PROFINET 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）发送到S7-1500.
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 PROFINET 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


2. 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。


3. 反馈状态字详细定义请参考“3 PROFINET 报文结构及控制字和状态字”章节。


4. 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。

数据方向	PLC I/O 地址	变频器过程数据	数据类型
PLC -> 变 频器	QW0	PZD1 - 控制字 1（STW1）	16 进制(16Bit)
QW2	PZD2 - 主设定值（NSOLL_A）	有符号整数(16Bit)
变频器 -> PLC	IW0	PZD1 - 状态字 1（ZSW1）	16 进制(16Bit)
IW2	PZD2 - 实际转速（NIST_A）	有符号整数(16Bit)

表 2-3 PLC I/O 地址与变频器过程值

• 程序
  

图2-11 程序
2. 启动变频器
首次启动变频器需将控制字 1（STW1）16#047E 写入 QW0 使变频器运行准备 就绪，然后将 16#047F 写入 QW0 启动变频器。


3. 停止变频器
将16#047E 写入QW0 停止变频器；


4.调整电机转速调整电机转速调整电机转速
将主设定值（NSOLL_A）十六进制 2000 写入 QW2，设定电机转速为 750rpm。


5.读取 IW0 和 IW2 分别可以监视变频器状态和电机实际转速。

图2-12 监控表


3、PROFINET报文结构及控制字和状态字
3.1 报文结构

表 3-2 报文说明
3.2 控制字

控制字位	含义	参数设置
0	ON/OFF1	P840=r2090.0
1	OFF2 停ft	P844=r2090.1
2	OFF3 停ft	P848=r2090.2
3	脉冲使能	P852=r2090.3
4	使能斜坡函数发生器	P1140=r2090.4
5	继续斜坡函数发生器	P1141=r2090.5
6	使能转速设定值	P1142=r2090.6
7	故障应答	P2103=r2090.7
8,9	预留
10	通过 PLC 控制	P854=r2090.10
11	反向	P1113=r2090.11
12	未使用
13	电动电位计升速	P1035=r2090.13
14	电动电位计降速	P1036=r2090.14
15	CDS 位 0	P0810=r2090.15

表3-3 控制字
3.3 状态字

状态字位	含义	参数设置
0	接通就绪	r899.0
1	运行就绪	r899.1
2	运行使能	r899.2
3	故障	r2139.3
4	OFF2 激活	r899.4
5	OFF3 激活	r899.5
6	禁止合闸	r899.6
7	报警	r2139.7
8	转速差在公差范围内	r2197.7
9	控制请求	r899.9
10	达到或超出比较速度	r2199.1

11	I、P、M 比较	r1407.7
12	打开抱闸装置	r899.12
13	报警电机过热	r2135.14
14	正反转	r2197.3
15	CDS	r836.0

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