西门子CPU1511C-1PN

6ES7511-1CK01-0AB0 SIMATIC S7-1500 COMPACT CPU CPU 1511C-1PN, CENTRAL PROCESSING UNIT WITH WORKING MEMORY 175 KB FOR PROGRAM AND 1 MB FOR DATA, 16 DIGITAL INPUTS, 16 DIGITAL OUTPUTS, 5 ANALOG INPUTS, 2 ANALOG OUTPUTS, 6 HIGH SPEED COUNTERS, 4 HIGH SPEED OUTPUTS FOR PTO/PWM/FREQUENCY OUTPUT 1. INTERFACE: PROFINET IRT WITH 2 PORT SWITCH, 60 NS BIT-PERFORMANCE, INCL. FRONT CONNECTOR PUSH-IN, SIMATIC MEMORY CARD NECESSARY

• • 应用

    CPU 1511C-1 PN 是入门级 CPU，用于非连续生产技术中对处理速度和响应速度要求不高的应用。

    CPU 1511C-1 PN 具有 5 点模拟量输入；通过这些输入，可以获得压力或温度等模拟过程信号。其中 4 点个输入可用于电流或电压测量，1 点输入可用于电阻测量。
    CPU 上的集成模拟量输出将 16 位数字值转换为电流或电压并输出到过程。例如，它们适合控制比例阀。
    借助于 16 点集成式数字量输入，可在控制器上直接记录来自设备的 24 V DC 信号。
    16 点集成式数字量输出可以切换 24 V DC 电压，从而将内部信号从控制器传送到设备。
    集成的计数器可记录速度高达 100 kHz 的信号并直接在控制器中分析计数器状态或当前速度，无需使用附加模块。速度可以频率或周期的形式输出，或以用户归一化速度的形式输出。
    CPU 的运动控制功能可将计数器用作实际位置值，将模拟量输出用作速度设定值输出。4 – 100 kHz 输出可用于：

    • 直接控制步进电机
    • 输出频率

    或通过 PWM 功能进行控制：

    • 直接控制阀门或
    • 通过数字方式发送模拟信号

    另外，CPU 通过易组态的块提供全面控制功能，以及通过标准化 PLC-open 块 提供连接至驱动器的能力。

    CPU 1511C-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系统（PROFINET 智能设备）。集成式 PROFINET IO IRT 接口设计为双端口交换机以便在系统中设立总线型拓扑。

    

    1．控制系统原理和接线图

    下图是本例中所使用的原理和接线图。

    
    图1:控制系统原理和接线图

    
    2．硬件需求
    S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
    1）S7-1211C CPU。
    2）S7-1212C CPU。
    3）S7-1214C CPU。
    这三种类型的CPU都可以使用USS通信协议通过通信模块CM1241 RS485来实现S7-1200与G120变频器的通信。

    本例中使用的PLC硬件为：
    1）PM1207电源 ( 6EP1 332-1SH71 )
    2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
    3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
    4) 模拟器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

    本例中使用的G120变频器硬件为：
    1） SINAMICS G120 PM240 （6SL3244-0BA20-1BA0）
    2） SINAMICS G120 CU240S（6SL3224-0BE13⁻⁷UA0）
    3） SIEMENS MOTOR (1LA7060-4AB10)
    4） 操作面板 ( XAU221-001469)
    5） USS 通信电缆 ( 6XV1830-0EH10)

    
    3．软件需求

    1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

    
    4．组态

    我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和G120变频器的USS通信。

    4. 1 PLC 硬件组态

    *在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图1所示。

    
    图2： 新建S7 1200项目

    在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模块CM1241 RS485模块，如图2所示。

    
    
    图3： S7 1200硬件配置

    在CPU的属性中，设置以太网的IP地址，建立PG与PLC的连接，如下图所示。

    
    图4： S7 1200 IP地址的设置西门子CPU1511C-1PN

    4. 2 G120参数设置

    变频器的参数设置如下表所示。

    序号	功能	参数	设定值
    1	工厂设置复位	P0010	30
    2	工厂设置复位	P970	1
    3	*启动设置	P0010	1
    4	电机额定电压	P0304	380V
    5	电机额定功率	P0307	5.5KW
    6	电机额定频率	P0310	50Hz
    7	电机额定转速	P0311	1350r/min
    8	USS命令源	P0700	5
    9	频率设定源	P01000	5
    10	较小电机频率	P1080	0.0Hz
    11	较大电机频率	P1081	50.0Hz
    12	启动斜坡时间	P1120	10.0S
    13	延迟斜坡时间	P1121	10.0S
    14	结束*启动设置	P3900	1
    15	激活模式	P0003	3
    16	参考频率	P2000	50.0Hz
    17	USS数据传输速度	P2010	9
    18	USS从站地址	P2011	1
    19	USS PZD长度	P2012	2
    20	USS PKW长度	P2013	4
    21	通信监控	P2014	0
    22	在E2PROM 保存数据	P0971	1
    23	激活模式	P0003	3
    24	激活参数模式	P0010	30
    25	从G120中传输参数到BOP	P0802	1

    表1 ：G120变频器的参数设置

    注意：表1中的17，18，19，20 这四项参数值的设置必须使PLC的参数值与变频器的参数值相一致。而19，20这两个参数值必须设置成如表1中的值，否则有可能变频器与S7-1200通信有如下问题：可能不能读出从变频器反馈回来的参数值。

    
    5．USS通信原理与编程的实现

    5. 1 S7 1200 PLC与G120 通过USS通信的基本原理

    S7 1200提供了*的USS库进行USS通信，如下图所示：

    
    
    图5： S7 1200 *的USS库

    USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受变频器的信息和控制变频器的指令都是通过这个功能快来完成的。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
    USS_PORT功能块是S7-1200与变频器USS通信的接口,主要设置通信的接口参数。可在主OB或中断OB中调用。
    USS_RPM功能块是通过USS通信读取变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
    USS_WPM功能块是通过USS通信设置变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。

    这些*功能块与变频器之间的控制关系如下图所示：

    
    图6： USS 通信功能块与变频器的控制关系

    USS_DRV功能块通过USS_DRV_DB数据块实现与USS_PORT功能块的数据接收与传送，而USS_PORT功能块是S7-1200 PLC CM1241 RS485模块与变频器之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与变频器的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。

    每个S7-1200 CPU较多可带3个通信模块，而每个CM1241 RS485通信模块较多支持16个变频器。因此用户在一个S7-1200 CPU中较多可建立3个USS网络，而每个USS网络较多支持16个变频器，总共较多支持48个USS变频器。

    5. 2 S7 1200 PLC进行USS通信的编程

    1．USS通信接口参数功能块的编程
    USS通信接口参数功能块的编程如下图所示。

    
    图7： USS通信接口参数功能块的编程

    USS_PORT功能块用来处理USS网络上的通信，它是S71200 CPU与变频器的通信借口。每个CM1241 RS485模块有且必须有一个USS_PORT功能块。

    PORT：指的是通过哪个通信模块进行USS通信。
    BAUD：指的是和变频器进行通行的速率。 变频器的参数P2010种进行设置。
    USS_DB：指的是和变频器通信时的USS数据块。每个通信模块较多可以有16个USS数据块，每个CPU较多可以有48个USS数据块，具体的通信情况要和现场实际情况相联系。每个变频器与S7-1200进行通信的数据块是一的。
    ERROR：输出错误。
    STATUS：扫描或初始化的状态。
    S7-1200 PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多个扫描。
    USS_PORT通信的时间间隔是S7-1200与变频器通信所需要的时间，不同的通信波特率对应的不同的USS_PORT通信间隔时间。下图列出了不同的波特率对应的USS_PORT较小通信间隔时间。

    
    图8：不同的波特率对应的USS_PORT较小通信间隔时间

    USS_PORT在发生通信错误时，通常进行3次尝试来完成通信事件，那么S7-1200与变频器通信的时间就是USS_PORT发生通信*时的时间间隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT与变频器通信的时间间隔应当大于较小的调用时间间隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 协议库默认的通信错误*时尝试次数是2次。
    基于以上的USS_PORT通信时间的处理，我们建议在循环中断OB块中调用USS_PORT通信功能块。在建立循环中断OB块时，我们可以设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。循环中断OB块的扫描时间的设置如下图所示：

    
    图9：循环中断OB块的扫描时间的设置

    概述

    • S7-1500 控制器产品系列中带有集成式数字量和模拟量输入和输出的紧凑型 CPU
    • 带有集成技术功能，比如高速计数器 (HSC)、频率测量功能、周期测量或步进电机控制、脉宽调制、频率输出等
    • 适用于对程序范围和处理速度具有中等要求的应用
    • 在具有集中式和分布式 I/O 的生产线上作为集中式控制器使用
    • PROFINET IO IRT 接口，带 2 端口交换机
    • PROFINET I/O 控制器，用于在 PROFINET 上运行分布式 I/O
    • 用于连接 CPU 作为 SIMATIC 或非西门子 PROFINET IO 控制器下的 PROFINET 设备的 PRIFINET I-Device
    • OPC UA 服务器（数据访问）作为运行时选件，可轻易将 SIMATIC S7-1500 连接至第三方设备/系统
    • 等时同步模式
    • 集成运动控制功能，用于控制速度控制轴和定位轴，支持外部编码器，凸轮/凸轮轨道和探头
    • 用于诊断集成 Web 服务器，带有创建用户定义的 Web 站点的选项