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西門子160KW軟啟動(dòng)器
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 | 3RW4074-6BB44 SIRIUS 軟起動(dòng)器 S12 280 A，160 kW/400 V，40 °C 200 - 460 V AC，230 V AC 螺釘端子 |
ET200Pro系列產(chǎn)品做為西門子分布式IO系列產(chǎn)品中的一種，具有高IP67的防護(hù)等級，成為特殊行業(yè)應(yīng)用的主要產(chǎn)品之一。同時(shí)，ET200Pro還提供了故障安全模板：F-DI/F-DO以及電機(jī)啟動(dòng)器（MotorStarter）、故障安全型變頻器（F-FC）等，滿足了行業(yè)中的故障安全應(yīng)用的需求。本文將主要介紹ET200Pr*安全型變頻器的調(diào)試和使用的方法。
1 ET200Pr*安全系統(tǒng)介紹
與ET200S系統(tǒng)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(jī)啟動(dòng)器（MotorStarter）
ET200Pro的電機(jī)啟動(dòng)器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，電機(jī)啟動(dòng)器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以達(dá)到SIL3(Cat.4)的安全等級（圖1）。
圖1 故障安全型電機(jī)啟動(dòng)器（MotorStarter）系統(tǒng)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(tǒng)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(jī)，大1.1KW，溫度允許的情況下，可以連接1.5KW電機(jī)。
該變頻器可以通過PROFIBUS/PROFINET的接口模板進(jìn)行連接調(diào)試，也可以使用光纖轉(zhuǎn)串口的電纜進(jìn)行連接。
ET200Pro變頻器需要與前面提到的電機(jī)啟動(dòng)模塊中的特殊模塊一起使用來對其關(guān)斷信號進(jìn)行評估，因而系統(tǒng)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(diào)試方法
ET200Pro F-FC的組態(tài)可以通過Step7軟件來實(shí)現(xiàn)。但變頻器模板的調(diào)試工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等軟件。如果系統(tǒng)中使用了F-Switch，則需要MotorStarter ES軟件來設(shè)置相關(guān)Switch的參數(shù)。
2．1 Step7的組態(tài)
（1）新建一個(gè)S7 300站，這里選擇CPU 317F-2 PN/DP做為F主機(jī)，IM154-4 PN HF Cu V6.0做為F設(shè)備。（圖3）
圖3 新建S7 300站
硬件組態(tài)中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe報(bào)文，因而只能添加標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文F-FC 1.1/1.5KW Standard telegram1。(圖4)
圖4 添加硬件
分別雙擊兩個(gè)模板，打開屬性框，將診斷選項(xiàng)使能。
（2）雙擊CPU，設(shè)置CPU的參數(shù)。
選擇F 參數(shù)，為故障安全程序設(shè)置密碼（圖5），防止有未經(jīng)授權(quán)的人修改F程序。
圖5 設(shè)置F程序的密碼
選擇“Protection”，設(shè)定CPU程序的訪問保護(hù)密碼，同時(shí)將“CPU contains safety program”激活（圖6）。
圖6 保護(hù)選項(xiàng)
保存編譯后，我們可以看到在Step7的Block下，出現(xiàn)了一些相關(guān)F系統(tǒng)的功能塊，但由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe的報(bào)文，因而這里實(shí)際上并沒有關(guān)于ET200Pro F-FC的F系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)的。
至于如何建立Step7的F程序，這里不再詳細(xì)介紹，請參考相關(guān)手冊。
2．2 F-FC的調(diào)試
ET200Pro F-FC的調(diào)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(yīng)的調(diào)試軟件的界面。
（1） 雙擊打開調(diào)試界面，選擇“在線”。
西門子160KW軟啟動(dòng)器
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(shè)置，選擇合適的接口用于連接F-FC。
（2） 選擇“上載”，將系統(tǒng)配置自動(dòng)上傳到PG。
圖8 上傳參數(shù)
在“Functions”下選擇“Safety Integrated”進(jìn)行安全功能的設(shè)置。注意這個(gè)選項(xiàng)只有在“在線”的模式下才可以操作。
圖9 選擇安全功能設(shè)置
（3） 打開設(shè)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(nèi)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(gè)安全回路開關(guān)(F0)，故這里只選擇了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系統(tǒng)中使用了F-Switch，則可以設(shè)置兩個(gè)安全功能回路。
圖10 選擇安全功能
（4） 分別設(shè)定安全功能的參數(shù)
STO：安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷。該功能激活后，變頻器內(nèi)部的電源被切斷，電機(jī)進(jìn)入自由停車狀態(tài)。（圖11）
圖11 STO的參數(shù)設(shè)置界面
這里的設(shè)置都是關(guān)于安全回路測試的：當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常時(shí)，是否進(jìn)行回路測試，用來保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，以及及時(shí)檢查系統(tǒng)錯(cuò)誤。T=8小時(shí)的設(shè)置也是保證系統(tǒng)的自檢測的時(shí)間。
SS1:安全停車指令1。當(dāng)SS1被激活時(shí)，系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行停車。否則進(jìn)入故障狀態(tài)，并終進(jìn)入STO。
圖12 SS1的參數(shù)設(shè)置界面
Standstill:截止頻率。當(dāng)停車過程中，頻率達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入STO狀態(tài)。
Tr：停車時(shí)間設(shè)定；
Tv: 延時(shí)監(jiān)控時(shí)間。超出該設(shè)定值，變頻器進(jìn)入故障狀態(tài)，同時(shí)馬上進(jìn)入STO狀態(tài)。
SLS：安全限速。安全限速有4種模式，分別對應(yīng)4種安全限速的動(dòng)作。這里需要定義安全限速的設(shè)定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和選擇模式。
圖13 SLS的參數(shù)設(shè)置界面
參數(shù)設(shè)定和修改都需要“Accept settings”才能生效。這里需要輸入密碼和進(jìn)行驗(yàn)證。
圖14 參數(shù)修改和生效
2．3 F-RSM的調(diào)試
ET200Pro F-FC的F功能需要通過F-RSM或者F-Switch來實(shí)現(xiàn)（見圖15），因而需要對F-RSM進(jìn)行設(shè)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(nèi)部原理圖為：
圖17 F-RSM的原理圖
F-RSM內(nèi)部為一個(gè)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(dāng)選擇“自動(dòng)啟動(dòng)”時(shí)，該端子可以不接。
輸出“OUT”做為3TK3841的功能輸出連接端子，內(nèi)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(gè)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(dòng)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(dòng)啟動(dòng)與手動(dòng)啟動(dòng)的選擇是通過切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)的：
圖21 選擇開關(guān)的模式設(shè)置
（2） 激活安全功能
當(dāng)急停信號為“1”時(shí)，系統(tǒng)正常工作，此時(shí)“F0”狀態(tài)為“1”。當(dāng)急停被按下時(shí)，表示系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)相應(yīng)的安全功能，此時(shí)“F0”變?yōu)?ldquo;0”，此時(shí)，應(yīng)通過busbar將F0信號傳送至F-FC，變頻器激活相應(yīng)的安全功能。
注意：系統(tǒng)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(shí)，應(yīng)當(dāng)連接兩路電源（DC 24V），否則F-RSM內(nèi)部的3TK2841處于失電狀態(tài)，從其運(yùn)行燈的狀態(tài)可以判斷該路電源是否有連接（圖22）。
圖22 電源的連接
西門子MasterDrive變頻器的啟/?？刂剖峭ㄟ^控制字實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)其他條件都具備時(shí)，控制字第0位為1時(shí)，啟動(dòng)變頻器。 這一位為0時(shí)，變頻器停止運(yùn)行。
設(shè)置參數(shù)P554可實(shí)現(xiàn)啟/?？刂?。例如：P554=22，端子X101/9 啟/停變頻器。P554=3100，用Profi-bus 啟/停變頻器（注：通過Profi-bus或USS控制變頻器時(shí)控制字的bit10必需為1）。P554=5，用PMU啟/停變頻。P554=2100，用OP1S 啟/停變頻器等等。
有時(shí)用戶需要用按鈕實(shí)現(xiàn)對變頻器的啟/停控制。用戶的需求有：一、用兩個(gè)按鈕和一個(gè)繼電器。二、用兩個(gè)按鈕。三、用一個(gè)按鈕。實(shí)現(xiàn)方法如下：
1． 用兩個(gè)按鈕和一個(gè)繼電器
S1是啟動(dòng)按鈕，S2是停止按鈕，繼電器K1將啟動(dòng)信號保持，同時(shí)把K1的常開觸點(diǎn)連接在變頻的開關(guān)量輸入端。變頻器中的參數(shù)設(shè)置：P554=22。
2． 用兩個(gè)按鈕
用兩個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)該功能時(shí)，需要使用變頻器的自由功能塊，但可以不使用繼電器。接線圖如下：
S1是啟動(dòng)按鈕，S2是停止按鈕，實(shí)現(xiàn)對變頻器的啟/?？刂疲枰O(shè)置如下參數(shù)：
U951.34 = 4 激活RS觸發(fā)器的功能
U281.01 = 18 RS觸發(fā)器的S端連接在X101/7
U281.02 = 21 RS觸發(fā)器的R端連接在X101/8
P554.01 = 501 RS觸發(fā)器的輸出控制變頻器的啟/停
實(shí)現(xiàn)該功能使用的是MasterDrive自由功能塊中的RS觸發(fā)器，在功能圖775中。詳見下圖：
3. 如果用戶用一個(gè)自復(fù)位按鈕實(shí)現(xiàn)變頻器的啟/?？刂?，則需要在變頻器中用自由功能塊實(shí)現(xiàn)這一功能。因?yàn)樽詮?fù)位按鈕給出的是脈沖信號，而自變頻器的啟動(dòng)是高電平，停止是低電平，脈沖信號送到P554中是無法控制變頻器的啟/停，實(shí)現(xiàn)這一功能需要在變頻器中用自由功能塊中的D-觸發(fā)器。
接線圖如下：
需要設(shè)置如下參數(shù)：
U951.25 = 4 激活D-觸發(fā)器功能
U279.001= 0
U279.001= 526
U279.001= 18 端子X101/7 作為D-觸發(fā)器的輸入
U279.001= 0
P554.001=525 D-觸發(fā)器輸出控制變頻器的啟/停
功能圖如下:
以上介紹的是MasterDrive變頻器的啟動(dòng)方法，變頻器 的停車方式共有三種分別是：1. OFF1 2. OFF2 3. OFF3 。
OFF1是正常的停車方式，以上例子中都是OFF1停車。OFF1的命令源在P554中設(shè)置。OFF1停車是指 ：
在P100=3， 4 和從動(dòng)時(shí)等到上級開/閉環(huán)控制使裝置停機(jī)
在P100=3,4 和主動(dòng)時(shí)在斜坡函數(shù)發(fā)生器輸入端的設(shè)定值被封鎖(設(shè)定值=0) 以使系統(tǒng)按已設(shè)定參數(shù)的降速斜坡(P464)下降至關(guān)機(jī)頻率(P800)后，在經(jīng)過關(guān)機(jī)等待時(shí)間(P801)后逆變器脈沖被封鎖同時(shí)主接觸器(選件/旁路接觸器)如有的話則斷開。如關(guān)機(jī)OFF1 命令在下降時(shí)撤消(例如用開機(jī)命令)，那么下降過程將中斷并轉(zhuǎn)回運(yùn)行狀態(tài)(014)
西門子MasterDrive變頻器的啟/?？刂凭徒榻B到這，由以上的例子可以感受到MasterDrive作為工程型變頻器的靈活性和強(qiáng)大功能，可以滿足用戶的普通要求，特殊要求，以及通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制的更高的要求。MasterDrive的通訊功能，BICO功能，自由功能塊的功能給用戶提供了非常廣闊的自由空間。
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