西门子ET200S 变频器的安全功能.docx

SIEMENSET200S变频器的安全功能ET200S FC safety commissioningEdition 04/ 2008Getting StartedSIEMENS摘要本文介绍了 ET200S故障安全型变频器模板(ICU24 F)的调试和维护的方法。关键词 故障安全，ET200S,变频器，ICU24FKey Words Failsafe, ET200S, frequency converter,ICU24FSIEMENS目录 前言1 ET200S故障安全型变频器模板(ICU24F)的硬件单元42 组态PLC43 ET200SF 的调试154 Safety功能调试195 其它信息24意见反馈17前言西门子的故障安全系统提供了尽可能全系列的产品供客户选择，ET200S系列产品做为高性 价比的一款产品，在分布式IO中一直被广泛应用，因而也有着全系列相应的故障安全模板 满足各种安全应用的场合，这里介绍的是故障安全型变频器模板（ICU24F）的调试和使用方 法，供大家参考。关于ET200S的基本使用方法，这里不再详细介绍，请参考相关手册。1 ET200S故障安全型变频器模板（ICU24F）的硬件单元ET200S做为分布式IO系统的从站（或主站）所需要的基本硬件包括：接口模板（ IM ）, 电源模板（PS）,端子模板（TM）,电机电源模板（PM-D）。具体到含有故障安全型变频 器模板（ICU24F）的应用，还需要如下硬件组件：IC24F6SL3 244-0SA01-1AA0ICU24F closed-loop control moduleIPM256SL3 225-0AE17-5A0Power supply unit (0.75 kw)TM-ICU153RK1 903-3EA10TM for ICU24IC24FTM-IPM653RK1 903-3EC00TM for PSMMC6SL3254-0AM00-0AA0表1故障安全型ET200S变频器模板ICU24F硬件组件2 叫 PLC2.1 软件组态我们通过一个实例来介绍如何在STEP7中组态ET200S FC变频器模块。所需软件：STEP7 V5. 4 SP3Distributed safety V5. 4 SP4Starter V4. 1 （或者 DriVe ES V5. 4）SIMATIC Manager F_FC_ET200S D:SiemensV2. 1. 1 STEP7中的项目1）首先在STEP7中建立一个S7 300项目，项目名为F FC ET200So国 File Edit Insert PLC View OPtiOnS Window Help口降器X 曲Q ¾ fio 工-国 F_FC_ET200S-i s7mATIC 300(1)i- y CPU 315F-2 PN/DPs? S7 Program(2)(1 Sources0 Blocks图I新建S7 300项目2）硬件组态双击硬件组态（Hardware）,在硬件列表中选择F型CPU,这里使用的是CPU 315F（注意， 由于项目中将使用F型的模板，并且要使用其安全性能，因而这里需要选择F型的CPU以及实 际连接的F型的IO模板。当然，根据所连接从站的不同，需要选择CPU是否是只有ProfibUS 接口或者带有Profinet接口。Bhw Config - SIMATIC 300(1) (ConfiguS Station Edit Insert PLC View OptionsDQ "囱解密¾） 而Ethefnet:PRcIFINETJOfystem (IOO)O(O) UR1PS 307 5A29 CPU 315F-2 PN/DPXlMPi/DPX2PN-IOX2P1Portl34DI16xDC24V5FDI24xDC24VI 6FD010xDC24V2A7_8组2选择F型CPU及IO模板这里我们使用的是PrOfibUS的从站，因而双击DP 口，新建PrOfibilS网络。图3新建Profibus网络接下来组态F参数。双击CPU,打开属性页面。选择“F Parameters”属性页，为安全程序 设置密码。该密码在修改F程序时会被提示，保护了安全程序不会被没有授权的访问者随意 修改。（在实例中的密码设置为“1”）General Startup Synchronous Cycle Interrupts Cyde/OoCk Memory Retentive Memory I Memory Interrupts Time-Of-Daylrrterrupts Cyclic Interrupts DiagnosticsZCIock Protection F ParametersOKName:3CancelHelp图4为F程序设置密码 密码设置后，点击“OK”，可以看到F参数。这些参数是CPU处理F程序时的基本信息, 一般是系统自动分配的，不建议做修改，选择确认即可。图5系统F参数接下来选择“Protection”属性。同样，出于保护的需要，需要为故障安全的程序设置程序修 改的权限密码，防止没有授权的访问者随意从/向CPU读/写故障安全的程序。同时，由于西 门子的F型的CPU同时可以做为普通的CPU使用，因而，如果程序中包含故障安全程序 时，需要将“CPUcontainssafetyprogram”激活，否则，CPU就是一款普通的CPU,无 法处理故障安全的程序。图6设置CPU读/写密码接下来组态ET200S的从站。在Profibus DP的硬件目录下，找到ET200S,选择接口模板 IM151,将其连接到之前建立的Profibus网络上。其中选择的变频器模板(ICU24F)以及其电 源模板均是故障安全型的(PM-D F)。实例中的项目还组态了安全型的电机启动器，其操作方法请参考相关资料，这里不在详细叙 述。Khw Config - SIMATIC 300(1) (Configuration) - f:_FC_ET200S国S Station ECfit Insert PLC View Options Window Help G S- IS © ¾而曲的 日强?Ethernet。): PR O Fl N E T -I O -Sy stem (100)J Module.Ordei NumberI AddressQ AddressPM-D F PROFIsafe3RK1 9033BA010.40.4ICU24F6SL3 2440SA011AA0256.263256.263F-DS1ex 0.3-3A HF3RK1 301-OAB13OAA224.0.25.724.0.25.7FRS1exO,33AHF3RK1 3010AB131AA228.0.29.728.0.29.7(11) IM1511 HFSlot 二 32 4PROFIBUS：DP ma$tef SyStem (Il 12 7I X2 I X2P1IrF I r ! PS 307 5AI CPU 315F-2 PN/DP MPi/DPPN-i0I PofH3DI16xDC24VN_FDI24xDC24VFD010xDC24V2AIh图7组态ET200S从站 下面为每个故障安全模板设置参数。双击ET200S从站上的电源模板PM-D PROFIsafe,可以看到该模板的参数设置。其中：F_dest_address是系统自动分配给安全型模板的(这里分配的地址是200),做为故障安全 系统处理该模板时的寻址地址，该地址对应的DIP开关设置为：OOIIooIO00,在该模板侧面 有实际的DIP开关，应该按照这里分配的DIP开关进行设置：F-monitoring time(ms)是F-CPU监控F I/O模板的通讯时间，-一般也是系统自动分配的， 但可以按照系统实际配置进行修改。如需修改时，请参考s7fcotib.xls文件。该文件可以通过西 门子技术支持网站进行下载：图8安全型电源模板PM-D F PROFIsafe参数设置双击变频器模块ICU24F。首先是地址参数。这里的地址256是系统自动分配的，该地址在控制程序中要用到。输入、 输出地址应相同且为8的倍数。图9安全型变频器模板（ICU24F）的F地址图IolCU24F的参数其中safety unit表示是否启动安全功能。而ID号则是ICU24F的标识号，当CPU或者 ET200S站重启时，该ID将传送给ICU24F进行比较，因而当需要更换模板时，只有在一个 站内，或者两个站之间的ICU24F的ID号相同时，才可以互换。因而ID号实际上是提供了 更换模板的安全等级，避免了安全系统中无序更换模板的情况发生。然后将硬件保存编译。编译后在SlMATlCManager下，多出了几个打黄色标签的FB和DB块，这些都是编译后系 统生成的安全模块的参数块。3)程序编制打开SIMATlCManager,进行程序编制。由于ET200S FC需要一个专用功能块(FB100) 进行驱动，因而可以直接通过下面的链接地址从技术支持的网站上下载该Demo程序，将其 功能块拷贝至用户的项目中即可。http :SLWOrtaUtomatiO程序拷贝后，打开程序中的功能FCIOo在FClO中，调用了 ICU24F的驱动块FBlO0。其 中可以看到LADDR对应的地址参数应为硬件组态时系统为ICU24F分配的地址，这里是 256,在功能中采用的是十六进制的表示法(16«W#100) o该FCIO将在OBl中进行调用。图11 FClO中调用ICU24F的驱动块FBloo保存程序，退回到SIMATlCManager画面。选择CPU,在菜单中选择对故障安全程序进行编译。怒触值）t¾EE图12选择编译F程序此时将出现F程序的编译画面。图13 F程序编译选择如果项目是第一次进行编译，则首先需要建立F-Runtime group0选择该按钮，新建F运行 组。此时可以选择系统的F-CALL,以及调用哪个FB中的F程序，包括最大的F程序扫描 周期。实例中由于是拷贝的程序，不需要新建运行组。图14新建F运行组选择OK进行确认。然后选择“Compile”进行F程序的编译。图15 F程序的编译Excellence in«Automation & Drives: >CC.、SIEMENS编译成功后，仍然需要通过F程序编译器中的下载“Download”操作将F程序下载到F- CPU 中。图16下载F程序程序下载后，不会马上被执行，还需要在OB35中对F-CALL进行调用，然后CPU才能处 理F程序。FCl(CALL)|图17调用F-CALL将OB35下载到CPU中，至此，PLC程序编制完成。3 ET200SFC的调试我们使用Starter软件对ET200S FC ICU24F进行参数设置。当插入个新的驱动单元时，首先选择该设备的类型及接口：图18选择设备及接口由于在设备类型选项中没有F频的ICU24,因而选择标准的设备类型。版本依据实际硬件 的版本。如果是通过串LI进行对设备进行在线访问，可以选择USS地址，站号为。，槽号为即为硬件 组态中的槽号，实例中是2。当然，接口设置还可以选择PPI, Profibus或者以太网。而通过菜单中的OPtiOnS选项打开Set PG/PC Interface可以配置访问接口。首次配置时， 可能没有串Ll的接口选项，需要进行添加，选择“select”。第 19 Set PG/PC interfaceSelection:MOdUIeI 人!喝ICP1613：8glCP5511 (Plug&Play)= 40CP5512 (Plug&Play) _ CP5611 (Plug&Play) iICP5613CP5614 嵋 CP5613A2噂 CP5614A2 Vm<刮，一<-UneistaB在供选择的接口选项表中选中“PC COM-Port(USS)" t选择"Install”，将其添加到安装目录 中。InstallZRemove InterfacesInstalled:MOdUle A.S0CP5512。恰0 Ind Ethernet > Broadcom NeWreme 57> &S0 Ind. Ethernet -> Dell Wireless 1390 WLA.5fUd4waeUNortel IPSECSHM AdapU COMPo<t(USsj>PLC5W75j<"*"v< > Display modules ready for operation onlyPROFIBUSto-USS converter via PC serial interface (COM port)Close图20添加通讯接口然后选择该串口为访问点接口。图21设置通讯接口点击“属性”，可以设置串口的参数:冬I 22设置串口参数一般设备默认的串口速率是38400,当然，可以先通过“Read”读出所连接的设备的串口速 率。4 Safety的功能调试安全功能只能通过Starter在线状态（online）进行调试。1）首先选择菜单上的固按钮，将Starter在线连接到ET2OOS FC上。如果离线配置的数据 和在线的数据不一致，可以根据实际情况，进行上教（LoadtoPG）或者下载（DoWnIoad）° 在线后，选择Safety Integrated功能。-为 DriVeET200FC士 Insert single drive unit- ji ET2005_FC JCU24-( ET20059 Drive navigator Configuration+Setpoint Channel+Open-lpclosed-loop control-Functions> Shutdown functions> Brake control> Flying-restart> Free modules> Deceleration rampSafety Inteyated> > Automatic restart+Messages and mooring+Commissioning+Communication+Diagnostics图23在线配置安全功能2）双击打开配置页面。可以看到ET200S FC的安全功能，即“Safety StandSti11”，“Safety breaking ramp"和"Safety reduced speed, o图24 ET200S FC的安全功能3）设置安全功能，首先需要点击左下脚的“Change settings”按钮。同时可以看到，在Step7的硬件组态中设定的ID号也在这里进行显示。此时会同时弹出一个对话框，要求输入一个密码才能对安全参数进行修改，工厂默认值是: 12345o图26密码对话框4.1 Enables 界面在“Enables”设定页面可以设定安全功能的使能方式。1）首先是使能Pl,P2o安全功能为了防止错误，故需要将两个处理器（Pl, P2）进行使能。 这里的使能设置，与Stcp7硬件组态中的“Safely system activated”（图10）是一致 的。2）根据电源模板PM-D F的安全关断组（SG）的划分，Pl, P2可以选择激活“Safety Standstill"功能的SG,但只能选择SGISG5,因为SG 6被固定分配给了用于激活“Safety reduced speed,功能。4.2 Safety standstill 界面与故障安全相关的停车路径需要被检查，以便能够发现“隐匿的”故障。ET200S FC变频器 将自动检测其内部的关断路径，也就是强制检验过程。当“Safety standstill"被激活时，该功能 将自动启动。1)2)3)当选择“Activated”时，每当重新上电或者安全停车时，都要进行强制的检测，这将导 致2. 4s钟的延时。这个时间需要计算到每个“On”指令中。当选择“Deactivated” 时，该检测仅在每次安全停车被激活后进行，对于“On”指令不会有延时。该检测时间时间也是可以设定的。范围在0. 1到8760小时之间(即6分钟到1年)。每一 次检测结束后，该时钟将重启。在新版本的软件中，该功能又称为“Safe Torque Off (ST0)”。EM)IW Sete standsbl S&e twakhg racr Safe卜 redjeed SPCCd Twtof thesbUdow) chamds when leaving STOLwglSTOI Dedchvaled I_Deia Ihe pdt« enabte tho test of the " shutdown vh ON comandT PU»e enable ImmedkOlW Wih the ON ComnandTe period for 2kMdown path?T- 00- hPU统 enableSTO ocHvc-O-Shutdown petf½ teauietestingoC SMdyanCbon JZ (R<xx0>f1C SWwfunCtion 7 IPrOoeaQ 2)eocjwentO Safe stands setectdQSafe IUndttiIacbve ShXdom 网陋(Qjre te¢thgO S&e beaming fap activeSeldy reduced speed selectedO <educed speed actweRenuring lime UMIeXMy d IK h图 28 "Safety standstilln 页面设置4.3 "Safe braking ramp”界面在该界面中，需要设定安全抱闸的功能。1)首先是检测频率，即“Standstill”的起始速度。在这个速度以下启动“Slandstill” 功能。且这个频率是该功能专用的(StOPCategory 1)。注意该设定需要分别设置成 kHz以及HZ两种形式。设定范围：5.20 Hz (默认设定值：5Hz)。2) Ramp-down时间Tr是用于安全抱闸时的减速时间。当standstill指令到来时，将按照这 个时间进行减速，当时间结束时，电机的实际速度也要被检测。注意也是设定成“s”和“ms” 两种单位值。该时间一般需要参考驱动器内部的参考频率200Hzo这个时间也可以被用于检测 “安全降速的速度”。设定范围：0.1200 S (默认设定值：IOs)。3) Tv是指变频器监测”实际的抱闸过程”到“启动监视Standstill"的时间。如果这个时 间设定太小，则“Standstill”功能将被错误的触发，如果设定的时间太长，则如果真 正的故障发生时，不能及时的被检测到。因而该值需要根据负载进行调整。设定范围： 0.1000 ms (默认设定值：5ms)。4)在新版本的软件中，该功能又称为"SafeStopl (SS1)”。4.4 aSafety reduced speedw 界面与安全减速相关的参数在这里设置。1)当SG6激活时，变频器工作在“Setpoint”频率。注意设定均是在HZ与kHz两种单位 值。2)当安全减速功能被启动后，如果检测到的实际速度比“Upper tolerance limit”大，则 触发一个故障，进入安全状态(Safety standstill) o3)安全减速的响应。0=safety standstill ,StopO (pulse disable)l=safety standstill, Stopl (safety braking ramp and subsequent safe standstill) 4) 在新版本的软件中，该功能又称为“Safe Limited Speed (SLS)”。< >ACCea Settint Reject settings I Change password 图 30 "Safety reduced speed,页面设置全部设定结束后，选择“Accept settings ”保存所有设定。这时可能会弹出修改密码的界 面，重新修改密码后，处理器还需要进行CRC校验，输入校验码，点击“0K”，则安全参数设 定全部结束。图31 CRC校验保存项目后（最好通过load to PG,保证离线项目与在线项目是完全相同的），通过Step7 程序中对SG的控制，可以启动变频器相应的安全功能。Netvork 3 : Title：Comment：fet>ork 4：Title：Comment：“SG6'组32 Stcp7程序5其它信息1)基本的安全功能 “Safety Standsti 1,功能具有最高的优先级。 wSafety reduced speed,与"safe braking ramp,可以共存。 与安全相关的功能不能被非安全相关的功能所中断。2) Safety standstill 该功能将终止电机的运行，通过关断组(SGl-5)来实现。参数是p9603p9803.3) Safety braking ramp同样通过SG1-SG5来实现该功能。 先关断 SG6 (safety reduced speed)。 然后关断SG (通过p9603p9803设定延时16ms)。4) Safety reduced speed 该功能被固定分配给SG6o 该功能被激活时，如果实际速度大于设定速度“setpoint for safety reduced speed (p9690p9890),则速度降到设定速度，否则将保存原速度并不再改变。5)所有安全功能均已得到EN954-1 CategoryS和IEC61508 SIL2的安全等级认证。