西门子 6ES7331-7NF10-0AB0 PLC 模块 软件 变频器 电源 继电器 电缆

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SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 个模拟输入； +/-5/10V，1-5V，+/-20mA， 0/4 至 20mA，16 位， 单共用根系（60V COM.）， 4 通道运行：10ms， 8 通道运行：23-95ms， 1个 40针

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电机启动器的调试和使用方法，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 故障安全型电机启动器模板的硬件单元

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）。具体到含有故障安全型电机启动器模板的应用，还需要如下硬件组件：

 

表1 故障安全型ET200S 电机启动器模板组件

2 ET200S的故障安全型电机启动器的站配置

配置含有故障安全型电机启动器的ET200S站与配置普通的ET200S站相同，但故障安全系统需要考虑系统的安全等级，这里给出达到SIL3 / category 4 的典型的硬件配置（图2）：

图1 配置故障安全型电机启动器和故障安全电子模板的ET200S站，达到SIL3 / category 4

可以看到，I/O模板以及电机启动器模板均是故障安全型的。但请注意，DI/DO的电源模板必须是普通的电源模板。且在同一个电源组内，普通的电机启动器模板与安全型电机启动器模板不能混合使用，此时需要使用额外的电源模板（PM-D F PROFIsafe）进行隔离。
由于ET200S的配件比较多，选择起来比较复杂，因而建议最好使用ET200S配置工具（ET200S CFG Tools）进行硬件的配置，这里给出相应模板的订货号信息以供订货时参考。

型号	订货号	描述
F-DS1E-X	3RK1301-0AB13-0AA4	Fail-safe direct starter; 0.3 ... 3 A
F-RS1E-X	3RK1301-0AB13-1AA4	Fail-safe reversing starter; 0.3 ... 3 A
TM for PM-D F	3RK1903-3AA00	Terminal module for power module PM-D F PROFIsafe V2
TM for F-DS1E-X	3RK1903-3AC00	Terminal module for direct starter F with cable connection
TM for F-RS1E-X	3RK1903-3AD10	Terminal module for reversing starter F wire cable connection
PM-D F	3RK1903-3BA01	PM-D F PROFIsafe power module
TM-P15S23-A0	6ES7138-4CA01-0AA0	PM-E DC 24V power module for electronic modules, with diagn.
F DI	6ES7138-4FA03-0AB0	Electronic module, 4/8F-DI, DC 24V, PROFIsafe (1 pc.)
F DO	6ES7138-4FB02-0AB0	Electronic module, 4F-DO, DC 24V/2A, PROFIsafe (1 pc.)
IM151	6ES7151-1BA02-0AB0	IM 151 high-feature for conn. of ET200S to PROFIBUS DP
TM-P15S23-A0	6ES7193-4CD20-0AA0	Terminal module for AUX1 supply; screw connection
TM-E30S46-A1	6ES7193-4CF40-0AA0	Terminal module for electron.mod.30mm; screw term.; AUX1

表1 故障安全型电机启动器模板订货信息

3 组态和调试

3.1 软件组态
我们通过一个实例来介绍如何在STEP7中组态ET200S F 电机启动器模块。

所需软件：
STEP7 V5.4 SP3
Distributed safety V5.4 SP4

3.1.1 STEP7 中的项目

1）首先在STEP7中建立一个S7 400项目，项目名为ET200S_F_MS。

图2 新建S7 400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 416F。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。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。

图3 选择F型CPU

这里我们使用的是Profibus的从站，因而双击DP口，新建Profibus网络。

图4 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”）

图5 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6 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“CPU contains safety program”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7 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。其中选择的电机启动器以及其电源模板均是故障安全型的。

图8 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：0011001000，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：support.automation.siemens.com

图9 电机启动器故障安全型电源模板PM-D F PROFIsafe参数设置

双击电机启动器模块，设置故障安全参数。
首先是地址参数，这里设置的是I/O地址。

图10 电机启动器模块地址参数设置

接下来打开参数设置页面。

图11 安全型电机启动器参数设置

其中电压、电流等参数（1）可以根据实际使用的电机的参数进行设置，而其中的一些保护动作（2）也可以根据工业要求进行设定，这里不一一介绍了。
其中与安全相关的设置主要时safety shutdown group（SG）的分配。通过该参数，可以将该电机启动器模板分配一个电源组，以便进行故障安全的电机电源关断动作。每一个模板只能分配一个SG，最多可以分配6个SG。

图12 安全关断组的分配

而在故障安全型电机启动器模板的安装底板（TM）上，也有一组用于分配SG的跳线，跳线可以插拔，从而进行硬件的SG分配，而通过硬件设置的SG应该与在软件中分配的SG相一致。

图13 安装底板（TM）上硬件SG的分配

 

图14 SG分配后的底板

分配SG后，可以选择组诊断。对应故障安全型模板，一般都要求激活诊断选项。

图15 参数设定结果

据此可以设置其它安全型电机启动器模板的参数。
然后编译保存硬件组态。由于之前在CPU的选项中选中了“CPU contains safety program”选项，因而CPU会对故障安全选项进行单独的编译，因而编译时会出现安全程序的编译进程。如果没有错误，则硬件组态结束。此时，可以先将硬件组态进行下载。

图16 安全程序的编译进程

此时，在SIMATIC Manager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SIMATIC Manager，进行程序编制。
首先新建一个功能FC，创建语言选择F-CALL。

图17 创建F-CALL

然后创建功能块FB，创建语言选择F-FBD。

图18 创建F-FB

为该FB生成一个背景数据块，同样也是F-DB。

图19 创建背景数据块F-DB

此时可以编制F的程序了。关于F 型电机启动器的程序编制非常简单，只需要控制SG的关断状态即可。
双击打开F-FB（例子里是FB1）。

图20 编程控制SG1

在硬件组态中，电源模板PM-D F的输出地址为0..4，其中第0字节就是对应控制SG的地址，因而可以通过程序控制Q0.0 来控制SG1即可。同样，Q0.1~Q0.5则对应SG2~SG6。
当然，对于故障安全型的模板，都可能存在因故障导致的“钝化”，在程序中可以进行监控，以及进行“去钝化”的操作。关于模板“（去）钝化”操作，可在相关文档中查阅相关信息。

图21 程序中进行模板的“钝化”监测以及“去钝化”

保存程序，退回到SIMATIC Manager画面。
选择CPU，在菜单中选择对故障安全程序进行编译。

图22 选择编译F 程序

此时将出现F程序的编译画面。

图23 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 group。选择该按钮，新建F运行组。

图24 新建F运行组

这里可以选择系统的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。
选择OK进行确认。然后选择“Compile”进行F程序的编译。

图25 F程序的编译

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26 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。

ET200S 工艺功能 —— 1计数

1: ET200S 处理模块 1Count24V/100kHz
1. 总览

ET200S 计数模板主要有 4 种类型，1通道计数 24V/100kHz, 1通道计数5V/500kHz, 1SSI 和 2 路脉冲。本文使用一个简单的案例来演示如何设置 ET200S 计数模板的这些功能应用，包括相关软件和硬件的应用、操作和调试。
1 通道24V/100kHz 计数模板主要有以下操作模式：
1) 计数模式：包括连续计数，循环计数和单次计数。
2) 测量模式：包括频率测量、循环计数和速度测量。
3) 位置检测：该模式是连续计数功能并在等时模式下可只作为一个输入模板来使用。
本文作为一个例子主要阐述该模板在计数模式下和其它模式下（如测量模式）的应用。

2. 系统硬件架构

图. 1: 系统硬件架构
本例中,  S7-300 PLC 读取来自ET200S 1 通道计数模板 24V/100kHz 的 24V 增量型编码器计数值并监视旋转状态。
图. 1是本例的系统配置，包含以下硬件：
• 一台笔记本或 PG/PC
• 一个 CP5512
• 一个S7-300 PLC
• 一个ET200S 系统

3. 硬件和软件要求

表 3-1: 硬件订货清单

表 3-2: 软件订货清单

4. 硬件安装及接线

连接的编码器类型:
1) 24V 脉冲发生器(不带方向信号)
2) 24V 脉冲发生器 (带方向信号)
3) 24V 增量型编码器

图. 2: 连接编码器

5. 系统组态和参数设置

1)硬件配置
连接图可参照图. 1: 硬件配置图。ET200S 的从站连接到作为 DP 主站 S7-300 PLC，并按照图. 2: 接线图将 24V 增量型编码器连接到ET200 1 通道 24V/100kHz 计数模板。

2) 系统配置和参数设置
在 STEP 7 中新建一个名为Latch_ET200S_1COUNT 的项目。插入一个 SIMATIC 300 站并命名为 1 COUNT。然后从硬件列表中选择根据订货号和硬件安装顺序依次插入一个机架，CPU，ET200S 标准从站模块和ET200S 1 通道计数模板（选择1 通道24V/100kHz C 计数模板）。

图. 3: 主站硬件配置
ET200S1COUNT模块参数配置见图. 4.

图. 4: 参数配置
要根据编码器类型选择使用A*B* 还是A* B* DI，此处选择PNP类型的24V增量型编码器。
输入信号B* 的方向可以设置为正向或反向。
参数 "计数类型"可以被设置为3种计数模式：连续计数，循环计数和单次计数。
其它参数可以使用缺省值。

3) 程序
主循环OB1:
//预设
L 0 // 删除控制位
T DB1.DBD 0
T DB1.DBD 4
SET
S DB1.DBX4.0 //打开软件门

//写控制接口
L DB1.DBD 0 //写入8位到1SSI 模板
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //输出起始地址
T PQD 268

// 读反馈接口
L PID 264 //从1SSI模板读 8 位
T DB1.DBD 8
L PID 268 //输入起始地址
T DB1.DBD 12
如图. 5所示, 在计数模板的硬件配置中输出接口参数为8个字节 (PQB264 - PQB271)。在上述应用中， 在 DB1 中的 8个字节 (DB1.DBB0 to DB1.DBB7)被用于控制接口的参数分配。

图. 5: 控制接口的参数分配
如图. 6所示, 在计数模板的硬件配置中输入接口参数为8个字节（PIB264-PIB271）。 在上述应用中，DB1 的8个字节 (DB1.DBB8 to DB1.DBB15)用来向接口模板传递参数。

图. 6: 接口参数反馈分配

6. 测试, 监视和诊断

图. 7: 变量表监视
在 STEP 7中创建一个变量监视来监视编码器测量值 DB1.DB  8。（反馈接口字节0~3），在变量监视表中通过修改DB1.DBX  13.6(STS_C_UP) 和DB1.DBX 13.7(STS_C_DN)的值来修改计数方向。
7. 功能
7.1 控制计数输入
通过软件门控制
软件门和硬件门 ("与" 逻辑)
7.2 门功能
软件门: 通过用户程序控制
当使能软件门的控制信号时, 在硬件配置中使用 "中断计数" 并从装载值启动计数。当软件门停止后使能，当计数停止时从计数值重新启动计数。 
在参数配置中是使用 "t终止计数"从装载值启动计数，当软件梦停止后使能，从装载值重新计数。

图. 8: 使用硬件门
硬件门：硬件门使能之后，通过硬件输入信号控制，功能与软件门相同。前提是“硬件门”参数在图. 8的“DI功能"中已经设置。

7.3 锁存功能
锁存和重新触发:
在硬件配置参数"DI功能"中使能 "锁存和重新触发"后，在程序中使能软件门。当检测数字输入信号出现上升沿时，锁存当前计数值。计数功能开始计数直到检测出下一个上升沿信号，锁存当前值并重新从装载值开始计数。
如果在此过程中装载值被直接装载，反馈字中的锁存的值将不会改变，关闭软件门只会中断计数，但数字量输入的锁存和重新触发功能仍然工作正常。
在软件门使能之后，需要注意当输入信号检测到上升沿信号时计数模式会启动，参见图. 9: 锁存和重新触发功能的时序图。

图. 9: 锁存和重新触发功能的时序图

锁存:
在硬件配置参数"DI功能"中使能 "锁存和重新触发"后，在程序中使能软件门。当检测数字输入信号出现上升沿时，锁存当前计数值。计数功能开始计数直到检测出下一个上升沿信号，锁存当前值并重新从装载值开始计数。
如果在此过程中装载值被直接装载，反馈的装载值将不会改变，关闭软件门仅会中断计数，但输入信号的锁存功能仍然工作正常。

图. 10: 锁存功能时序图
7.4 同步功能
同步功能仅用户单次计数和循环计数模式，在该模式下0标志位作为旋转编码器的参考信号来使用。首先使能软件门之后 使能同步控制位。在单次计数同步下，当输入信号有首个上升沿信号时启动计数同步。在循环计数同步下，输入信号有首个上升沿信号并且每次后续的上升沿信号均 会将计数器从装载值启动同步计数。

图. 11: 同步功能时序图

7.5 在计数模式下输出控制
计数模板有一个数字量输出和一个虚拟的数字量输出（在反馈接口的状态位中），可以用来保存2个比较值，并且结果可以基于2个比较值控制。

(1) 直接控制输出
使能控制位CTRL_DO1 和 CTRL_DO2，并且保持控制直到控制位SET_DO1 和SET_DO2被置位。 状态位 STS_CMP1和STS_CMP2 显示相关的输出状态。状态位会保持当前状态直到被确认。如果 DO1和DO2没有被使能，这些状态位可能直接通过控制位影响SET_DO1 和 SET_DO2。 
下方的 4 个输出表语直接控制输出应用类似，比较值可被首先加载且输出会根据比较条件控制。

(2) 计数值 >= 比较值
例如：设置比较值 2000，当计数值大于等于2000时使能输出 D01。
硬件配置:

图. 12: 比较值输出

计数模板参数设置见图. 12，仅用于设置“DI功能”作为“计数值>=比较值”，其它参数参照图. 4: 普通计数模式设置。

主循环:

//预设
SET
S DB1.DBX 4.0 // 设置软件门
S DB1.DBX 4.4 // 使能 D01

// 装载比较值
A M 100.0 //触发位
S DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268

L 2000
T DB1.DBD 0
T PQD 264

AN M 100.0
R DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268

//写控制接口

L DB1.DBD 0 // 写8个字节到1SSI 模板
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //输出起始地址
T PQD 268

// 读反馈借口

L PID 264 // 从模板读取8个字节
T DB1.DBD 8
L PID 268 //输入起始地址
T DB1.DBD 12

监视和测试:通过使能 M100.0 装载比较值1(2000)。当编码器计数值大于等于2000，使能输出 D01，并同时将状态位STS_CMP1 (DB1.DBX14.3) 和 STS_DO1 (DB1.DBX13.3) 置位。

图. 13: 比较值 < 2000

图. 14: 比较值 > = 2000

(3) 计数值 < = 比较值
(4) 当到达比较值输出脉冲
(5) 当到达比较值时切换输出 (仅限 D01) 

Part 2: ET200S 计数模板 1通道 5V/500kHz
请参考章节1 中1通道 5V/500kHz模板应用 ， 主要区别在硬件接线和硬件参数设置。
1. 硬件接线图

模块仅允许 5V 增量型编码器连接。

图. 15: 硬件接线图

2. 硬件和参数配置

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