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西門子NCU573.4

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SIEMENS西門子上海朕鋅電氣設備有限公司

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ET200Pro系列產品做為西門子分布式IO系列產品中的一種，具有zui高IP67的防護等級，成為特殊行業應用的主要產品之一。同時，ET200Pro還提供了故障安全模板：F-DI/F-DO以及電機啟動器（MotorStarter）、故障安全型變頻器（F-FC）等，滿足了行業中的故障安全應用的需求。本文將主要介紹ET200Pr*安全型變頻器的調試和使用的方法。

1 ET200Pr*安全系統介紹
與ET200S系統類似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型輸入/輸出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型輸入/輸出的模板的使用與ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）電機啟動器（MotorStarter）
ET200Pro的電機啟動器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，電機啟動器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以達到SIL3(Cat.4)的安全等級（圖1）。

圖1 故障安全型電機啟動器（MotorStarter）系統配置(Cat.4)

具體配置列表請參照手冊：SIMATIC ET 200pro Motor starters

3）故障安全型變頻器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系統中的緊湊型的故障安全型變頻器。工作電壓為3 AC 400V 50/60Hz，連接3相交流電機，zui大1.1KW，溫度允許的情況下，可以連接1.5KW電機。
該變頻器可以通過PROFIBUS/PROFINET的接口模板進行連接調試，也可以使用光纖轉串口的電纜進行連接。
ET200Pro變頻器需要與前面提到的電機啟動模塊中的特殊模塊一起使用來對其關斷信號進行評估，因而系統中需要F-Switch 或F-RSM（圖2）。

圖2 故障安全變頻器與F-RSM的配置

其中主要的模板包括：
③接口模板
可以連接變頻器模板的接口模板包括：
1) IM154-4 PN HF Cu V6.0 (6ES7 154-4AB10-0AB0)
2) IM154-2 DP HF (6ES7 154-2AA00-0AB0)
④F-RSM或者F-SWITCH
⑤故障安全型變頻器（F-FC）
⑥終端模塊

2 ET200Pro F-FC的調試方法
ET200Pro F-FC的組態可以通過Step7軟件來實現。但變頻器模板的調試工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等軟件。如果系統中使用了F-Switch，則需要MotorStarter ES軟件來設置相關Switch的參數。

2．1 Step7的組態
（1）新建一個S7 300站，這里選擇CPU 317F-2 PN/DP做為F主機，IM154-4 PN HF Cu V6.0做為F設備。（圖3）

圖3 新建S7 300站

硬件組態中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe報文，因而只能添加標準報文F-FC 1.1/1.5KW Standard egram1。(圖4)

圖4 添加硬件

分別雙擊兩個模板，打開屬性框，將診斷選項使能。

（2）雙擊CPU，設置CPU的參數。

選擇F 參數，為故障安全程序設置密碼（圖5），防止有未經*的人修改F程序。

圖5 設置F程序的密碼

選擇“Protection”，設定CPU程序的訪問保護密碼，同時將“CPU contains safety program”激活（圖6）。

圖6 保護選項

保存編譯后，我們可以看到在Step7的Block下，出現了一些相關F系統的功能塊，但由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe的報文，因而這里實際上并沒有關于ET200Pro F-FC的F系統塊，這也是ET200Pro F-FC與ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之處，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通過F-RSM或F-Switch來實現的。
至于如何建立Step7的F程序，這里不再詳細介紹，請參考相關手冊。

2．2 F-FC的調試
ET200Pro F-FC的調試需要用到Drive的一些軟件。通過Step7界面，雙擊變頻器模板，則可以打開相應的調試軟件的界面。

（1） 雙擊打開調試界面，選擇“在線”。

圖7 選擇在線連接到F-FC

如果無法在線操作，則檢查“Option”菜單下的“Set PG/PC interface”的設置，選擇合適的接口用于連接F-FC。

（2） 選擇“上載”，將系統配置自動上傳到PG。

圖8 上傳參數

在“Functions”下選擇“Safety Integrated”進行安全功能的設置。注意這個選項只有在“在線”的模式下才可以操作。

圖9 選擇安全功能設置

（3） 打開設定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3種安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的內部，有兩條F功能總線“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”。可以通過“Enables”選擇這兩條安全總線回路中的安全功能。如圖10所示，由于F-RSM只提供一個安全回路開關(F0)，故這里只選擇了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系統中使用了F-Switch，則可以設置兩個安全功能回路。

圖10 選擇安全功能

（4） 分別設定安全功能的參數

STO：安全轉矩關斷。該功能激活后，變頻器內部的電源被切斷，電機進入自由停車狀態。（圖11）

圖11 STO的參數設置界面

這里的設置都是關于安全回路測試的：當系統恢復正常時，是否進行回路測試，用來保證系統正常運行，以及及時檢查系統錯誤。T=8小時的設置也是保證系統的自檢測的時間。
SS1:安全停車指令1。當SS1被激活時，系統按照設定的參數進行停車。否則進入故障狀態，并zui終進入STO。

圖12 SS1的參數設置界面

Standstill:截止頻率。當停車過程中，頻率達到該設定值時，進入STO狀態。
Tr：停車時間設定；西門子NCU573.4
Tv: 延時監控時間。超出該設定值，變頻器進入故障狀態，同時馬上進入STO狀態。

SLS：安全限速。安全限速有4種模式，分別對應4種安全限速的動作。這里需要定義安全限速的設定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和選擇模式。

圖13 SLS的參數設置界面

參數設定和修改都需要“Accept settings”才能生效。這里需要輸入密碼和進行驗證。

圖14 參數修改和生效

2．3 F-RSM的調試

ET200Pro F-FC的F功能需要通過F-RSM或者F-Switch來實現（見圖15），因而需要對F-RSM進行設置。

圖15 ET200Pro F-FC與F-RSM/F-Switch的配置原理圖

（1）F-RSM的連線

圖16 F-RSM組件

其內部原理圖為：

圖17 F-RSM的原理圖

F-RSM內部為一個3TK2841的安全繼電器，其中輸入端子為IN1/IN2，可以用于連接急停按鈕；IN3做為3TK2841的“monitered START”輸入端，當選擇“自動啟動”時，該端子可以不接。
輸出“OUT”做為3TK3841的功能輸出連接端子，內部busbar總線將“F0”輸出到F-FC,做為安全功能的激活信號。

a.IN1可以連接一個單通道或者雙通道的“急停”信號，其端子接線方式為：

圖18 IN1的連接

b.“Start”信號的接線方式： c. “OUT”信號的接線：

                

圖19 啟動信號的連接                 圖20 輸出信號的連接

單通道以及雙通道的選擇，自動啟動與手動啟動的選擇是通過切換開關實現的：

圖21 選擇開關的模式設置

（2） 激活安全功能
當急停信號為“1”時，系統正常工作，此時“F0”狀態為“1”。當急停被按下時，表示系統運行出現危險狀況，應當啟動相應的安全功能，此時“F0”變為“0”，此時，應通過busbar將F0信號傳送至F-FC，變頻器激活相應的安全功能。

注意：系統中的F-RSM的供電是通過電源端子提供的，因而在連接接口模板的電源端子時，應當連接兩路電源（DC 24V），否則F-RSM內部的3TK2841處于失電狀態，從其運行燈的狀態可以判斷該路電源是否有連接（圖22）。

圖22 電源的連接

說明： 為二進制信號的變化提供了時間標志。在ET 200M中直接標記時間，由此可通過設置相應的參數來選擇對哪些信號進行時間標記。這樣信號變化可在10毫秒內獲取。可通過作為使用模塊的函數的通道設置上升或下降沿的判斷。每個站zui多有128個信號可打上時間標志。 ......

說明：
為二進制信號的變化提供了時間標志。在ET 200M中直接標記時間，由此可通過設置相應的參數來選擇對哪些信號進行時間標記。這樣信號變化可在10毫秒內獲取。可通過作為使用模塊的函數的通道設置上升或下降沿的判斷。每個站zui多有128個信號可打上時間標志。

1.函數：
IM153-2捕獲二進制信號的變化，給它們標志上時間并以zui多20條消息將此信息存放到數據記錄中。當可獲取數據記錄時，IM153-2觸發一個過程中斷。FB TIMESTMP保存包含時間標志的信息以便協調和執行對OB1中已標志時間的值的讀取和MESSAGES到信息緩沖中的保存。如果 可獲取多個數據記錄，zui早的zui先讀出。如果在塊輸入中設置了TIMECONV位，FB TIMESTMP會將所有的時間標志從ISP格式轉換為DATE_AND_TIME (DT)格式。

如果參數BUFRDY = TRUE，那么信息緩沖中的信息就會被用戶程序處理，例如，被傳送到接收器(HMI設備，打印機)。現有信息數量在參數MSG_QTY中顯示。處理后，用戶程序必須復位BUFRDY來釋放信息緩沖以存儲新的信息。
參數BUFNOTREAD顯示了接收到的過程中斷次數，收到中斷時，FB TIMESTMP沒有從IM153-2讀取任何數據記錄。如BUFNOTREAD = 15，則IM153-2中的所有數據記錄已滿。IM153-2不再檢測任何信號變化且信息會丟失。

2.要求：
只能在組態中使用支持二進制信號的時間轉發和時間標志的FB TIMESTMP。 可見如下內容：

CPU：

• 可轉發時間信息的CPU 4xx和CP443-5(從6GK7443-5DX02-0XE0起)
  或

• 可轉發時間信息的CPU 4xx(例如從固件版本3.0起的CPU416-2 DP)

分布式I/O：

• 啟動模塊IM153-2，支持帶時間標志的冗余(從6ES7153-2AA02固件版本V1.2.3起(發布10))
  或 

• IM153-2 FO，支持帶內置FOC接口的冗余(從6ES7153-2AB01固件版本V1.2.3起(發布9))

• 數字輸入SM321(6ES7321-7BH00-0AB0)隔離的16DE，直流24V，過程中斷，診斷
   或

• 數字輸入SM321(6ES7321-7BH00-0AB0)隔離的16DE，直流24V，NAMUR，支持診斷，帶FOC函數

3.組態：
對于每個IM153-2，使用FB TIMESTMP的單獨實例。在塊輸入LADDR中，輸入在硬件配置中設置的IM153-2的邏輯地址(診斷地址)。如果在操作中改變了地址，塊就會刪除以前存儲的過程中斷數據。

如果在“S7-compatible”模式中使用了DP主站，請在塊輸入LADDR2中輸入與LADDR相同的值。如果使用“DPV1”操作模式，那么在LADDR2中輸入IM153-2的2號槽的診斷地址。

調用OB：
在以下OB中，FB TIMESTMP必須以相同的實例調用：

• OB1(周期程序)或作為選擇的時間中斷OB(OB30到OB38)
• OB86(子機架故障)
• OB100(啟動)；如果使用其它啟動OB(OB101，OB102)，也必須在那里調用 塊
• OB40或–如果在硬件配置中可選擇–也可以是另一個過程中斷OB(OB41到OB47)

FB TIMESTMP參數只能在程序的循環部分提供和處理。否則，無法消除零星丟失數據的風險。

如果使用CFC，塊會自動地在OB1，OB40，OB86和OB100中建立。

4.啟動特性：

IM153-2
在啟動/重啟/冷啟動時，IM153-2會再次為那些啟動前被占用但還未取回的數據記錄發出過程中斷。

IM153-2總是在*個空閑數據記錄中輸入以下信息：

• 特殊信息“Begin startup data”
• 發生在CPU停止前的信號變化(“coming”或“going”，根據邊沿參數的設置)
•  所有要進行時間標記的二進制信號的當前信號狀態(“coming”或“going”，根據邊沿參數的設置)
• 特殊信息“End startup data”

FB TIMESTMP
如果FB TIMESTMP在啟動OB(OB100，OB101，OB102)中被調用，則它會刪除所有存儲的過程中斷并復位BUFRDY。如果還有已知的被中斷但還未讀出的數據記錄， 則會設置MSGLOST(信息丟失)為TRUE。用戶程序必須復位MSGLOST。

5.錯誤行為：

OB86中的FB TIMESTMP的行為(模塊故障)
如果FB TIMESTMP在OB86中被調用而且事件來自相關的IM153-2，那么它的反應象在啟動一樣。例如，故障和IM153-2返回及DP主站返回。

FB TIMESTMP
如果FB TIMESTMP在讀取數據記錄時檢測到不可恢復的錯誤，會將READERR參數設為TRUE。為了進一步分析，在READSTATUS參數中返回SFC59的值。由于FB TIMESTMP在下一周期中可能讀取另一條數據記錄，READERR和READSTATUS只對一個周期有效。因此應該將其提供給用戶程序中的相應處理。

如果當DP主站故障時讀取數據記錄，塊發出READERR = 80B2h(“組態的槽位未被占有”)。

6.使用帶時間標志的多路ET 200M：
每個站要求獨立的信息緩沖。如果所有站的數據要以時間順序傳送到上層系統中，那么用戶程序必須將緩沖中的條目以正確的時間順序發送到上層系統(連接伙伴)。整個數據流控制必須也是由用戶程序處理的。這樣，比如有信息浪涌時，必須由CPU內的中間緩沖或提高到連接伙伴的發送速率來進行補償。

7.冗余：
在H系統帶兩個IM153-2的情況下，會有關于時間標記的冗余，如果

• 兩個IM153-2間的通信是運行在K總線上的
• 主動的和被動的IM153-2的更新完成無誤。

時間標記在主動和被動IM153-2之間的切換中會被中斷。中斷周期由特殊信息“Switchover for redundancy Begin/End”來指示的。
通常主動IM153-2通知被動IM153-2當前的I/O狀態。如果這一通信發生故障 ，會發出特殊信息“Loss of redundancy information outgoing”。只要主動和被動IM153-2間的通信一恢復，就發出特殊信息“Loss of redundancy information outgoing”。不能進行隨后的比較，是因為在IM153-2故障時的切換會導致信息的丟失。

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