西门子EM DR16模块
发布时间：2018/5/18 10:19:00西门子EM DR16模块
6ES7288-2DR16-0AA0SIMATIC S7-200 SMART， 数字输入/输出 SM DR16，8 个数字输入/8 个数字输出， 8 DI 24V DC，灌电流/拉电流， 8 DO，继电器 2A
1 预充电回路概述
SINAMICS S120系列为电压源型变频器，直流回路采用电容做储能滤波元件。当使用二极管整流时，主回路上电的瞬间，直流母线之间相当于短路，为避免瞬间冲击电流对功率器件造成损坏，需要通过预充电回路对电容充电，逐步建立直流母线电压。
SINAMICS S120的整流模块称为进线模块Line Module。S120的进线模块包括基本型进线模块BLM（Basic Line Module）、非调节型进线模块SLM（Smart Line Module）以及调节型进线模块ALM（Active Line Module），它们所采用的功率器件不尽相同，因此预充电回路以及主回路的接线方式也有所不同，下面逐一进行介绍。
2 书本型BLM的预充电回路及接线方式
BLM为6脉动、不可控整流单元不可控整流模块，根据功率不同，所采用的整流器件也有所不同。
2.1 20kW及40kW书本型BLM
这两档功率的BLM模块采用二极管整流，内部集成了预充电回路，如图1所示，通过预充电电阻对直流母线电容充电。
图1 20kW及40kW书本型BLM的预充电回路
由于在预充电的过程中，预充电电阻以热能的方式消耗能量，因此不能频繁地合分闸（应间隔3分钟以上），以避免预充电电阻过热损坏。图2所示为BLM的典型接线方式，其上电流程为：
（1）主开关合闸的同时，通过其辅助触点闭合使能BLM；
（2）通过开关量或者通讯报文控制P840参数启动BLM；
（3）经过P862中设置的延时时间后，BICO参数r863.1置位，可将此参数连接至 CU上的一个DO点，用来控制主回路接触器合分闸；
（4）主接触器的辅助触点可接至CU的DI点，作为合闸的反馈信号；
（5）合闸后，电流流过预充电电阻，预充电过程持续约1秒钟，完成后，内部逻辑控制旁路接触器吸合，电流从主回路流入。
注意：如果不通过P840来启动BLM，而只是通过外部逻辑接通主回路，直流回路电压也能建立，但是此时旁路接触器并没有闭合，当电机模块启动、负载增大时，预充电电阻上的电压降也随之增大，导致直流母线欠电压故障，预充电电阻也可能过热损坏。
图2 BLM的典型接线方式
2.2 100kW书本型BLM
该模块采用晶闸管整流，如图3所示，通过改变晶闸管导通角（相角控制）对直流母线电容充电，因此不需要预充电电阻和旁路接触器。主回路上电后，变频器控制晶闸管导通角逐渐增大，直至完全导通，预充电过程完成进入正常运行阶段。
图3 100kW书本型BLM的主回路简图
100kW书本型BLM的典型接线图和20kW/40kW的BLM一样，上电流程也一样，如2.1节所述。不同的是，我们必须通过P840参数启动，才能触发晶闸管整流，否则直流母线没有电压。
3 书本型SLM的预充电回路
SLM为不可控的整流回馈单元，它的功率器件包括IGBT及反并联的二极管，预充电回路与20kW/40kW书本型的BLM一样也集成在模块内部，如图4所示，同样不能频繁地合分闸（应间隔3分钟以上），以避免预充电电阻过热损坏。
图4 书本型SLM的预充电回路
3.1 5kW及10kW书本型SLM
这两档功率的SLM模块没有Drive-CLIQ接口，可以通过它上面的X21、X22端子进行控制和状态指示。图5为5kW及10kW书本型SLM的典型接线图，其上电流程为：
（1）主开关合闸的同时，通过其辅助触点闭合使能SLM；
（2）这两款模块没有自己的参数，也不需要通过控制P840参数启动SLM，预充电完成后旁路接触器自动合闸；
（3）可以利用CU上的DO点来控制主回路接触器合分闸；
（4）主接触器的辅助触点可接至CU的DI点，作为合闸的反馈信号；
（5）合闸后，电流流过预充电电阻，预充电过程持续约1秒钟，完成后，内部逻辑控制旁路接触器吸合，电流从主回路流入。
（6）X21的“准备好”信号和“报警”信号可连接至CU的DI点，作为电机模块运行的必要条件，同时也可以将CU的DO点连接至X22端子来禁止SLM的回馈功能或复位故障。
图5 5kW及10kW书本型SLM的典型接线方式
3.2 16kW及以上的书本型SLM
这些SLM模块的典型接线图与20kW/40kW书本型的BLM一样，上电流程也一样，如2.1所述，这里不再赘述。
注意：如果不通过P840来启动SLM（16kW及以上），而只是通过外部逻辑接通主回路，直流回路电压也能建立，但是此时旁路接触器并没有闭合，当电机模块启动、负载增大时，预充电电阻上的电压降也随之增大，导致直流母线欠电压故障，预充电电阻也可能过热损毁坏。
4 书本型ALM的预充电回路
ALM为可控的整流回馈单元，它的功率器件包括IGBT及反并联的二极管，预充电回路与20kW/40kW书本型的BLM一样也集成在模块内部，如图6所示，同样不能频繁地合分闸（应间隔3分钟以上），以避免预充电电阻过热损坏。
图6 书本型ALM的预充电回路
图7为书本型ALM以及与之匹配的接口模块AIM的典型接线图，其上电流程与20kW/40kW书本型的BLM一样，如2.1节所述，这里不再赘述，下面介绍ALM与AIM之间的接线：
（1）AIM的温度信号需要接到ALM的X21端子，否则会报F06260——滤波器过温；
（2）AIM中散热风扇的供电；
（3）可以通过外部逻辑禁用散热风扇。
图7 ALM与AIM的接线图
注意：如果不通过P840来启动ALM，而只是通过外部逻辑接通主回路，直流回路电压也能建立，但是此时旁路接触器并没有闭合，当电机模块启动、负载增大时，预充电电阻上的电压降也随之增大，导致直流母线欠电压故障，预充电电阻也可能过热损坏。
1.1本例程的系统配置
本例程中用到的硬件： S7-1200（CPU 1214C）、G120 ( 控制单元CU240B-2 )、一台装有TIA Portal软件的PC机、CM1241模块、电源模块、标准RJ45网线。
1.2 硬件连接
1.2.1硬件连线
本例程中的硬件间的结构如下图所示：
图1-1
1.2.2 PLC与控制单元通信端口之间的连接
用电缆将CU240B-2 Modbus 通讯接口与PLC通信模块连接起来，如下图所示。
图1-2
2 变频器设置
2.1 地址设置
可以通过控制单元上的地址开关，也可以通过参数 P2021 或 STARTER 中“Control Unit / Communication / Field bus”页面来确定变频器的 Modbus-RTU 地址。
只有所有地址开关都设为“OFF”(0)时，P2021 或 STARTER 中的设置才有效。否则，Modbus-RTU 地址为地址开关所设置的地址。
2.2 参数设置
除了设置地址之外，还需要对其他一些变频器的通信参数进行设置，才可以进行MODBUS通信。具体需要设置的参数如表2-1所示：
表2-1
| 参数 | 描述 |
| P0015 = 21 | 变频器宏程序 选择 I/O 配置 |
| p2030 = 2 | 现场总线协议选择 2： Modbus |
| p2020 | 现场总线波特率 设置范围是 4800 bit/s … 187500 bit/s，出厂为 19200 bit/s |
| p2024 | Modbus 计时
|
| p2029 | 现场总线错误统计 指现场总线接口上接收错误的统计、显示 |
| p2040 | 过程数据监控时间 指没有收到过程数据时发出报警的延时。 注： 该时间必须根据从站数量、总线波特率加以调整，出厂为 100 ms。 |
3 PLC组态和编程
3.1 创建项目
首先创建一个项目，点击创建新项目，输入名称，路径等信息。
图3-1
3.2 硬件组态
按照新手上路的提示首先选择设备和网络，进行硬件组态。
西门子EM DR16模块图3-2
点击添加新设备，添加相应型号的设备，修改设备名称，选择版本号，点击添加。
图3-3
在弹出的设备与网络的右侧硬件目录中，找到通信模块-点到点-CM1241(RS485)，加入CM1241通信模块。
图3-4
双击设备视图中的RS485端口，设置端口组态，本例程配置如下图。
图3-5
在左侧的项目树-设备-在线访问-Broadcom NetXtreme。。。（本例程PC机所使用的网卡），双击更新可使用的设备，搜索到连接的设备。
图3-6
3.3 编程
在左边的设备中找到S7-1200/程序块，打开主程序（Main[OB1]）。在右边的指令栏里选择通信/通信处理器/MODBUS，添加MB_COMM_LOAD和MB_MASTER。
图3-7
在弹出的调用选项中，定义一个背景数据块。
图3-8
使用同样的方法，再加入一个MB_MASTER模块，同样定义背景数据块。
图3-9
分别按照图3-10、图3-11设置MB_COMM_LOAD和MB_MASTER模块。
图3-10
图3-11
其中，MB_COMM_LOAD与MB_MASTER指令的参数说明，请参考表3-1，表3-2。
表3-1 MB_COMM_LOAD指令的参数
| 参数 | 声明 | 数据类型 | 存储区 | 说明 |
| REQ | Input | BOOL | I、Q、M、D、L | 在上升沿执行指令 |
| PORT | Input | UINT | I、Q、M、D、L 或常量 | 通信端口的 ID： 在设备组态中插入通信模块后，端口 ID 就会显示在 PORT 框连接的下拉列表中。 也可以在变量表的“常量” (Constants) 选项卡中引用该常量。 |
| BAUD | Input | UDINT | I、Q、M、D、L 或常量 | 波特率选择： 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 76800, 115200 所有其它值均无效。 |
| PARITY | Input | UINT | I、Q、M、D、L 或常量 | 奇偶校验选择： 0 – 无 1 – 奇校验 2 – 偶校验 |
| FLOW_CTRL | Input | UINT | I、Q、M、D、L 或常量 | 流控制选择： 0 –（默认值）无流控制 1 – 通过 RTS 实现的硬件流控制始终开启（不适用于 RS485 端口） 2 - 通过 RTS 切换实现硬件流控制 |
| RTS_ON_DLY | Input | UINT | I、Q、M、D、L 或常量 | RTS 延时选择： 0 -（默认值）到传送消息的个字符之前，激活 RTS 无延时。 1 至 65535 – 到传送消息的个字符之前，“激活 RTS”以毫秒为单位的延时（不适用于 RS-485 端口）。应用 RTS 延时必须与 FLOW_CTRL 选择无关。 |
| RTS_OFF_DLY | Input | UINT | I、Q、M、D、L 或常量 | RTS 关断延时选择： 0 –（默认值）传送一个字符到“取消激活 RTS”之间没有延时。 1 至 65535 – 在发送消息的一个字符到“取消激活 RTS”之间以毫秒为单位的延时（不适用于 RS-485 端口）。应用 RTS 延时必须与 FLOW_CTRL 选择无关。 |
| RESP_TO | Input | UINT | I、Q、M、D、L 或常量 | 响应超时： “MB_MASTER”允许等待从站响应的时间（毫秒） 如果从站在此时间内没有响应，则“MB_MASTER”将重复该请求，或者在发送了指定数目的重试后终止请求并返回错误。 5 ms 至 65535 ms（默认值 = 1000 ms）。 |
| MB_DB | Input | VARIANT | D | “MB_MASTER”或“MB_SLAVE”指令的背景数据块的引用。 在程序中插入“MB_SLAVE”或“MB_MASTER”之后，数据块标识符会显示在 MB_DB 框连接的下拉列表中。 |
| DONE | Output | BOOL | I、Q、M、D、L | 指令的执行已完成且未出错。 |
| ERROR | Output | BOOL | I、Q、M、D、L | 错误： 0 – 未检测到错误 1 – 表示检测到错误。 在参数 STATUS 中输出错误代码。 |
| STATUS | Output | WORD | I、Q、M、D、L | 端口组态错误代码 |
表3-2 MB_MASTER指令的参数
| 参数 | 声明 | 数据类型 | 存储区 | 说明 |
| REQ | Input | BOOL | I、Q、M、D、L | 请求输入： 0 – 无请求 1 – 请求将数据发送到 Modbus 从站 |
| MB_ADDR | Input | UINT | I、Q、M、D、L 或常量 | Modbus RTU 站地址： 默认地址范围： 0 至 247 扩展地址范围： 0 至 65535 值“0”已预留，用于将消息广播到所有 Modbus 从站。 只有 Modbus 功能代码 05、06、15 和 16 支持广播。 |
| MODE | Input | USINT | I、Q、M、D、L 或常量 | 模式选择： 指定请求类型： 读取、写入或诊断： 有关详细信息，请参见 Modbus 功能表。 |
| DATA_ADDR | Input | UDINT | I、Q、M、D、L 或常量 | 从站中的起始地址： 指定 Modbus 从站中将供访问的数据的起始地址。 可在 Modbus 功能表中找到有效地址。 |
| DATA_LEN | Input | UINT | I、Q、M、D、L 或常量 | 数据长度： 指定要在该请求中访问的位数或字数。 可在 Modbus 功能表中找到有效长度。 |
| DATA_PTR | Input | VARIANT | M、D | 指向 CPU 的数据块或位存储器地址，从该位置读取数据或向其写入数据。 对于数据块，必须使用“标准 - 与 S7-300/400 兼容”访问类型进行创建。 |
| DONE | Output | BOOL | I、Q、M、D、L | 0: 事务未完成 1: 事务完成，且无任何错误 |
| BUSY | Output | BOOL | I、Q、M、D、L | 0: 当前没有“MB_MASTER”事务正在处理中 1: "MB_MASTER" 事务正在处理中 |
| ERROR | Output | BOOL | I、Q、M、D、L | 0: 无错误 1: 出错，错误代码由参数 STATUS 来指示 |
| STATUS | Output | WORD | I、Q、M、D、L | 执行条件代码 |
3.4
编译，确认无误后，点击。在弹出的“扩展的到设备”中，选择PG/PC接口类型，以及PG/PC接口。选择设备，并点击。
图3-12
在弹出的预览中，查看将要覆盖的内容，选择统一，并点击。
图3-13
3.5 监视
点击转到在线，并点击启动监视，此时即可通过PLC给变频器进行MODBUS通信。
图3-14
4 MODBUS通信控制变频器
4.1 使用MODBUS通信控制变频器启停
如下图所示，打开Tag_1，使能MB_MASTER。使能完成之后，关闭Tag_1。
图4-1
如图4-2，将MODE改为1（即写入数据），DATA_ADDR写入40101（主设定值寄存器号），DATA_PTR写入1000（给定值的写入值）。然后REQ使用一个脉冲沿来发送给定值。此时，变频器的给定值已经改为1000。
然后将DATA_ADDR写入40100（控制字寄存器号），DATA_PTR写入047E（停车），然后REQ使用一个脉冲沿来发送停车命令。再将DATA_ADDR写入40100（控制字寄存器号），DATA_PTR写入047F（启动），然后REQ使用一个脉冲沿来发送启动命令。
图4-2
注意：
MB_COMM_LOAD使能完成之后，一定要将Tag_1关闭，否则MB_MASTER模块将无法使用。
变频器启动位需要一个上升沿，所以先给其停车命令，然后发送启动命令，利用上升沿来启动变频器。
4.2 使用MODBUS通信修改和查看变频器参数
现在，以参数P1120加速时间为例，对参数的修改和查看进行讲解。
首先，进行读参数的演示。将MODE输入改为0（即读参数模式），将DATA_ADDR中写入40322（即加速时间的寄存器号），然后REQ使用脉冲沿来发送一个读请求。此时，可以接收到参数P1120中的数据位1000（即加速时间为10s）。
图4-3
然后进行写参数：将MODE输入改为1（即写参数模式），将DATA_ADDR中写入40322（即加速时间的寄存器号），在DATA_PTR中写入500，然后REQ使用脉冲沿来发送一个写请求。此时，已经将500写入了参数P1120之中，加速时间改为5s。
图4-4
控制单元中的 Modbus 寄存器和对应的参数如下表所示：
表4-1 Modbus 寄存器和对应的参数
型号 | EM DT16 | EM DT32 | EM DR16 | EM DR32 |
|---|---|---|---|---|
订货号 | 6ES7 288-2DT16-0AA0 | 6ES7 288-2DT32-0AA0 | 6ES7 288-2DR16-0AA0 | 6ES7 288-2DR32-0AA0 |
尺寸 W x H x D（mm） | 45 x 100 x 81 | 70 x 100 x 81 | 45 x 100 x 81 | 70 x 100 x 81 |
重量 | 179.7 g | 257.3 g | 201.9 g | 295.4 g |
功耗 | 5.5 W | 4.5 W | 2.5 W | 10 W |
电流消耗（SM 总线） | 145 mA | 185 mA | 145 mA | 180 mA |
电流消耗（24 V DC） | － | － | 所用的每个继电器线圈 11 mA | 所用的每个继电器线圈 11 mA |
数字输入 | ||||
输入点数 | 8 | 16 | 8 | 16 |
类型 | 漏型/源型（IEC 1 类漏型） | 漏型/源型（IEC 1 类漏型） | 漏型/源型（IEC 1 类漏型） | 漏型/源型（IEC 1 类漏型） |
额定电压 | 4 mA 时 24 V DC，额定值 | 4 mA 时 24 V DC，额定值 | 4 mA 时 24 V DC，额定值 | 4 mA 时 24 V DC，额定值 |
允许的连续电压 | 30 V DC | 30 V DC | 30 V DC | 30 V DC |
浪涌电压 | 35 V DC，持续 0.5 s | 35 V DC，持续 0.5 s | 35 V DC，持续 0.5 s | 35 V DC，持续 0.5 s |
逻辑 1 信号（） | 2.5 mA 时 15 V DC | 2.5 mA 时 15 V DC | 2.5 mA 时 15 V DC | 2.5 mA 时 15 V DC |
逻辑 0 信号（） | 1 mA 时 5 V DC | 1 mA 时 5 V DC | 1 mA 时 5 V DC | 1 mA 时 5 V DC |
隔离（现场侧与逻辑侧） | 500 V AC，持续 1 min | 500 V AC，持续 1 min | 500 V AC，持续 1 min | 500 V AC，持续 1 min |
隔离组 | 2 | 2 | 2 | 2 |
滤波时间 | 0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.4 和 12.8 ms（可选择，4 个为一组） | 0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.4 和 12.8 ms（可选择，4 个为一组） | 0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.4 和 12.8 ms（可选择，4 个为一组） | 0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.4 和 12.8 ms（可选择，4 个为一组） |
同时接通的输入数 | 8 | 16 | 8 | 16 |
电缆长度 | 500m（屏蔽），150m（非屏蔽） | 500m（屏蔽），150m（非屏蔽） | 500m（屏蔽），150m（非屏蔽） | 500m（屏蔽），150m（非屏蔽） |
数字输出 | ||||
输出点数 | 8 | 16 | 8 | 16 |
类型 | 固态 - MOSFET | 固态 - MOSFET | 继电器，干触点 | 继电器，干触点 |
电压范围 | 20.4 ~ 28.8 V DC | 20.4 ~ 28.8 V DC | 5 ~ 30 V DC 或 5 ~ 250 V AC | 5 ~ 30 V DC 或 5 ~ 250 V AC |
电流时的逻辑 1 信号 | 20 V DC | 20 V DC | － | － |
具有 10 KΩ 负载时的逻辑 0 信号 | 0.1 V DC | 0.1 V DC | － | － |
每点的额定电流（） | 0.75 A | 0.75 A | 2 A | 2 A |
灯负载 | 5 W | 5 W | 30 W DC/200 W AC | 30 W DC/200 W AC |
通态触电电阻 | 0.6 Ω | 0.6 Ω | 新设备 0.2 Ω | 新设备 0.2 Ω |
每点的漏电流 | 10 μA | 10 μA | － | － |
浪涌电流 | 8 A，最长持续 100 ms | 8 A，最长持续 100 ms | 触点闭合时 7 A | 触点闭合时 7 A |
过载保护 | 无 | 无 | 无 | 无 |
隔离（现场侧与逻辑侧） | 500 V AC，持续 1 min | 500 V AC，持续 1 min | 1500 V AC，持续 1 min | 1500 V AC，持续 1 min |
隔离电阻 | － | － | 新设备为 100 MΩ | 新设备为 100 MΩ |
断开触电间的绝缘 | － | － | 750 V AC，持续 1 min | 750 V AC，持续 1 min |
隔离组 | 2 | 3 | 2 | 4 |
每个公共端的电流 | 3 A | 6 A | 8 A | 8 A |
电感钳位电压 | - 48 V | - 48 V | － | － |
开关延迟 | 最长 10 ms | 最长 10 ms | 断开到接通最长 50 μs | 断开到接通最长 50 μs |
STOP 模式下的输出状态 | 上一个值或替换值（默认值为 0） | 上一个值或替换值（默认值为 0） | 上一个值或替换值（默认值为 0） | 上一个值或替换值（默认值为 0） |
同时接通的输出数 | 8 | 16 | 8 | 16 |
电缆长度（值） | 500m（屏蔽），150m（非屏蔽） | 500m（屏蔽），150m（非屏蔽） | 500m（屏蔽），150m（非屏蔽） | 500m（屏蔽），150m（非屏蔽） |
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