超详细！ | TIA Portal 中 SINAMICS 驱动集成的完整指南

剑指工控星期一, 03/28/2022 - 13:26 发表

在本教程中，我为您提供了在 TIA Portal 项目中集成 SINAMICS 驱动器的完整分步指南，包括如何在 Startdrive 中调试 SINAMICS 驱动器的标准和安全功能，如何在您的 TIA Portal 项目中集成和控制 SINAMICS 驱动器使用标准报文和块，以及如何在 WinCC HMI 应用程序中控制和可视化 SINAMICS 驱动器的状态。

驱动控制是工业自动化中最常见的控制形式之一。根据您使用的 PLC 制造商、驱动器制造商和技术的复杂程度，您将驱动器集成到 PLC 项目和控制驱动器的方法会有所不同。

在这篇文章中，我将为您提供完整的分步指南，以在 TIA Portal 中集成、调试和控制 SINAMICS 驱动器。在接下来的部分中，我们将介绍；

· 如何使用在线检测将 SINAMICS 驱动添加到 TIA Portal 项目

· 如何设置和调试 SINAMICS G120C 驱动

· 如何使用 SINAMIC G120C 驱动器设置本地安全

· 如何使用 S7-1500 PLC 控制驱动器

· 如何在 HMI 上可视化驱动器的控制和状态

正如您可能已经收集到的，这将是一个很长的帖子。如果您还没有，我建议您煮一杯好咖啡，将手机调成静音，然后在继续之前启动 TIA Portal。

关于 SINAMICS 驱动产品组合的注意事项

SINAMICS 驱动器系列概览

在这篇文章中，我们将重点介绍 SINAMICS G120C 驱动器的集成、调试和控制。该驱动器是西门子可扩展的连续运动驱动器系列的一部分，如上所示。

正如您从图片中看到的那样，此范围内的所有驱动器（不包括 V20 Basic 驱动器）都是在 TIA Portal 中使用 Startdrive 包进行设计的。这意味着今天所涵盖的材料专门针对 G120C 产品系列，但也与更高端的驱动器相关，包括 G120P、G120、G120D 和 S120 SINAMICS 驱动器。

系统总览

在本教程中，我们会将 SINAMICS G120C 驱动器、S7-1500 PLC 和 WinCC Unified Comfort HMI 面板集成到 TIA Portal 项目中。所有这些设备都将在 Profinet 网络上相互通信。

使用 G120C 驱动器的本地安全接口提供应用程序的安全性。使用此安全接口，紧急停止可直接连接到 G120C 驱动器的端子，无需中间安全继电器。紧急停止连接用于激活驱动器的安全转矩关闭 (STO) 功能。激活 STO 后，驱动器将惯性停止并保持安全状态，直到禁用紧急停止。

关于 Profinet 的 SINAMICS 驱动控制的说明

在本应用示例中，我们将通过 Profinet 控制 SINAMICS G120C 驱动器。这意味着驱动器和 PLC 通过工业以太网交换报文。

SINAMICS 驱动支持各种标准报文，用于与 PLC 进行数据交换。在本例中，我们将使用 Telegram 1 在 PLC 和驱动器之间交换数据。使用 Telegram 1，PLC 和驱动器之间交换两个字的数据。具体来说，PLC 向驱动器发送包含驱动器控制字和设定速度的电报，驱动器向 PLC 发送包含驱动器状态字和实际速度的电报。

将 SINAMICS 驱动器集成到 TIA Portal 项目中时，您可以深入了解文档，将控制字和状态字分开，并设计您自己的应用程序代码来控制驱动器。

将 SINAMICS 驱动器集成到 TIA Portal 项目中的一种更简单且更值得推荐的方法是使用西门子开发并包含在 TIA Portal 中的软件块来控制驱动器。通过使用这个块，我们可以跳过理解驱动器和 PLC 之间交换的报文以及工程软件块来控制和解释驱动器状态的过程的艰苦工作。

正如您可能已经猜到的那样，我们将在本教程中关注后一种方法。稍后，您将看到如何使用 SinaSpeed 软件块来控制 G120C 驱动器。我坚信做尽可能少的工作来达到预期的结果，并且使用现成的块进行驱动控制绝对算作尽可能少的工作。

如果您决定设计自己的解决方案，那么本教程的控制部分与您无关，但您仍可以从本教程中有关驱动器集成、调试和安全调试的部分中获得一些价值。

现在，让我们打开 TIA Portal 并深入了解其中的好东西。

分步应用示例

将驱动器上传到项目

启动 TIA Portal 并创建一个新项目。

在这个项目中，我们要添加我们将在这个应用示例中控制的 G120C 驱动器。我们可以通过在硬件目录中浏览正确的部件号来做到这一点，但如果我们与驱动器位于同一以太网网络上，将驱动器上传到项目通常会更快、更容易。

要将驱动器上传到 TIA Portal 项目中，我们首先需要搜索它。要搜索在线可用的设备，请展开 Project Explorer 的在线访问选项卡。在这里，您可以选择正确的网络适配器，然后单击更新可访问设备。TIA Portal 检查此网络适配器上的可访问设备，并列出它在网络适配器下找到的设备。

更新可访问设备

如果驱动器可通过此网络适配器访问，您将在网络适配器下方看到它。

您可以展开驱动器并双击“在线和诊断”以在线查看驱动器的诊断信息。“Diagnostics general”页面提供了驱动器中重要数据的快照。在此页面上，您可以查看驱动器的类型、部件号、重要特性和固件版本。

一般诊断

您可以将可在线访问的设备直接上传到您的 TIA Portal 项目中。作为上传过程的一部分，驱动器的所有详细信息和参数都会被上传。

要上传可访问的设备，请在在线访问树中选择设备，然后单击在线 > 将设备上传为新站（硬件和软件）

将设备上传为新站

上传完成后，切换到设备和网络编辑器，您将看到驱动器已添加到项目中。

站已上传

将 PLC 上传到项目

接下来，我们要将 PLC 添加到我们的项目中。再一次，我们可以使用硬件目录将其添加到项目中，或者我们可以从可访问的设备上传 PLC 数据。为了节省一些时间，我们会做后者。

从可访问设备上载 PLC 与上载站稍有不同。要从可访问设备上传 PLC，我们首先需要将通用 PLC 添加到我们的 TIA Portal 项目中。这有效地为您的硬件配置中的 PLC 创建了一个占位符空间。

要将通用 PLC 添加到项目中，请双击项目树中的“添加新设备”。在添加新设备对话框中向下滚动到“未指定的 CPU 1500”，选择通用 PLC 目录号并单击确定。还有一个可用于 S7-1200 系统的通用 PLC。

将通用 PLC 添加到项目

未指定的 PLC 被添加到项目中。您可以使用硬件目录将此 PLC 转换为特定的 PLC，或单击“检测”从可访问的设备上传 PLC 数据。

单击“检测”以打开“硬件检测”对话框。

检测连接的 PLC 的配置

硬件检测对话框打开。从这里，您可以单击“开始搜索”以更新可访问设备的列表。搜索完成后，可以选择要上传的PLC，点击“检测”，将PLC数据上传到项目中，替换未指定的CPU。

从在线设备上传 PLC 数据

上传后，未指定的 PLC 被来自在线设备的数据替换，在本例中为 1513F-1 PN PLC。如果我们在机架中有电源或 I/O 模块，那么这些也会被上传。

上传的 PLC 数据

将 HMI 添加到项目

接下来，我将在项目中添加一个 HMI。我从一个库项目中导入这个 HMI，因为这篇文章的重点不是开发一个 HMI 应用程序。正如您稍后将看到的，这是一个非常简单的 HMI 应用程序，它从 G120C 驱动器读取基本数据，并允许用户启动、停止、重置和设置驱动器的速度。

将 HMI 添加到项目

配置 Profinet 网络

将所有设备添加到项目中后，我们可以配置 Profinet 网络。我们在设备和网络编辑器中执行此操作。

在设备和网络编辑器中，激活网络视图并通过从 PLC 上的 Profinet 端口拖放到驱动器上的 Profinet 端口来创建驱动器和 PLC 之间的连接。释放后，您会看到在两个设备之间添加了网络连接，并且驱动器现在是 PLC_1 的从站。

在 PLC 和驱动器之间创建网络连接

对于 HMI，我们希望将 HMI 连接到 PLC 的子网，并在 PLC 和 HMI 之间创建 HMI 连接。TIA Portal 允许我们通过一个操作来创建这两种连接。

要在 PLC 和 HMI 之间创建 HMI 连接，请通过单击连接激活连接工具，并确保在连接类型下拉列表中选择了 HMI 连接。支持 HMI 连接的设备以蓝色显示。

要在 PLC 和 HMI 之间创建 HMI 连接，请从 PLC 拖放到 HMI。当您松开鼠标时，系统会提示您也将 HMI 连接到 PLC 的子网。点击子网名称，将 HMI 添加到子网中。

创建 HMI 和子网连接

现在，我们的 Profinet 网络已完全配置完毕。

配置的 Profinet 网络

配置 Profinet 网络后，将硬件配置下载到 PLC。如果之前点亮，驱动器上的总线故障 (BF) 灯现在应该熄灭，表示驱动器已连接到其 Profinet 主站。

使用 Startdrive 调试驱动器

配置好硬件和 Profinet 网络后，我们可以使用直接集成到 TIA Portal 中的西门子驱动配置工具 Startdrive 开始调试 G120C 驱动。

要启动 Startdrive，在 Project Explorer 中展开驱动器并双击“调试”。

启动 Startdrive

在本应用示例中，我们将离线调试驱动器并将更新的参数下载到驱动器。您也可以在线调试驱动器。在这种情况下，您必须从驱动器上传更新的参数，才能在您的 TIA Portal 项目中获得最新的驱动器参数。

为了便于调试，Startdrive 具有内置的调试向导。通过单击 Startdrive 树中的“调试向导”节点启动它。

应用类

调试向导启动，我们看到的第一步是指定我们正在使用驱动器的应用程序的应用程序类。两个应用程序类是标准和动态。如果您不确定哪个应用程序类对您的项目是正确的，可以使用一些有用的帮助文本来描述什么是标准和动态应用程序。

由于我们使用此驱动器来控制连续输送机，因此我们将保留默认选择标准应用程序类别。在后台，这会为驱动器设置大量参数。选择应用程序类后，单击下一步。

如果您想要更精细地控制驱动器的参数，您还可以切换到专家模式并绕过调试向导。

设定点规范

在下一个屏幕中，我们指定驱动器斜坡的生成位置。

底部选项用于具有独立驱动器的应用程序。在这种情况下，在驱动器中生成斜坡，并通过其模拟输入将设定值传送到驱动器。

中间选项最常用，其中斜坡在驱动器中生成，设定值通过 Profinet 网络传输到驱动器。

当您想在 PLC 中生成斜坡时，使用顶部选项。这适用于使用具有技术功能的高级控制器的应用程序。

对于我们的输送机控制应用程序，我们将在驱动器中保留斜坡生成的默认选择，并通过 Profinet 网络来自控制器的设定值。指定设定点源后，单击下一步。

设定点规范

设定点/命令源

在下一个屏幕中，系统会提示我们指定设定点和命令的来源。由于我们通过 Profinet 控制驱动器，因此默认选项“[7] 具有数据集转换的现场总线”是正确的。

在屏幕底部，另一个下拉列表允许您指定驱动器和 PLC 之间交换的报文类型。我们将用于控制驱动器的块 SinaSpeed 旨在与 Telegram 1 一起使用，因此我们将在此下拉列表中保留默认选择。其他电报可用，其中包含有关电流、扭矩和功率等驱动特性的更多数据。

选择这些选项后，单击下一步。

选择设定点来源和电报类型

驱动器设置

在下一个屏幕上，您可以指定驱动器的设置。在这里，您可以指定被控制的电机类型和驱动器的电源电压。

填写完这些设置后，单击下一步。

驱动器设置

驱动器选项

在下一个屏幕上，您可以指定设置中包含的任何可选附件。具体来说，您可以指定是否使用制动电阻器以及所使用的制动电阻器的尺寸。您还可以指定是否在驱动器和电机之间使用过滤器。指定滤波器的使用很重要，因为当驱动器进行电机识别时，滤波器会增加额外的电感。

指定驱动器选项后，单击下一步。

驱动器选项

电机详情

在下一个屏幕上，您提供连接到驱动器的电机的详细信息。如果您有一个完整的 Siemens 传动系统（即一个 SIMATIC 驱动器和一个 SIMOTIC 电机），那么您可以从目录列表中选择您的电机。

为此，单击“电机配置”下拉菜单中的“从订货号列表中选择”。

从订单号列表中选择

现在，您可以从 SIMOTIC 电机列表中选择正确的电机。选择正确的电机后，选择连接类型和使用的温度传感器类型。完成电机详细信息后，单击下一步。

电机详情

当然，如果您不使用 SIMOTIC 电机，您也可以手动输入电机铭牌中的所有信息。

电机抱闸详细信息

在下一个屏幕上，您可以指定是否使用电机抱闸。在这个应用程序中，我没有使用刹车。如果我使用制动器，G120C 驱动器支持使用数字输出的顺序控制。通过顺序控制，电机在抱闸释放之前被磁化，以防止系统下垂。

确定电机抱闸详细信息后，单击下一步。

电机抱闸详细信息

重要参数

在下一个屏幕上，您有机会为应用程序设置一些重要参数，例如速度和斜坡时间。当前限制是自动计算的，但您可以根据需要将其修改为自定义值。

设置重要的应用程序参数

驱动功能

最后，您可以指定驱动器控制的负载类型。在我们的应用程序中，驱动器控制传送带，我们正在处理恒定的线性负载，因此我们可以在此处选择默认选项。

在负载特性之下，我们可以选择进行电机识别。变频器识别电机时，会向电机发出特定频率和电压的高频脉冲，建立电机模型，并根据该模型在驱动器中设置一些参数。我还建议在调试新电机时进行电机识别。

选择在静止时进行电机识别，然后单击下一步。

驱动功能

在 Startdrive 调试向导的最后一个屏幕中，您可以看到所有已选择选项的摘要。我建议您滚动浏览此摘要，以确保您选择的所有内容都是正确的。满意后，单击“完成”关闭向导。

调试向导摘要

下载到设备

由于我们已经对驱动进行了离线调试，所以需要将参数下载到驱动中。在项目树中选择驱动器后，单击下载图标并将参数下载到驱动器。

下载参数到驱动器

出现提示时，请记住将参数保存到驱动器的非易失性 EEPROM 存储器中。

将参数保存到 EEPROM

在这个阶段，我们的驱动器已投入使用，不包括集成安全部件。在进行安全调试之前，让我们通过使用 TIA Portal 中的集成控制面板来运行电机来检查一切是否按预期工作。

使用集成控制面板运行

要使用 TIA Portal 中的集成驱动控制面板，我需要使用驱动联机。在线后，您可以通过单击 Startdrive 树中的“控制面板”来打开控制面板。

要启用驱动器的手动控制，您必须激活 Master Control。您可以通过单击“主控制”部分下的“激活”按钮来执行此操作。

激活主控

仔细阅读弹出的警告，点击接受激活主控。

接受主控警告

激活控制面板后，我们可以看到电机测量处于活动状态。这意味着下次我们尝试运行驱动器时，电机测量将在静止状态下进行。

电机测量警告

单击前进按钮开始电机测量过程。控制面板更新以指示电机测量正在进行中，我可以听到驱动器发出高频噪音。

进行中的固定测量

测量完成后，驱动器切换到关闭状态。

现在，我们可以从控制面板手动运行驱动器。为此，通过单击“驱动器启用”下的“设置”启用驱动器。启用驱动器后，您可以在 Speed number 输入中设置速度，然后单击 Forward 以运行电机。

手动运行驱动器

在这个阶段，电机应该在转动。通过这个简单的测试，我们已经确认驱动器已经成功调试。

满意后，使用停止按钮停止电机并使用停用按钮停用主控制。

现在我们确定驱动器调试成功，我们可以继续调试驱动器的集成安全功能。

综合安全调试

要启动驱动的集成安全调试，请在项目树中打开驱动的参数节点。在此处单击 Safety Integrated 屏幕上的“Start Safety Integrated 调试”。

启动安全集成调试

开始调试驱动器的安全功能后，系统会提示您输入驱动器的默认密码并设置一个更安全的新密码。输入驱动器的默认密码 0，如果您愿意，还可以设置一个新密码。

输入默认密码后，我将通过单击“确定”跳过设置新密码。显然，对于将在生产系统中使用的驱动器，不建议这样做，因为这意味着任何人都可以修改驱动器的安全功能。

输入并更新驱动器的安全密码

调试驱动器安全的第一步是激活安全功能。在“选择安全功能”下拉列表中，选择要在驱动器中启用的安全功能。

对于 G120C 驱动器，唯一可用的选项是“基本功能”。对于更高端的驱动器，还提供扩展的安全功能。

选择安全功能

激活安全功能后，会出现一些附加按钮。为了调试驱动器的安全功能，我们希望按顺序访问这些按钮链接到的屏幕。

单击“控制类型/安全集成功能”开始。

用于安全调试的附加按钮

控制类型选项指示驱动器从何处获取 STO 信号。此处的选项来自硬接线急停情况下的端子、由故障安全 PLC 控制时通过 Profisafe 或两者的组合。

在本例中，STO 输入将来自一个急停，该急停通过硬接线连接到驱动器的 STO 端子。因此，我将控制类型选项保留为“通过终端”。

控制类型是通过终端

您还可以单击 STO 按钮查看 STO 功能背后的逻辑，并选择一个数字输出以在 STO 激活时打开。当本地安全状况不佳时，这对于激活信标或蜂鸣器可能很有用。

STO 逻辑和 STO 有源输出

下一个要访问的屏幕是“Test stop”屏幕。在此屏幕中，您可以指定驱动器测试停止之间允许的时间量。在测试停止中，您可以激活和停用驱动器的 STO 功能，以验证安全电路是否正常工作。驱动器测试停止之间允许的时间是您对驱动器进行的风险评估的结果。

这段时间过去后，驱动器将发出警告，指示需要进行测试停止。当此警告激活时，驱动器将继续运行，但驱动器上会出现警报。需要测试停止来清除警报。

同样，您可以在需要测试停止时激活驱动器上的数字输出。

测试停止时间

在下一个屏幕 F-DI / F-DO / PROFIsafe 上，您可以配置一些与驱动器安全输入相关的设置，例如输入通道之间的差异时间和过滤时间。通常，您不需要从默认值修改这些值。

F-DI 输入设置

至此驱动器的安全调试结束。单击“End Safety Integrated 调试”完成设置。

终端安全集成调试

出现提示时，通过将安全设置从 RAM 复制到 ROM 来激活安全设置。

激活安全设置

激活安全设置后，您会注意到驱动器在项目树中显示为故障。那是因为有一个警告激活，我们必须执行安全验收测试。您可以在SINAMICS Safety Integrated 手册中了解如何进行正确的安全验收测试。

现在安全调试已经完成，让我们在集成控制面板中测试到目前为止我们所做的工作。

集成控制面板中的测试安全调试

回到集成控制面板，我们看到驱动器出现故障，故障原因是需要进行验收测试。单击“确认故障”以清除故障。

确认故障

清除故障后，通过集成控制面板运行驱动器并按下硬线急停。驱动器将惯性停止，表明驱动器的 STO 功能已正确调试。

我们的安全调试现在在驱动器中在线完成。为确保我们对驱动器的最新参数进行离线备份，请单击上传并将驱动器的数据上传到 TIA Portal 项目。

在这个阶段，我们完成了驱动器的标准调试和安全调试。完成驱动器调试后，我们可以专注于将驱动器与 PLC 集成以通过 Profinet 控制驱动器。

上传驱动参数

驱动器的 PLC 控制

程序传送带速度控制

在 PLC 中，我将创建一个新功能块来封装传送带的控制，称为传送带速度控制。

添加一个名为 Conveyor Speed Control 的新块

在此块中，我们将创建对与驱动器接口的块的调用。该块称为 SinaSpeed，是西门子为 SINAMICS 驱动器的速度控制应用开发的标准块。通过从 Optional Packages > SINAMICS > SinaSpeed 下的 Instructions 窗格中拖放块来创建对块的调用。

创建对 SinaSpeed 的调用

在“呼叫选项”对话框中，选择为呼叫创建多实例数据库。

创建多实例数据库

让我们在标记它的同时看看这个块的引脚。

EnableAxis引脚用作驱动器的启动/停止控制。当此引脚为高电平时，电机将运行，当此引脚为低电平时，电机将停止。

AckError引脚用于确认和复位驱动器中的故障。

SpeedSp引脚是我们希望驱动器运行的速度，以 RPM 为单位。

我们现在将跳过RefSpeed引脚，并在我们完成其他引脚的参数化后回到它。

ConfigAxis是一个字，其各个位可用于更改驱动器的行为。例如，您可以使用 ConfigAxis 字激活驱动器中的惯性停车功能、快速停止功能或反转电机方向。

HWDSTW和HWDZTW引脚是硬件标识符，它们是硬件配置中硬件的唯一系统生成标识符。尽管块接口有两个硬件标识符的空间，但它们都具有相同的值，因此我们可以将相同的标签连接到两个引脚。

AxisEnabled引脚实际上是一个驱动器运行信号。该引脚在电机运行时为 True，在电机停止时为 False。

Lockout pin 表示驱动器无法运行。这可能是因为 STO 功能已激活或驱动器出现故障。

ActVelocity引脚指示驱动器运行的实际速度，以 RPM 为单位测量。

最后，我们有用于错误、状态和诊断的标准引脚。

在功能块中，我将不存在的标签连接到 SinaSpeed 块的接口。您可以看到标签不存在，因为它们都有红色的错误下划线。我可以继续在块界面中一一定义这些标签，或者为了尽可能高效，我可以批量定义这些标签。为此，请右键单击网络并单击“定义标签...”

定义标签

在“定义标签”对话框中，定义应定义标签的界面部分。在这种情况下，功能块调用左侧的所有标签都应定义为Local In，功能块调用右侧的所有标签都应定义为Local Out。接下来，我们可以在数据类型列中定义所有标签的数据类型。最后，我们可以为每个标签添加注释。由于这是一个演示，我不会添加评论。显然，清楚地注释生产系统中的所有标签是一种很好的做法。添加这些详细信息后，单击“定义”以定义列表中的标签。

批量定义标签

现在所有标签都已定义并且没有错误。

我们必须参数化的最后一个引脚是 RefSpeed 引脚。在内部，驱动器以设定值速度的百分比形式传输其实际速度。当 PLC 接收到该百分比时，它会使用 RefSpeed 值将该百分比解码回 RPM 值。因此，连接到 RefSpeed 引脚的值是一个常数，已在 Startdrive 调试向导重要参数步骤中定义。驱动器参考速度的默认值为 1500 RPM，我知道我没有更改它，所以我将值 1500 硬编码到 RefSpeed 引脚。

参考速度引脚

呼叫输送机速度控制

在主 OB 中，使用单个背景 DB 创建对传送带速度控制的调用。

要为 PLC 和 HMI 之间的接口信号提供一个存储位置，还要创建一个名为 HMI Interface 的 DB。

在这个 DB 中，我添加了用于参数化 Conveyor Speed Control 块的标签。创建这些标签后，我可以将它们从 DB 拖放到 Conveyor Speed Control 块的界面，以参数化块调用。

拖放参数

最细心的人会注意到 SpeedSP 输入参数是 Real 类型，但我们在 HMI 接口 DB 中使用的是整数类型的标签。这是因为在 HMI 上我会使用一个滑块来设置驱动器的速度，它只支持整数数据类型。好消息是，由于整数可以安全地转换为 Real，TIA Portal 将隐式执行此转换。您可以看到 TIA Portal 正在对参数进行隐式转换，因为引脚上有一个灰色的小框，表示正在进行转换。