曲轴平衡机S120驱动系统报文通讯分析

曲轴平衡机 S120驱动系统报文通讯分析

周文海 熊练

上汽通用汽车有限公司武汉分公司 湖北武汉 430200

摘 要

曲轴平衡机上的S120驱动系统采用西门子370#标准报文来与电源模块通讯，采用自由报文与CU320以及驱动器通讯。通过对曲轴平衡机S120驱动系统与PLC系统的报文通讯具体分析，来分析报文通讯的应用方法，并在现有报文基础上修正报文BICO互连缺陷及对应的PLC程序，使设备功能更加合理。

关键词：S120驱动系统；报文通讯；控制字；状态字；

引 言

西门子SINAMICS驱动系统是当前在机械加工设备上应用极为广泛的变频器系统，SINAMICS系列中的SINAMICS S120 是集V/F 控制、矢量控制、伺服控制为一体的多轴驱动系统。要实现PLC控制S120驱动系统实现控制功能必须与其实现通讯， PLC与S120系统通过通讯协议（报文）来实现数据传输。

本文主要从2个方面进行分析S120报文通讯在曲轴平衡机上的实际应用及改进：

1. S120报文通讯介绍：标准报文和自由报文规则；

2. 曲轴平衡机S120系统报文通讯应用分析及现有报文通讯缺陷问题改进优化分析。

1 S120系统报文通讯方式介绍

设备要实现相应的功能，必须有控制器（PLC）发出相应的指令，S120的控制模块（CU）接收到指令后控制电源模块和电机模块执行对应的运动控制，如电机启动、旋转等。设备常借助于PROFIBUS-DP来实现SIMATIC S7-300 与SINAMICS S120之间的数据交换，用S7-300来控制S120的运转及读写所需的参数。S7-300 与SINAMICS S120交换的数据字的数量及各字的含义。根据不同的应用来选择相应的报文（此处的报文是指通讯过程中的通讯协议）。

S120 中的报文结构分为三类：

1、标准报文（1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、20#报文）

标准报文是根据Profidrive规范制定的常规报文，当选择标准报文时，内部的过程参数会自动链接。选择报文在参数P0922中设定，或者在组态驱动时选择。控制字和状态字已经规定好具体意义，一般直接给定相应的速度/矢量/伺服控制量即可。例如：1#报文，速度控制（2个字），控制字仅包括一个字的控制字（STW1）与一个字的速度给定（NSOLL_A）；状态字仅包括一个状态字（ZSW1）与一个速度反馈（NIST_A）。

2、Siemens 报文（102#、103#、105#、106#、110#、116#、352#、370#、390#、391#）

西门子标准报文，是西门子推荐的常用报文，规定了报文每一位对应的参数，使用时只需根据功能选用相应的报文，按照报文每一位的含义进行控制即可快速实现复杂的控制功能。例如370#报文是针对整流单元ALM与SLM、BLM模块的控制报文，370#报文只有一个控制字和一个状态字，对应功能位的意义已经规定好，只需要在相应位写入/读取即可实现对电源模块的控制和监控，如在控制字第7位是故障复位信号，只有在控制字第一位输入1即可对电源模块故障进行复位。

3、自由报文（999#报文）

999#报文是一种自由的报文，在选择此报文结构后，驱动器中所有的功能需要手动去链接。相比之下，999#报文为用户提供了一个灵活、开放的结构。

2 曲轴平衡机S120驱动系统报文通讯

2.1 平衡机结构及所用报文

申克曲轴平衡机是S7-300控制S120驱动应用的典型案例，平衡机主要包括CAB950动平衡测量系统、S7-300PLC控制系统及S120驱动系统组成。在PLC 硬件组态中，3个S120驱动系统的PROFIBUS-DP地址分别为6、7、8。本文以（6）SINAMICS_S120_7402U为例详细分析S7-30PLC与S120之间的报文通讯。

图2-1 曲轴平衡机PLC硬件组态

在PLC硬件组态中，为SINAMICS_S120_7402U配置了3个报文（如图3-3所示），分别是ALM电源模块控制的SIEMENS telegram 370（PZD-1/1），Drillmotor钻孔电机控制的User-defined自由报文（12/12字）,CU_S_7402U控制模块通讯报文User-defined自由报文（2/2字）。

2.2 Infeeds电源模块报文370#

SIEMENS telegram 370报文是ALM模块控制标准报文，西门子已经定义好了每一位的含义，PLC发给S120的控制数据称为控制字，PLC从S120中读取到的数据称为状态字，用户只需根据所以向对应地址写入控制字或去对应地址读取状态字即可。

Network 1:

CALL SFC 14 ；SFC14读取状态字

LADDR :=#LADDR ；I/O地址：256

RET_VAL:=#Ret_Val_1

RECORD :="DB_S120_Einspeis".Receive_Data ；存放数据起始地址DB114.DBX0.0

……

Network 15：

CALL SFC 15 ；SFC15将控制字写入S120

LADDR :=#LADDR ；I/O地址：256

RECORD :="DB_S120_Einspeis".Send_Data ；存放数据起始地址DB114.DBX2.0

RET_VAL:=#Ret_Val_2

2.3 CU320控制模块自由报文

在平衡机的CU320采用2个字的BICO互联自由报文控制，自由报文控制信号是机床厂商根据实际控制需要进行自由设定，在这里只需要给CU320模块输入2个量：故障复位和电源模块准备好，读取CU320模块3个输出状态：准备好（Ready）信号、故障信号和警告信号。

平衡机PLC程序中在FC31中调用FC33来控制CU320，在FC33中，也是采取周期性读写方式进行数据传输，因此也是借助SFC14和SFC15来读数据进行读写。其用法和前面的370#报文读写完全一致。

2.4 自由报文优化

在FC33中只用到了5个点，分别是DB111.DBX1.1、DB111.DBX1.3、DB111.DBX1.6、DB111.DBX5.7、DB11.DBX6.0。对比STARTER软件里面报文控制字和FC33的PLC逻辑控制程序，发现DB111.DBX1.1在BICO互连里面并没有定义：对应状态字PZD1的第1位，实际状态字PZD1[1]并无BICO到其他信号上，直接设置为0，也就是对应FC33的Network 5是没有意义的。而且在FC33中，Network 5和Network 6均为输出Fault present局部变量，可知程序存在问题。实际应该是需要Network 5输出Alarm present局部变量，这样才能读取到CU320预警信号。

根据以上分析可以在现有程序基础上对FC33块的Network 5程序逻辑和CU320自由报文BICO互连进行修改，即可实现读取CU320 的Alarm present状态。

1）FC33 Network 5逻辑程序修改

Network 5: Alarm present

A DB111.DBX 1.1

= #CU_alarm_present ；局部输出变量，输出当前预警

沿用DB111.DBX1.1对应的PZD1[1]位作为读取CU320 Alarm present的接口点，重新在BICO互连里面将该位设定为CU_S_7402U:r2139:Bit7即可。当然可以选用其他的接口地址，任意BICO到CU_S_7402U:r2139:Bit7，在PLC程序中去读取对应接口地址的DB地址也一样能够实现该功能。这就是自由报文的精髓，可以任意的根据需要配置接口信号和地址。

图2-2 BICO连接PZD1.1为Alarm present

结 论

通过对曲轴平衡机S120驱动系统报文通讯的实例分析可以看出，自由报文完全由用户来进行配置：数据长度、数据内容，基于BICO互连技术可以十分方便的配置报文内容，根据需要进行灵活应用，也深受用户喜爱，应用及其广泛。

参考文献：

[1] 西门子S120 入门指南手册

[2] S120通过111报文实现基本定位功能

[3]西门子SINAMICS S120调试手册

[4] PLC读取S120双字参数的多种技术实现方式

[5]S120组态及与S7-300通讯范例

[6] 刘华波，何文雪，王雪.西门子S7-300/400PLC编程与应用,北京：机械工业出版社，2009.10