sinamics s120故障安全功能profisafe調試指導

1、SINAMICS S120 故障安全功能（PROFIsafe）調試指導SINAMICS S120 Safety Function (Profisafe) CommisingGetting StartedEdition (2009 年 04 月)摘 要 本文介紹了 S120 通過 Profisafe 實現(xiàn)故障安全功能的調試方法。故障安全，S120，ProfisafeKey WordsFailsafe，S120，Profisafe46目錄前言12SINAMICS S120 故障安全型變頻器的硬件及版本4組態(tài) PLC421222. 324軟件需求4STEP7 中的項目組態(tài)5S120 參數(shù)設置16故障

2、安全功能調試203 安全功能的調試32附錄4546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，SINAMICS S120 做為高性能的一款驅動產(chǎn)品，而這款變頻器所具有的故障安全的特性也是該產(chǎn)品的一個亮點，這里將介紹的是通過 Profisafe 協(xié)議報文對 S120 的故障安全功能進行控制的調試方法，供大家參考。關于 S120 的基本使用方法，這里不再詳細介紹，請參考相關手冊。1 SINAMICS S120 故障安全型變頻器的硬件及版本1）安全號，如果沒有該，設備會。2）通過 PROFIsafe 或 TM54F 激活每個控制單元，通過 PROFIsafe 或 TM54F 進行控制

3、都是允許的，但不允許混合操作。SINAMICS S120：FW 版本 2.5 SP1SIMOTION D410 SP2 及以上SIMOTION D4x5：FW 版本 V4.1.1 HF6 及以上(集成的 SINAMICS S120 FW V2.5 SP1HF5 及以上) 6）支持擴展功能的硬件組件：控制單元 CU310 定貨號：6SL3040-0LA00-0AA1/6SL3040-0LA01-0AA1控制單元 CU320 定貨號：6SL3040-0AA1 并且 verCD410 DP：6AU1 410-0AA00-0AA0 verD410 PN：6AU1 410-0AB00-0AA0 verB

4、BD4x5 V4.1.1 (集成 SINAMICS S120 FW V2.5 SP1) D425 6AU1 425-0AA00-0AA0 HW release D D435 6AU1 435-0AA00-0AA1 HW release DD445 6AU1 445-0AA00-0AA0 HW release BCX32(Withoonstras)書本型電機模塊訂貨號：.A3 或以后Blocksize 功率模塊控制單元適配器 CUA31 訂貨號：6SL3040-0PA00-0AA1控制單元適配器 CUA32 訂貨號：6SL3040-0PA01-0AA0傳感器模板：SMC20,SME20/25/1

5、20/125電機帶 DRIVE-CLiQ 接口(not with resolver encoder)目前最多 5 個安全軸有擴展功能其它信息請參考最新的 S120 相關手冊。46組態(tài) PLC軟件需求通過一個實例來介紹如何在 STEP7 中組態(tài) S120 變頻器模塊。所需軟件：STEP7 V5.4 SP3 或以上版本Distributed safety V5.4 SP4 或以上版本Drive ES V5.4 以上版本2.2 STEP7 中的項目1）首先在 STEP7 中建立一個 S7 300 項目，項目名為 Drive_F。圖 1 新建 S7 300 項目2） 硬件組態(tài)A）雙擊硬件組態(tài)（Hard

6、ware），在硬件列表中選擇 F 型CPU，這里使用的是 CPU315F(6ES7315-2fh13-0AB0 V2.6)。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 以及實際連接的 F 型的 IO 模板。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 2 選擇F 型 CPU46圖 3 為 PN 口建立一個網(wǎng)絡連接,分配 IP 地址B）由于使用 Profibus 與 S120 進行通訊，因而雙擊 DP 口，新建 Profibus 網(wǎng)絡。S120 的Profibus 通訊波特率

7、可以選擇 500Kbps12Mbps。由于 S120 要求同步速度較快，因而在規(guī)定距離內（100 米），可以選擇波特率為 12Mbps。圖 4 新建 Profibus 網(wǎng)絡，選擇網(wǎng)絡參數(shù)C）選擇從站在硬件組態(tài)中選擇 Profibus 總線，鼠標點中“PEOFIBUS(1)”。46圖 5 組態(tài) Profibus 網(wǎng)絡在從站列表中選擇”SINAMICSSINAMICS S120SINAMICS S120 CU320” 。(見下圖)圖 6 選擇 S120 從站雙擊該從站，選擇所使用的 CU320 的版本：46圖 7 選擇 CU320 的版本之后出現(xiàn)屬性頁面，這里不需要進行配置，選擇“OK”即可。圖

8、8 屬性頁面46至此，Step7 的 Profibus 網(wǎng)絡組態(tài)結束?？梢钥吹?，在硬件組態(tài)有兩條網(wǎng)絡，一條是PN-IO 接口上的以太網(wǎng)，主要是為了進行編程調試使用；另外一條是 Profibus DP 網(wǎng)絡，其中 CPU315 的 DP 口做為主站，而 SINAMICS S120 則做為從站連接到網(wǎng)絡上。（圖 9）圖 9 網(wǎng)絡組態(tài)D） 與 F 相關的配置接下來組態(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。該在修改 F 程序時會被提示，保護了安全程序不會被沒有設置的者隨意修改。（在實例中的設置為“1”）46圖 10 為 F 程序設置設置后，點擊“O

9、K”，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。46圖 11 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的者隨意從/向 CPU 讀/寫故障安全的程序。同時，由于修改的權限，防止沒有西門子的 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。46圖 12 設置 CPU 讀/寫E） PROFIsa

10、fe 的設置接下來為配置 Profisafe 報文。雙擊從站圖表，在“Configure”屬性中，“Option”中選擇報文為“PROFIsafe message”（圖 13）。項目里報文和一條標準報文。報文，在兩條 PROFIsafe46圖 13 選擇 PROFIsafe 報文 2然后選擇“PROFIsafe”按鈕，設置報文 2 的屬性。圖 14 報文 2 的屬性參數(shù)46這里的參數(shù)基本不用改動，但需要注意：F_Dest_Add ：是指該設備的 PROFIsafe 的目標地址，必須是唯一的，因而另外一條PROFIsafe 報文 1 的該參數(shù)與本報文 2 是不同的。在后面的設置中還要用到它們 1

11、6 進制的值（如 C8）。F_WD_Time：是指 F 數(shù)據(jù)報文的接收時間，一般建議將其設置為 300ms 以上，否則可能報通訊故障?？梢酝ㄟ^“Change value”來修改該參數(shù)。配置結束，選擇“存盤/編譯”圖 15 存盤編譯F）接口設置為了便于調試，將編程器的以太網(wǎng)卡與 S7 315F CPU 的 PN 口設置在同一個局域網(wǎng)中。圖 16 為編程器的網(wǎng)卡設置 IP 地址46然后設置編程器接口屬性。在 SIMATIC Manager 下選擇“Option”“Set PG/PCerface”。圖 17 設置接口參數(shù)將接口設置為 TCP/IP 協(xié)議本機網(wǎng)卡。46圖 18 設置編程器接口2. 3

12、S120 的參數(shù)設置右鍵選擇 SINAMICS_S120_CU320Open Object。46圖 19 打開 S120系統(tǒng)將啟動 SIMOTION SCOUT，選擇連接到設備對 S120 進行請參考 S120 的調試入門手冊。的自動配置，具體步驟初始化后，可以選擇離線。此時在離線狀態(tài)下選擇“SINAMICS_S120_CU320”“Configuration”。圖 20 離線后進行配置首先選擇報文類型為標準報文。由于有兩個軸，因而這里首先選擇兩行標準報文（圖 27）。圖 21 選擇標準報文46兩行 PROFIsafe 報文（圖 22）。然后圖 22PROFIsafe 報文圖 23新的 PRO

13、FIsafe 報文之后系統(tǒng)會提示 PROFIBUS 報文的變化。這里選擇“Yes”。46圖 24 報文配置發(fā)生變化之后系統(tǒng)會確認報文的格式。圖 25 最終的報文格式但此時的報文配置仍是離線狀態(tài)下的 Profibus 的報文。CU320 中，首先將編程器與 CU320為了將報文到連接。后選擇。46圖 26成功后，注意刷新頁面，否則頁面還是有故障信息的。2. 4 故障安全功能調試注意：故障安全功能只能在的狀態(tài)下進行調試。在 SCOUT 中，選擇“SINAMICS_S120_CU320”“Drives”“SERVO_02”“Function”“Safetyergrated”。圖 27 故障安全功能選

14、擇“Change settings”選項進行參數(shù)設定。46圖 28 選擇安全功能設定S120 的安全功能可以通過多種方式實現(xiàn)，這里僅介紹通過 PROFIsafe 的方式實現(xiàn)安全控制功能，故選擇“Motion monitoring via PROFIsafe”。圖 29 選擇 PROFIsafe 的控制方式擴展的 S120 的故障安全功能包括：安全轉矩關斷（STO），安全抱閘（SBC），安全停車（SS1/SS2/SOS）以及安全限速（SLS）。首先需要使能這些安全功能（Enable）。46圖 30 使能安全功能選擇“Configuration”進入組態(tài)界面。在 PROFIsafe address

15、 參數(shù)中，將之前曾經(jīng)提到過的“F_Dest_Add”地址參數(shù)（見圖 14）的 16 進制值即可。圖 31 地址參數(shù)其他參數(shù)可以根據(jù)需要進行設置，否則可以保持默認值。46對于幾種安全功能，可以分別進行設置。1安全轉矩關斷（STO），安全抱閘（SBC）1）安全轉矩關斷（STO）當設備出現(xiàn)故障時，安全轉矩關斷（STO）功能將用于安全的斷開電機電源。當選擇了該功能時，驅動單元將進入“安全狀態(tài)”。此時，驅動單元的“上電”功能被，驅動設備無法在故障狀態(tài)下被重啟。集成在電機模塊/電源模塊中的雙通道的脈沖抑制是該功能的基礎。圖 32 設置 STO 和 SBC當 “安全轉矩關斷”功能啟動時：電機不能被任意重啟；

16、電機電源將被切斷；電源和電機并沒有電氣。46圖 33 STO 和 SBC 設置界面當設備進入 STO狀態(tài)時，可以通過“Output Safe standstill active”外接指示燈。2）安全抱閘（SBC）安全抱閘控制用于激活抱閘功能，打開或者關斷抱閘的指令通過 DRIVE-CLiQ 傳送給電機模塊/電源模塊。電機模塊/安全抱閘繼電器響應指令動作輸出給抱閘。抱閘激活通過抱閘連接到電機模塊/安全抱閘繼電器是通過安全的、雙通道的方式。安全抱閘控制（SBC）的功能：當“安全轉矩關斷”被啟動或安全監(jiān)視被觸發(fā)，“SBC”將動作；與普通的抱閘控制相比，SBC 通過雙通道控制 P1215 來實現(xiàn)的；不

17、論抱閘控制或 P1215 的模式設置如何，SBC 都將動作。但當 P1215=0 或 3 時，不建議使用 SBC 功能；該功能須通過參數(shù)使能；每當“安全轉矩關斷”被啟動時，抱閘將立即啟用并進行強制故障監(jiān)測。46電機模塊將監(jiān)測“安全抱閘”功能是否正常工作，當控制單元失效或故障時，將無法檢測到抱閘電流，抱閘開始動作。但該只能在抱閘動作的過程中才能檢測到。當電機模塊或控制單元檢測到故障時，抱閘電流同樣關斷，系統(tǒng)進入安全狀態(tài)。2安全停車（SS1/SS2/SOS）圖 34 選擇安全停車1） 安全停車 1（SS1）當“SS1”被激活時，電機轉速將按照 OFF3 方式定義的斜坡下降（P1135），無論在設定

18、的延遲時間(P9356/P9556)內是否降到關斷速度，驅動均進入 STO 狀態(tài)。46圖 35 SS1 的相關參數(shù)設置在這里，由于激活了 S120 的擴展功能，因而這里定義的是擴展功能中的 SS1。擴展功能的SS1 在普通功能的時間控制的基礎上，還增加了度的。而且擴展 SS1 的停止過程是從 STOP F ST，然后再經(jīng)過延時進入 STO，而普通 SS1 功能是從 STOP F STOP A，然后直接進入 STO，過程是不可控的。2） 安全停車 2（SS2）和安全運行停止（SOS）安全停車 2（SS2）功能用于驅動設備按照 OFF3 模式進行安全，直至進入 SOS 狀態(tài)。圖 36 SS2 及

19、SOS 的參數(shù)設定SOS 功能用于驅動設備按照 OFF3 停車后是否真正的?！癝tandstill toleranOS”是指當 SOS 功能激活時，允許的位置移動的偏差值。 通過這個參數(shù)，可以控制設備停車后允許的偏移量。3 安全限速(SLS)46安全限速功能(Safely Limited Speed) 用于保護驅動設備突然出現(xiàn)的高速運轉。這通過對驅動設備當前的速度的監(jiān)視其是否達到切換速度來實現(xiàn)。同時，安全限速功能還用于保護驅動設備在限定的速度內的運動，避免其在高速下的運動。根據(jù)風險分析的結果，一般將保護速度設為 4 個不同的速度值。圖 37 設置安全限速功能參數(shù)46圖 38 安全速度的設定“D

20、elay time betn”參數(shù)：當 SLS 功能被選擇到 SLS 的限速被激活的時間。當?shù)陀诋斍八俣鹊囊粋€低限速被激活時，驅動器必須在這個時間內將速度降到該低限速以內。但當一個比當前速度高的限速值被激活時，該參數(shù)沒用意義。速度的限定值之間的切換是通過兩個 F-DI 的組合來實現(xiàn)的，具體參看下表：表 1 SLS 的速度限定值的選擇“Set velocity limiion”參數(shù)：在參數(shù) p9733 中顯示設定速度與該值的乘積，并不影響SLS 的功能。“Stop reaction”：當速度在所設定時間內沒有降到限定值范圍時，驅動設備的響應。具體的響應：46Stop 類型動作影響Stop A (

21、優(yōu)先級：高)驅動脈沖停車St將速度給定的設定值設為0，同時啟動定時器tB，如果tB結束時nis nshutdown，則進入Stop A驅動器按照 OFF3 進行停車，最終進入 Stop A 狀態(tài)Stop C將速度給定的設定值設為0，同時啟動定時器tC，tC結束時啟動SOS驅動器按照 OFF3 進行停車，然后啟動 SOSStop D啟動 tD，在 tD 結束前集成的驅動將不響應 SOS 指令驅動器必須按照更高等級的控制進行停車（在驅動組表 2 停車類型的區(qū)別延時參數(shù)：tB: p9356/p9556tC: p9352/p9552tD: p9353/p9553tF1: p9658/p9858tF2:

22、 p9355/p9555nshutdown: p9360/p9560注意：這里的速度設定的是線速度（mm/min），不是電機的轉數(shù)，在參數(shù)設定時注意的變換。I）參數(shù)保存參數(shù)設置完成后，選擇將參數(shù)進行保存“Copy parameters”。46內）！當 tD 結束后激活 SOS 功能。當“standstill”的范圍超限時自動響應。Stop E（準備中）目前與 Stop D 功能類似Stop F（優(yōu)先級：低）在 tF1（基本功能）或者 tF2（擴展功能）時間內沒有驅動器響應當一個安全功能被激活時（SOS, SLS），在 tF1（基本功能）或者 tF2（擴展功能）時間延時結束后將進入 Stop A

23、圖 39參數(shù)然后激活參數(shù)，此時可以看到安全功能被使能。圖 40 激活安全功能參數(shù)46然后修改，保存項目并“Copy RAM to ROM”。圖 41 保存項目及參數(shù)最后將項目上載到的 PG，保持 PG 中的項目與實際設備中的項目一致。圖 42 將項目保存到 PG46至此，完成 S120 安全功能的組態(tài)，接下來功能。通過 Profisafe 協(xié)議來控制 S120 的安全3 安全功能的調試安全程序的編制和安全功能的調試：1）首先打開 SIMATIC Manager，進入編程界面，選擇“Insert new object”“Function”（圖 43）。圖 43新的功能462）為新的 FC 起個名

24、字，比如：FC100，創(chuàng)建語言選擇“F-CALL”。這里創(chuàng)建的 FC100 是用于 CPU 處理故障安全程序的需要而建立的。圖 44 建立 F-CALL.“F-CALL”只是用于 CPU 調用與安全相關的程序的，但真正的安全程序的語句并不在“F-CALL”里進行編寫，需要建立新的 F 程序編制的功能塊。選擇新建功能塊（圖 45）。圖 45 新建功能塊該功能塊（FB1）的創(chuàng)建語言選擇“D”或者“F-LAD”。46圖 46 創(chuàng)建程序調用塊一般每個 FB 都需要一個背景數(shù)據(jù)塊，故障安全型的 FB 也不例外，因而不要忘記為 FB1 建立一個背景數(shù)據(jù)塊 DB1，當選擇該背景數(shù)據(jù)塊為 FB1 的背景數(shù)據(jù)塊

25、時，可以看到其創(chuàng)建語言自動被系統(tǒng)設定為“F-DB”。（當然，如果選擇新建某個 FC 來做為 F 程序的調用功能，則不需要建立相應的背景數(shù)據(jù)塊）。46圖 47的背景數(shù)據(jù)塊3）由于通過之前的硬件組態(tài)已經(jīng)組態(tài)了 Profisafe 的報文，在硬件組態(tài)中，可以看到已經(jīng)組態(tài)了的 PROFIsafe 模板。其輸入輸出地址分別是從地址 6.11。這個地址也就是Profisafe 報文需要控制的字節(jié)的起始地址。（圖 48）46圖 48 Profisafe 報文所占的槽位地址分配對應這些地址，Profisafe 報文對應的控制字和狀態(tài)字分別為（表 3、表 4）：46表 3Profisafe 控制字表 4Prof

26、isafe 狀態(tài)字464）雙擊打開 FB1 進行安全程序的編制。通過程序來控制安全功能是否被激活。例如下面的程序，通過程序激活控制字 0（輸出字節(jié)）的第“0”位和第“1”位，分別對應激活“STO”和“SS1”的安全功能。圖 49 通過程序設置 Profisafe 報文控制安全功能的起停激活“SS2”和“SOS”則分別觸發(fā)控制字 0 的第“2”和“3”位。但觸發(fā) SLS 功能需要注意，當激活 SLS 功能時，首先，由于 SLS 的速度是通過兩個開關的組合來選擇的（見表 1），因而需要在控制字 1 中對速度進行選擇，具體控制字節(jié)是字節(jié) 146的第“1”位和第“2”位，然后需要激活“SLS”，即觸發(fā)

27、控制字 0 的第“4”位，這樣才能保證 SLS 的功能被正確觸發(fā)。圖 50 激活 SLS 安全功能當然，頻率和轉速等參數(shù)仍然是通過標準報文寫入的(如：PQW268、PQW270 等)。通過狀態(tài)字，可以將安全功能是否被激活的狀態(tài)讀回 PLC（圖 51）。如例中，將 STO/SS1/SS2 對應的狀態(tài)字分別讀回 PLC 進行處理。其它的幾個狀態(tài)字這里不再列出，按照表 4 依次讀回即可。46圖 51 安全功能的狀態(tài)字反饋5）在故障安全系統(tǒng)中，當安全模板發(fā)現(xiàn)故障時，系統(tǒng)出于保護的目的，將暫時停止模板的輸入輸出，也就是將模板“鈍化”，此時，模板不能再對程序輸出進行響應，直到該故障消失后，經(jīng)過“去鈍”的處理，模板才能被重新集成到控制系統(tǒng)中，因而，當模板被“鈍化”后，在程序中需要對模板進行“去鈍”處理，否則只能通過將設備斷電才能恢復控制功能，當然前提是故障已經(jīng)消除。46在程序中，可以對模板是否被鈍化進行。當該模板被鈍化后，其對應的數(shù)據(jù)塊自動將“PASSIV