Industry Automation and Drive Technologies - SCE Ausbildungsunterlage für die durchgängige Automatisierungslösung Totally Integrated Automation (T I A) MODUL H02 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Anwendungen für Servoantriebe T I A Ausbildungsunterlage Seite 1 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE Diese Unterlage wurde von der Siemens AG, für das Projekt Siemens Automation Cooperates with Education (SCE) zu Ausbildungszwecken erstellt. Die Siemens AG übernimmt bezüglich des Inhalts keine Gewähr. Weitergabe sowie Vervielfältigung dieser Unterlage, Verwertung und Mitteilung ihres Inhalts ist innerhalb öffentlicher Aus- und Weiterbildungsstätten gestattet. Ausnahmen bedürfen der schriftlichen Genehmigung durch die Siemens AG (Herr Michael Knust [email protected]). Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadensersatz. Alle Rechte auch der Übersetzung sind vorbehalten, insbesondere für den Fall der Patentierung oder GM-Eintragung. Wir danken der Fa. Michael Dziallas Engineering und den Lehrkräften von beruflichen Schulen sowie weiteren Personen für die Unterstützung bei der Erstellung der Unterlage T I A Ausbildungsunterlage Seite 2 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE SEITE: 1. Vorwort.........................................................................................................................................................7 2. Hinweise zum Einsatz der CPU 315F-2 PN/DP.......................................................................................10 3. Hinweise zum Einsatz des Frequenzumrichters SINAMICS S120.......................................................11 3.1 SINAMICS, die neue Antriebsfamilie........................................................................................................11 3.2 Beschreibung des Frequenzumrichters SINAMICS S120.......................................................................12 3.2.1 Übersicht der Komponenten des Antriebssystems SINAIMCS S120.........................................15 3.2.2 Control Units................................................................................................................................16 3.2.3 Power Modules............................................................................................................................17 3.2.4 Motor Modules und Line Modules...............................................................................................18 3.2.5 Antrieb Synchronmotor................................................................................................................19 3.2.6 Verbindungsleitungen MOTION- CONNECT..............................................................................20 3.2.7 Weitere Komponenten.................................................................................................................21 3.3 Sicherheitsvorkehrungen und Warnungen...............................................................................................22 3.4 Anschluss des Frequenzumrichters SINAMICS S120.............................................................................25 3.4.1 Anschluss des Power Moduls PM340.........................................................................................25 3.4.2 Blockschaltbild für die Control Unit CU310 PN...........................................................................26 3.4.3 Drive-CLiQ- Schnittstelle.............................................................................................................27 3.4.4 Sicherer Halt / Temperatursensor...............................................................................................27 3.4.5 Digitalein- / ausgänge..................................................................................................................28 3.4.6 Elektronikstromversorgung..........................................................................................................28 3.4.7 PROFINET- Schnittstelle.............................................................................................................29 3.4.8 HTL-/TTL-/SSI- Geberschnittstelle..............................................................................................29 3.4.9 Serielle Schnittstelle (RS232)......................................................................................................29 3.5 Inbetriebnahme des Frequenzumrichters SINAMICS S120....................................................................33 3.5.1 Bedienung des SINAMICS S120 mit dem Basic Operator Panel BOP20..................................33 3.5.1.1 Anzeigen am Basic Operator Panel BOP20..............................................................................33 3.5.1.2 Tasten am Basic Operator Panel BOP20...................................................................................34 3.5.1.3 Funktionen des Basic Operator Panel BOP20............................................................................34 3.5.1.4 Projekthandling mit dem BOP20................................................................................................35 3.5.1.5 Sichtbarkeit / Änderbarkeit von Parametern...............................................................................37 3.5.1.6 BICO- Technik.............................................................................................................................39 3.5.1.7 Befehlsdatensatz (CDS) und Antriebsdatensatz (DDS)..............................................................41 3.5.1.8 Parameter mit dem Basic Operator Panel (BOP) ändern...........................................................42 3.5.1.9 Parameterlisten / Funktionspläne................................................................................................43 3.5.2 Inbetriebnahme mit der Software STARTER..............................................................................44 3.5.3 Anlaufverhalten des SINAMICS S120.........................................................................................47 3.5.3.1 Die CompactFlash Card (CF)......................................................................................................50 3.5.3.2 Einschalten der Einspeisung.......................................................................................................51 T I A Ausbildungsunterlage Seite 3 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE 3.5.3.3 Einschalten des Antriebs.............................................................................................................52 3.5.3.4 AUS- Befehle...............................................................................................................................53 3.5.4 Übersicht zur Datenspeicherung.................................................................................................54 4. Drehzahlregelung mit dem Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET...............................55 4.1 Inbetriebnahme des Frequenzumrichters SINAMICS S120 am PROFINET...........................................56 4.2 Zuordnung der Prozessdaten für den SINAMICS S120..........................................................................92 4.2.1 Das Steuerwort 1 (STW1)...........................................................................................................94 4.2.2 Das Zustandswort 1 (ZSW1).......................................................................................................96 4.2.3 Der Drehzahlsollwert A 16 Bit (NSOLL_A)..................................................................................98 4.2.4 Der Drehzahlistwert A 16 Bit (NIST_A).......................................................................................98 4.2.5 Der Drehzahlsollwert B 32 Bit (NSOLL_B)..................................................................................98 4.2.6 Der Drehzahlistwert B 32 Bit (NIST_B).......................................................................................98 4.2.7 Anordnung des Auftragstelegramms...........................................................................................99 4.2.8 Anordnung des Antworttelegramms............................................................................................99 4.3 Symboltabelle für das Mischerprogramm anlegen.................................................................................100 4.4 Datenbaustein für das Auftragstelegramm erstellen..............................................................................101 4.5 Datenbaustein für das Antworttelegramm erstellen...............................................................................103 4.6 Funktionsbaustein FB11 zur Steuerung des Mischers erstellen............................................................104 4.7 Organisationsbaustein OB1 zur Steuerung des Mischers erstellen......................................................107 4.8 Bausteine in die CPU 315F-2PN/DP laden...........................................................................................109 5. Positionieren mit dem Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET.....................................110 5.1 Inbetriebnahme des Frequenzumrichters SINAMICS S120 am PROFINET.........................................112 5.2 Zuordnung der Prozessdaten für den SINAMICS S120........................................................................149 5.2.1 Das Steuerwort 1 (STW1) für Positioniermode (P0108.4 = 1)..................................................152 5.2.2 Satzanwahl (SATZANW) für Positioniermode (P0108.4 = 1)...................................................153 5.2.3 Positioniersteuerwort (POS_STW) für Positioniermode (P0108.4 = 1)....................................154 5.2.4 Steuerwort 2 (STW2).................................................................................................................154 5.2.5 Geschwindigkeits- Override im Positionierbetrieb (OVERRIDE)..............................................155 5.2.6 MDI Zielposition (MDI_TARPOS)..............................................................................................155 5.2.7 MDI Geschwindigkeit (MDI:VELOCITY)....................................................................................155 5.2.8 MDI Beschleunigung (MDI_ACC).............................................................................................155 5.2.9 MDI Verzögerung (MDI_DEC)..................................................................................................155 5.2.10 MDI Modevorgabe (MDI_MODE)..............................................................................................155 5.2.11 Das Zustandswort 1 (ZSW1) für Positioniermode (P0108.4 = 1)..............................................156 5.2.12 Einfachpositionierer (EPOS) angewählter Satz (AKTSATZ).....................................................157 5.2.13 Positionierzustandswort (POS_ZSW).......................................................................................158 5.2.14 Das Zustandswort 2 (ZSW2).....................................................................................................159 5.2.15 Meldungswort (MELDW)...........................................................................................................159 5.2.16 Lageistwert A (XIST_A).............................................................................................................161 5.3 Anwenderschnittstelle FB 283 für Einfachpositionierer..........................................................................162 5.3.1 Aufbau des Achs- DB als Anwenderschnittstelle......................................................................163 T I A Ausbildungsunterlage Seite 4 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE 5.3.2 Aufruf des FB 283 für Einfachpositionierer...............................................................................164 5.3.3 Einbinden der Anwenderschnittstelle in ein STEP7- Programm...............................................166 5.3.3.1 Bibliothek SINAMICS_FB283....................................................................................................166 5.3.3.2 Symboltabelle vervollständigen.................................................................................................170 5.3.3.3 Schreiben und Laden eines Anwendungsprogramms..............................................................172 5.3.3.4 Variablentabellen zum Testen der Anwenderschnittstelle........................................................176 5.4 Einstellungen und Fahrfunktionen des Einfachpositionierers................................................................178 5.4.1 Funktionsmodul Lageregelung..................................................................................................179 5.4.1.1 Einstellungen in der Software STARTER..................................................................................179 5.4.2 Mechanik...................................................................................................................................182 5.4.2.1 Einstellungen in der Software STARTER..................................................................................183 5.4.3 Begrenzungen...........................................................................................................................184 5.4.3.1 Einstellungen in der Software STARTER..................................................................................185 5.4.4 Betriebsart Tippen.....................................................................................................................187 5.4.4.1 Einstellungen in der Software STARTER..................................................................................188 5.4.4.2 Testen mit der Steuertafel in der Software STARTER..............................................................189 5.4.4.3 Testen mit der Variablentabelle in STEP7................................................................................190 5.4.5 Referenzieren bzw. Justieren....................................................................................................191 5.4.5.1 Einstellungen in der Software STARTER..................................................................................192 5.4.6 Betriebsart Sollwertdirektvorgabe (MDI)...................................................................................193 5.4.6.1 Einstellungen in der Software STARTER..................................................................................193 5.4.6.2 Testen mit der Steuertafel in der Software STARTER..............................................................195 5.4.6.3 Testen mit der Variablentabelle in STEP7................................................................................196 5.4.7 Betriebsart Verfahrsätze............................................................................................................197 5.4.7.1 Einstellungen in der Software STARTER..................................................................................197 5.4.7.2 Testen mit der Steuertafel in der Software STARTER..............................................................200 5.4.7.3 Testen mit der Variablentabelle in STEP7................................................................................201 T I A Ausbildungsunterlage Seite 5 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE Die folgenden Symbole führen durch dieses Modul: Information Programmierung Beispielaufgabe Hinweise T I A Ausbildungsunterlage Seite 6 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE 1. VORWORT Das Modul H02 ist inhaltlich der Lehreinheit ‚Frequenzumrichter an SIMATIC S7’ zugeordnet. Grundlagen der STEP 7- Programmierung 2 - 3 Tage Module A Weiterführende Funktionen der Anlagensimulation STEP 7- Programmierung mit SIMIT SCE 2- 3 Tage Module B 1-2 Tage Module G Programmier- Industrielle Prozess- sprachen Feldbussysteme visualisierung 2- 3 Tage Module C 2- 3 Tage Module D 2- 3 Tage Module F Frequenzumrichter IT- Kommunikation an SIMATIC S7 mit SIMATIC S7 2-3 Tage Module H 2- 3 Tage Module E Lernziel: Der Leser soll in diesem Modul lernen wie ein Frequenzumrichter SINAMICS S120 zusammen mit einer CPU 315F-2PN/DP am PROFINET in Betrieb genommen wird. Das Modul zeigt die prinzipielle Vorgehensweise anhand von Beispielen zur Drehzahlregelung und zur Positionierung. Voraussetzungen: Für die erfolgreiche Bearbeitung dieses Moduls wird folgendes Wissen vorausgesetzt: • Kenntnisse in der Handhabung von Windows • Grundlagen der SPS- Programmierung mit STEP 7 (z.B. Modul A3 - ‚Startup’ SPS- Programmierung mit STEP 7) • Grundlagen zum PROFINET (z.B. Anhang VII – PROFINET) • Grundlagen der Netzwerktechnik (z.B. Anhang V – Grundlagen der Netzwerktechnik) T I A Ausbildungsunterlage Seite 7 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE Benötigte Hardware und Software 1. PC, Betriebssystem Windows XP Professional mit SP2 oder SP3 / Vista 32 Bit Ultimate und Business / Server 2003 SP2 mit 600MHz ( nur XP) / 1 GHz und 512MB ( nur XP) / 1 GB RAM, freier Plattenspeicher ca. 650 - 900 MB, MS-Internet-Explorer 6.0 und Netzwerkkarte 2. Software STEP 7 V 5.4 3. Inbetriebnahme- Software STARTER V4.1 4. SPS SIMATIC S7-300 mit CPU 315F-2 PN/DP und mindestens einer digitalen Ein- und Ausgabebaugruppe. Beispielkonfiguration: - Netzteil: PS 307 2A - CPU: CPU 315F-2 PN/DP - Digitale Eingänge: DI 16x DC24V - Digitale Ausgänge: DO 16x DC24V / 0,5 A 5. Frequenzumrichter SINAMICS S120 mit: - Power Module PM340 z.B.: Eingang: 1AC 200-240V, 50/60HZ Ausgang: 3AC 2,3A (0,37KW) - Control Unit CU310 PN mit PROFINET- Schnittstelle - Compact Flash Card (CF) mit Firmware-Option Performance-Erweiterung und aktuellem Firmwarestand - Basic Operator Panel (BOP20) - Synchron-Servomotor z.B.: 1FK7 COMPACT ZK 300 V 1.1 NM, 100 K, 3000 U/MIN mit Drive- CLiQ- Schnittstelle und Absolutwertgeber 12Bit Multiturn - Leistungsleitung z.B.: MOTION CONNECT 500 ohne Bremsleitung; 2,5 m - Signalleitung DRIVE-CLiQ z.B.: DRIVE-CLiQ-Leitung MOTION CONNECT 500 IP20/IP67; 2 m 6. Ethernet- Verbindung zwischen PC, CPU 315F-2 PN/DP und SINAMICS S120 mit CU310S PN T I A Ausbildungsunterlage Seite 8 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE 2 STEP 7 1 PC 3 STARTER 6 Ethernet- Verbindung 4 SIMATIC S7-300 mit 5 Frequenzumrichter SINAMICS CPU 315F-2 PN/DP S120 mit: - Power Module PM340 - Control Unit CU310 PN - Compact Flash Card (CF) - Basic Operator Panel (BOP20) - Servomotor mit Drive-CLiQ- Schnittstelle und Absolutwertgeber - Leistungsleitung - Signalleitung Drive-CLiQ T I A Ausbildungsunterlage Seite 9 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET Industry Automation and Drive Technologies - SCE 2. HINWEISE ZUM EINSATZ DER CPU 315F-2 PN/DP Die CPU 315F-2 PN/DP ist eine CPU die mit 2 integrierten Schnittstellen ausgeliefert wird. - Die erste Schnittstelle ist eine kombinierte MPI/PROFIBUS-DP– Schnittstelle, die am PROFIBUS DP als Master oder Slave für den Anschluss von dezentraler Peripherie/Feldgeräten mit sehr schnellen Reaktionszeiten eingesetzt werden kann. Des weiteren kann Die CPU hier über MPI oder auch über PROFIBUS DP programmiert werden - Die zweite Schnittstelle ist eine integrierten PROFINET- Schnittstelle. Diese ermöglicht den Einsatz der CPU als PROFINET IO- Controller für den Betrieb von dezentraler Peripherie an PROFINET. Über diese Schnittstelle kann die CPU ebenfalls programmiert werden! - An beiden Schnittstellen können Frequenzumrichter und auch fehlersichere Peripheriegeräte eingesetzt werden. Hinweise: - In diesem Modul wird die CPU 315F-2 PN/DP am PROFINET als IO- Controller eingesetzt. - Zum Betrieb dieser CPU ist eine Micro Memory Card erforderlich! - Die Adressen der Ein- und Ausgangsbaugruppen können bei dieser CPU parametriert werden. T I A Ausbildungsunterlage Seite 10 von 201 Modul H02 Ausgabestand: 01/2010 Frequenzumrichter SINAMICS S120 am PROFINET