西門子 6ES7331-7NF10-0AB0 PLC 模塊 軟件 變頻器 電源 繼電器 電纜

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SIMATIC S7-300，模擬輸入 SM 331，電位隔離， 8 個模擬輸入； +/-5/10V，1-5V，+/-20mA， 0/4 至 20mA，16 位， 單共用根系（60V COM.）， 4 通道運行：10ms， 8 通道運行：23-95ms， 1個 40針

前言

西門子的故障安全系統(tǒng)提供了盡可能全系列的產(chǎn)品供客戶選擇，ET200S系列產(chǎn)品做為高性價比的一款產(chǎn)品，在分布式IO中一直被廣泛應用，因而也有著全系列相應的故障安全模板滿足各種安全應用的場合，這里介紹的是故障安全型電機啟動器的調試和使用方法，供大家參考。關于ET200S的基本使用方法，這里不再詳細介紹，請參考相關手冊。

1 ET200S 故障安全型電機啟動器模板的硬件單元

ET200S 做為分布式IO系統(tǒng)的從站（或主站）所需要的基本硬件包括：接口模板（IM），電源模板（PS），端子模板（TM）。具體到含有故障安全型電機啟動器模板的應用，還需要如下硬件組件：

 

表1 故障安全型ET200S 電機啟動器模板組件

2 ET200S的故障安全型電機啟動器的站配置

配置含有故障安全型電機啟動器的ET200S站與配置普通的ET200S站相同，但故障安全系統(tǒng)需要考慮系統(tǒng)的安全等級，這里給出達到SIL3 / category 4 的典型的硬件配置（圖2）：

圖1 配置故障安全型電機啟動器和故障安全電子模板的ET200S站，達到SIL3 / category 4

可以看到，I/O模板以及電機啟動器模板均是故障安全型的。但請注意，DI/DO的電源模板必須是普通的電源模板。且在同一個電源組內，普通的電機啟動器模板與安全型電機啟動器模板不能混合使用，此時需要使用額外的電源模板（PM-D F PROFIsafe）進行隔離。
由于ET200S的配件比較多，選擇起來比較復雜，因而建議最好使用ET200S配置工具（ET200S CFG Tools）進行硬件的配置，這里給出相應模板的訂貨號信息以供訂貨時參考。

型號	訂貨號	描述
F-DS1E-X	3RK1301-0AB13-0AA4	Fail-safe direct starter; 0.3 ... 3 A
F-RS1E-X	3RK1301-0AB13-1AA4	Fail-safe reversing starter; 0.3 ... 3 A
TM for PM-D F	3RK1903-3AA00	Terminal module for power module PM-D F PROFIsafe V2
TM for F-DS1E-X	3RK1903-3AC00	Terminal module for direct starter F with cable connection
TM for F-RS1E-X	3RK1903-3AD10	Terminal module for reversing starter F wire cable connection
PM-D F	3RK1903-3BA01	PM-D F PROFIsafe power module
TM-P15S23-A0	6ES7138-4CA01-0AA0	PM-E DC 24V power module for electronic modules, with diagn.
F DI	6ES7138-4FA03-0AB0	Electronic module, 4/8F-DI, DC 24V, PROFIsafe (1 pc.)
F DO	6ES7138-4FB02-0AB0	Electronic module, 4F-DO, DC 24V/2A, PROFIsafe (1 pc.)
IM151	6ES7151-1BA02-0AB0	IM 151 high-feature for conn. of ET200S to PROFIBUS DP
TM-P15S23-A0	6ES7193-4CD20-0AA0	Terminal module for AUX1 supply; screw connection
TM-E30S46-A1	6ES7193-4CF40-0AA0	Terminal module for electron.mod.30mm; screw term.; AUX1

表1 故障安全型電機啟動器模板訂貨信息

3 組態(tài)和調試

3.1 軟件組態(tài)
我們通過一個實例來介紹如何在STEP7中組態(tài)ET200S F 電機啟動器模塊。

所需軟件：
STEP7 V5.4 SP3
Distributed safety V5.4 SP4

3.1.1 STEP7 中的項目

1）首先在STEP7中建立一個S7 400項目，項目名為ET200S_F_MS。

圖2 新建S7 400項目

2）硬件組態(tài)
雙擊硬件組態(tài)（Hardware），在硬件列表中選擇F型CPU，這里使用的是CPU 416F。注意，由于項目中將使用F型的模板，并且要使用其安全性能，因而這里需要選擇F型的CPU。當然，根據(jù)所連接從站的不同，需要選擇CPU是否是只有Profibus接口或者帶有Profinet接口。

圖3 選擇F型CPU

這里我們使用的是Profibus的從站，因而雙擊DP口，新建Profibus網(wǎng)絡。

圖4 新建Profibus 網(wǎng)絡

接下來組態(tài)F參數(shù)。雙擊CPU，打開屬性頁面。選擇“F Parameters”屬性頁，為安全程序設置密碼。該密碼在修改F程序時會被提示，保護了安全程序不會被沒有授權的訪問者隨意修改。（在實例中的密碼設置為“1”）

圖5 為F程序設置密碼

密碼設置后，點擊“OK”，可以看到F參數(shù)。這些參數(shù)是CPU處理F程序時的基本信息，一般是系統(tǒng)自動分配的，不建議做修改，選擇確認即可。

圖6 系統(tǒng)F參數(shù)

接下來選擇“Protection”屬性。同樣，出于保護的需要，需要為故障安全的程序設置程序修改的權限密碼，防止沒有授權的訪問者隨意從/向CPU讀/寫故障安全的程序。同時，由于西門子的F型的CPU同時可以做為普通的CPU使用，因而，如果程序中包含故障安全程序時，需要將“CPU contains safety program”激活，否則，CPU就是一款普通的CPU，無法處理故障安全的程序。

圖7 設置CPU讀/寫密碼

接下來組態(tài)ET200S的從站。在Profibus DP的硬件目錄下，找到ET200S，選擇接口模板IM151，將其連接到之前建立的Profibus網(wǎng)絡上。其中選擇的電機啟動器以及其電源模板均是故障安全型的。

圖8 組態(tài)ET200S從站

下面為每個故障安全模板設置參數(shù)。

雙擊ET200S從站上的電源模板PM-D PROFIsafe，可以看到該模板的參數(shù)設置。其中：

F_dest_address 是系統(tǒng)自動分配給安全型模板的（這里分配的地址是200），做為故障安全系統(tǒng)處理該模板時的尋址地址，該地址對應的DIP開關設置為：0011001000，在該模板側面有實際的DIP開關，應該按照這里分配的DIP開關進行設置；

F-monitoring time(ms) 是F-CPU監(jiān)控F I/O模板的通訊時間，一般也是系統(tǒng)自動分配的，但可以按照系統(tǒng)實際配置進行修改。如需修改時，請參考s7fcotib.xls 文件。該文件可以通過西門子技術支持網(wǎng)站進行下載：support.automation.siemens.com

圖9 電機啟動器故障安全型電源模板PM-D F PROFIsafe參數(shù)設置

雙擊電機啟動器模塊，設置故障安全參數(shù)。
首先是地址參數(shù)，這里設置的是I/O地址。

圖10 電機啟動器模塊地址參數(shù)設置

接下來打開參數(shù)設置頁面。

圖11 安全型電機啟動器參數(shù)設置

其中電壓、電流等參數(shù)（1）可以根據(jù)實際使用的電機的參數(shù)進行設置，而其中的一些保護動作（2）也可以根據(jù)工業(yè)要求進行設定，這里不一一介紹了。
其中與安全相關的設置主要時safety shutdown group（SG）的分配。通過該參數(shù)，可以將該電機啟動器模板分配一個電源組，以便進行故障安全的電機電源關斷動作。每一個模板只能分配一個SG，最多可以分配6個SG。

圖12 安全關斷組的分配

而在故障安全型電機啟動器模板的安裝底板（TM）上，也有一組用于分配SG的跳線，跳線可以插拔，從而進行硬件的SG分配，而通過硬件設置的SG應該與在軟件中分配的SG相一致。

圖13 安裝底板（TM）上硬件SG的分配

 

圖14 SG分配后的底板

分配SG后，可以選擇組診斷。對應故障安全型模板，一般都要求激活診斷選項。

圖15 參數(shù)設定結果

據(jù)此可以設置其它安全型電機啟動器模板的參數(shù)。
然后編譯保存硬件組態(tài)。由于之前在CPU的選項中選中了“CPU contains safety program”選項，因而CPU會對故障安全選項進行單獨的編譯，因而編譯時會出現(xiàn)安全程序的編譯進程。如果沒有錯誤，則硬件組態(tài)結束。此時，可以先將硬件組態(tài)進行下載。

圖16 安全程序的編譯進程

此時，在SIMATIC Manager下，多出了幾個打黃色標簽的FB和DB塊，這些都是編譯后系統(tǒng)生成的安全模塊的參數(shù)塊。

3）程序編制
打開SIMATIC Manager，進行程序編制。
首先新建一個功能FC，創(chuàng)建語言選擇F-CALL。

圖17 創(chuàng)建F-CALL

然后創(chuàng)建功能塊FB，創(chuàng)建語言選擇F-FBD。

圖18 創(chuàng)建F-FB

為該FB生成一個背景數(shù)據(jù)塊，同樣也是F-DB。

圖19 創(chuàng)建背景數(shù)據(jù)塊F-DB

此時可以編制F的程序了。關于F 型電機啟動器的程序編制非常簡單，只需要控制SG的關斷狀態(tài)即可。
雙擊打開F-FB（例子里是FB1）。

圖20 編程控制SG1

在硬件組態(tài)中，電源模板PM-D F的輸出地址為0..4，其中第0字節(jié)就是對應控制SG的地址，因而可以通過程序控制Q0.0 來控制SG1即可。同樣，Q0.1~Q0.5則對應SG2~SG6。
當然，對于故障安全型的模板，都可能存在因故障導致的“鈍化”，在程序中可以進行監(jiān)控，以及進行“去鈍化”的操作。關于模板“（去）鈍化”操作，可在相關文檔中查閱相關信息。

圖21 程序中進行模板的“鈍化”監(jiān)測以及“去鈍化”

保存程序，退回到SIMATIC Manager畫面。
選擇CPU，在菜單中選擇對故障安全程序進行編譯。

圖22 選擇編譯F 程序

此時將出現(xiàn)F程序的編譯畫面。

圖23 F程序編譯選擇

如果項目是第一次進行編譯，則首先需要建立F-Runtime group。選擇該按鈕，新建F運行組。

圖24 新建F運行組

這里可以選擇系統(tǒng)的F-CALL，以及調用哪個FB中的F程序，包括最大的F程序掃描周期。
選擇OK進行確認。然后選擇“Compile”進行F程序的編譯。

圖25 F程序的編譯

編譯成功后，仍然需要通過F程序編譯器中的下載“Download”操作將F程序下載到F-CPU中。

圖26 下載F程序

程序下載后，不會馬上被執(zhí)行，還需要在OB35中對F-CALL進行調用，然后CPU才能處理F程序。

ET200S 工藝功能 —— 1計數(shù)

1: ET200S 處理模塊 1Count24V/100kHz
1. 總覽

ET200S 計數(shù)模板主要有 4 種類型，1通道計數(shù) 24V/100kHz, 1通道計數(shù)5V/500kHz, 1SSI 和 2 路脈沖。本文使用一個簡單的案例來演示如何設置 ET200S 計數(shù)模板的這些功能應用，包括相關軟件和硬件的應用、操作和調試。
1 通道24V/100kHz 計數(shù)模板主要有以下操作模式：
1) 計數(shù)模式：包括連續(xù)計數(shù)，循環(huán)計數(shù)和單次計數(shù)。
2) 測量模式：包括頻率測量、循環(huán)計數(shù)和速度測量。
3) 位置檢測：該模式是連續(xù)計數(shù)功能并在等時模式下可只作為一個輸入模板來使用。
本文作為一個例子主要闡述該模板在計數(shù)模式下和其它模式下（如測量模式）的應用。

2. 系統(tǒng)硬件架構

圖. 1: 系統(tǒng)硬件架構
本例中,  S7-300 PLC 讀取來自ET200S 1 通道計數(shù)模板 24V/100kHz 的 24V 增量型編碼器計數(shù)值并監(jiān)視旋轉狀態(tài)。
圖. 1是本例的系統(tǒng)配置，包含以下硬件：
? 一臺筆記本或 PG/PC
? 一個 CP5512
? 一個S7-300 PLC
? 一個ET200S 系統(tǒng)

3. 硬件和軟件要求

表 3-1: 硬件訂貨清單

表 3-2: 軟件訂貨清單

4. 硬件安裝及接線

連接的編碼器類型:
1) 24V 脈沖發(fā)生器(不帶方向信號)
2) 24V 脈沖發(fā)生器 (帶方向信號)
3) 24V 增量型編碼器

圖. 2: 連接編碼器

5. 系統(tǒng)組態(tài)和參數(shù)設置

1)硬件配置
連接圖可參照圖. 1: 硬件配置圖。ET200S 的從站連接到作為 DP 主站 S7-300 PLC，并按照圖. 2: 接線圖將 24V 增量型編碼器連接到ET200 1 通道 24V/100kHz 計數(shù)模板。

2) 系統(tǒng)配置和參數(shù)設置
在 STEP 7 中新建一個名為Latch_ET200S_1COUNT 的項目。插入一個 SIMATIC 300 站并命名為 1 COUNT。然后從硬件列表中選擇根據(jù)訂貨號和硬件安裝順序依次插入一個機架，CPU，ET200S 標準從站模塊和ET200S 1 通道計數(shù)模板（選擇1 通道24V/100kHz C 計數(shù)模板）。

圖. 3: 主站硬件配置
ET200S1COUNT模塊參數(shù)配置見圖. 4.

圖. 4: 參數(shù)配置
要根據(jù)編碼器類型選擇使用A*B* 還是A* B* DI，此處選擇PNP類型的24V增量型編碼器。
輸入信號B* 的方向可以設置為正向或反向。
參數(shù) "計數(shù)類型"可以被設置為3種計數(shù)模式：連續(xù)計數(shù)，循環(huán)計數(shù)和單次計數(shù)。
其它參數(shù)可以使用缺省值。

3) 程序
主循環(huán)OB1:
//預設
L 0 // 刪除控制位
T DB1.DBD 0
T DB1.DBD 4
SET
S DB1.DBX4.0 //打開軟件門

//寫控制接口
L DB1.DBD 0 //寫入8位到1SSI 模板
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //輸出起始地址
T PQD 268

// 讀反饋接口
L PID 264 //從1SSI模板讀 8 位
T DB1.DBD 8
L PID 268 //輸入起始地址
T DB1.DBD 12
如圖. 5所示, 在計數(shù)模板的硬件配置中輸出接口參數(shù)為8個字節(jié) (PQB264 - PQB271)。在上述應用中， 在 DB1 中的 8個字節(jié) (DB1.DBB0 to DB1.DBB7)被用于控制接口的參數(shù)分配。

圖. 5: 控制接口的參數(shù)分配
如圖. 6所示, 在計數(shù)模板的硬件配置中輸入接口參數(shù)為8個字節(jié)（PIB264-PIB271）。 在上述應用中，DB1 的8個字節(jié) (DB1.DBB8 to DB1.DBB15)用來向接口模板傳遞參數(shù)。

圖. 6: 接口參數(shù)反饋分配

6. 測試, 監(jiān)視和診斷

圖. 7: 變量表監(jiān)視
在 STEP 7中創(chuàng)建一個變量監(jiān)視來監(jiān)視編碼器測量值 DB1.DB  8。（反饋接口字節(jié)0~3），在變量監(jiān)視表中通過修改DB1.DBX  13.6(STS_C_UP) 和DB1.DBX 13.7(STS_C_DN)的值來修改計數(shù)方向。
7. 功能
7.1 控制計數(shù)輸入
通過軟件門控制
軟件門和硬件門 ("與" 邏輯)
7.2 門功能
軟件門: 通過用戶程序控制
當使能軟件門的控制信號時, 在硬件配置中使用 "中斷計數(shù)" 并從裝載值啟動計數(shù)。當軟件門停止后使能，當計數(shù)停止時從計數(shù)值重新啟動計數(shù)。 
在參數(shù)配置中是使用 "t終止計數(shù)"從裝載值啟動計數(shù)，當軟件夢停止后使能，從裝載值重新計數(shù)。

圖. 8: 使用硬件門
硬件門：硬件門使能之后，通過硬件輸入信號控制，功能與軟件門相同。前提是“硬件門”參數(shù)在圖. 8的“DI功能"中已經(jīng)設置。

7.3 鎖存功能
鎖存和重新觸發(fā):
在硬件配置參數(shù)"DI功能"中使能 "鎖存和重新觸發(fā)"后，在程序中使能軟件門。當檢測數(shù)字輸入信號出現(xiàn)上升沿時，鎖存當前計數(shù)值。計數(shù)功能開始計數(shù)直到檢測出下一個上升沿信號，鎖存當前值并重新從裝載值開始計數(shù)。
如果在此過程中裝載值被直接裝載，反饋字中的鎖存的值將不會改變，關閉軟件門只會中斷計數(shù)，但數(shù)字量輸入的鎖存和重新觸發(fā)功能仍然工作正常。
在軟件門使能之后，需要注意當輸入信號檢測到上升沿信號時計數(shù)模式會啟動，參見圖. 9: 鎖存和重新觸發(fā)功能的時序圖。

圖. 9: 鎖存和重新觸發(fā)功能的時序圖

鎖存:
在硬件配置參數(shù)"DI功能"中使能 "鎖存和重新觸發(fā)"后，在程序中使能軟件門。當檢測數(shù)字輸入信號出現(xiàn)上升沿時，鎖存當前計數(shù)值。計數(shù)功能開始計數(shù)直到檢測出下一個上升沿信號，鎖存當前值并重新從裝載值開始計數(shù)。
如果在此過程中裝載值被直接裝載，反饋的裝載值將不會改變，關閉軟件門僅會中斷計數(shù)，但輸入信號的鎖存功能仍然工作正常。

圖. 10: 鎖存功能時序圖
7.4 同步功能
同步功能僅用戶單次計數(shù)和循環(huán)計數(shù)模式，在該模式下0標志位作為旋轉編碼器的參考信號來使用。首先使能軟件門之后 使能同步控制位。在單次計數(shù)同步下，當輸入信號有首個上升沿信號時啟動計數(shù)同步。在循環(huán)計數(shù)同步下，輸入信號有首個上升沿信號并且每次后續(xù)的上升沿信號均 會將計數(shù)器從裝載值啟動同步計數(shù)。

圖. 11: 同步功能時序圖

7.5 在計數(shù)模式下輸出控制
計數(shù)模板有一個數(shù)字量輸出和一個虛擬的數(shù)字量輸出（在反饋接口的狀態(tài)位中），可以用來保存2個比較值，并且結果可以基于2個比較值控制。

(1) 直接控制輸出
使能控制位CTRL_DO1 和 CTRL_DO2，并且保持控制直到控制位SET_DO1 和SET_DO2被置位。 狀態(tài)位 STS_CMP1和STS_CMP2 顯示相關的輸出狀態(tài)。狀態(tài)位會保持當前狀態(tài)直到被確認。如果 DO1和DO2沒有被使能，這些狀態(tài)位可能直接通過控制位影響SET_DO1 和 SET_DO2。 
下方的 4 個輸出表語直接控制輸出應用類似，比較值可被首先加載且輸出會根據(jù)比較條件控制。

(2) 計數(shù)值 >= 比較值
例如：設置比較值 2000，當計數(shù)值大于等于2000時使能輸出 D01。
硬件配置:

圖. 12: 比較值輸出

計數(shù)模板參數(shù)設置見圖. 12，僅用于設置“DI功能”作為“計數(shù)值>=比較值”，其它參數(shù)參照圖. 4: 普通計數(shù)模式設置。

主循環(huán):

//預設
SET
S DB1.DBX 4.0 // 設置軟件門
S DB1.DBX 4.4 // 使能 D01

// 裝載比較值
A M 100.0 //觸發(fā)位
S DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268

L 2000
T DB1.DBD 0
T PQD 264

AN M 100.0
R DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268

//寫控制接口

L DB1.DBD 0 // 寫8個字節(jié)到1SSI 模板
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //輸出起始地址
T PQD 268

// 讀反饋借口

L PID 264 // 從模板讀取8個字節(jié)
T DB1.DBD 8
L PID 268 //輸入起始地址
T DB1.DBD 12

監(jiān)視和測試:通過使能 M100.0 裝載比較值1(2000)。當編碼器計數(shù)值大于等于2000，使能輸出 D01，并同時將狀態(tài)位STS_CMP1 (DB1.DBX14.3) 和 STS_DO1 (DB1.DBX13.3) 置位。

圖. 13: 比較值 < 2000

圖. 14: 比較值 > = 2000

(3) 計數(shù)值 < = 比較值
(4) 當?shù)竭_比較值輸出脈沖
(5) 當?shù)竭_比較值時切換輸出 (僅限 D01) 

Part 2: ET200S 計數(shù)模板 1通道 5V/500kHz
請參考章節(jié)1 中1通道 5V/500kHz模板應用 ， 主要區(qū)別在硬件接線和硬件參數(shù)設置。
1. 硬件接線圖

模塊僅允許 5V 增量型編碼器連接。

圖. 15: 硬件接線圖

2. 硬件和參數(shù)配置

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