西门子CPU224XPCN 西门子CPU224XPCN模块

西门子CPU224XPCN模块

我公司主营以下产品
1、 SIMATIC S7 系列PLC：S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、ET-200
2、 逻辑控制模块 LOGO！230RC、230RCO、230RCL、24RC、24RCL等
3、 SITOP直流电源 24V DC 1.3A、2.、3A、、10A、20A、40A可并联.
4、HMI 触摸屏TD200 TD400C K-TP OP177 TP177,MP277 MP377,
SIEMENS 交、直流传动装置
1、 交流变频器 MICROMASTER系列：MM420、MM430、MM440、G110、G120. 
MIDASTER系列：MDV
2、全数字直流调速装置 6RA23、6RA24、6RA28、6RA70、6SE70系列
SIEMENS 数控 伺服
SINUMERIK:801、802S 、802D、802D SL、810D、840D、611U、S120
系统及伺报电机，力矩电机，直线电机，伺服驱动等备件销售。
 

1 ET200Pro故障安全系统介绍
与ET200S系统类似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型输入/输出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型输入/输出的模板的使用与ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）电机启动器（MotorStarter）
ET200Pro的电机启动器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，电机启动器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以达到SIL3(Cat.4)的安全等级（图1）。

图1 故障安全型电机启动器（MotorStarter）系统配置(Cat.4)

具体配置列表请参照手册：SIMATIC ET 200pro Motor starters

3）故障安全型变频器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系统中的紧凑型的故障安全型变频器。工作电压为3 AC 400V 50/60Hz，连接3相交流电机，大1.1KW，温度允许的情况下，可以连接1.5KW电机。
该变频器可以通过PROFIBUS/PROFINET的接口模板进行连接调试，也可以使用光纤转串口的电缆进行连接。
ET200Pro变频器需要与前面提到的电机启动模块中的特殊模块一起使用来对其关断信号进行评估，因而系统中需要F-Switch 或F-RSM（图2）。

图2 故障安全变频器与F-RSM的配置

其中主要的模板包括：
③接口模板
可以连接变频器模板的接口模板包括：
1) IM154-4 PN HF Cu V6.0 (6ES7 154-4AB10-0AB0)
2) IM154-2 DP HF (6ES7 154-2AA00-0AB0)
④F-RSM或者F-SWITCH
⑤故障安全型变频器（F-FC）
⑥终端模块

2 ET200Pro F-FC的调试方法
ET200Pro F-FC的组态可以通过Step7软件来实现。但变频器模板的调试工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等软件。如果系统中使用了F-Switch，则需要MotorStarter ES软件来设置相关Switch的参数。

2．1 Step7的组态
（1）新建一个S7 300站，这里选择CPU 317F-2 PN/DP做为F主机，IM154-4 PN HF Cu V6.0做为F设备。（图3）

图3 新建S7 300站

硬件组态中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC没有Profisafe报文，因而只能添加标准报文F-FC 1.1/1.5KW Standard telegram1。(图4)

图4 添加硬件

分别双击两个模板，打开属性框，将诊断选项使能。

（2）双击CPU，设置CPU的参数。

选择F 参数，为故障安全程序设置密码（图5），防止有未经授权的人修改F程序。

图5 设置F程序的密码

选择“Protection”，设定CPU程序的访问保护密码，同时将“CPU contains safety program”激活（图6）。

图6 保护选项

保存编译后，我们可以看到在Step7的Block下，出现了一些相关F系统的功能块，但由于ET200Pro F-FC没有Profisafe的报文，因而这里实际上并没有关于ET200Pro F-FC的F系统块，这也是ET200Pro F-FC与ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之处，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通过F-RSM或F-Switch来实现的。
至于如何建立Step7的F程序，这里不再详细介绍，请参考相关手册。

2．2 F-FC的调试
ET200Pro F-FC的调试需要用到Drive的一些软件。通过Step7界面，双击变频器模板，则可以打开相应的调试软件的界面。

（1） 双击打开调试界面，选择“在线”。

图7 选择在线连接到F-FC

如果无法在线操作，则检查“Option”菜单下的“Set PG/PC interface”的设置，选择合适的接口用于连接F-FC。

（2） 选择“上载”，将系统配置自动上传到PG。

图8 上传参数

在“Functions”下选择“Safety Integrated”进行安全功能的设置。注意这个选项只有在“在线”的模式下才可以操作。

图9 选择安全功能设置

（3） 打开设定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3种安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的内部，有两条F功能总线“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”。可以通过“Enables”选择这两条安全总线回路中的安全功能。如图10所示，由于F-RSM只提供一个安全回路开关(F0)，故这里只选择了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系统中使用了F-Switch，则可以设置两个安全功能回路。

图10 选择安全功能

（4） 分别设定安全功能的参数

STO：安全转矩关断。该功能激活后，变频器内部的电源被切断，电机进入自由停车状态。（图11）

图11 STO的参数设置界面

这里的设置都是关于安全回路测试的：当系统恢复正常时，是否进行回路测试，用来保证系统正常运行，以及及时检查系统错误。T=8小时的设置也是保证系统的自检测的时间。
SS1:安全停车指令1。当SS1被激活时，系统按照设定的参数进行停车。否则进入故障状态，并终进入STO。

西门子CPU224XPCN模块
图12 SS1的参数设置界面

Standstill:截止频率。当停车过程中，频率达到该设定值时，进入STO状态。
Tr：停车时间设定；
Tv: 延时监控时间。超出该设定值，变频器进入故障状态，同时马上进入STO状态。

SLS：安全限速。安全限速有4种模式，分别对应4种安全限速的动作。这里需要定义安全限速的设定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和选择模式。

图13 SLS的参数设置界面

参数设定和修改都需要“Accept settings”才能生效。这里需要输入密码和进行验证。

图14 参数修改和生效

2．3 F-RSM的调试

ET200Pro F-FC的F功能需要通过F-RSM或者F-Switch来实现（见图15），因而需要对F-RSM进行设置。

图15 ET200Pro F-FC与F-RSM/F-Switch的配置原理图

（1）F-RSM的连线

图16 F-RSM组件

其内部原理图为：

图17 F-RSM的原理图

F-RSM内部为一个3TK2841的安全继电器，其中输入端子为IN1/IN2，可以用于连接急停按钮；IN3做为3TK2841的“monitered START”输入端，当选择“自动启动”时，该端子可以不接。
输出“OUT”做为3TK3841的功能输出连接端子，内部busbar总线将“F0”输出到F-FC,做为安全功能的激活信号。

与称重变送器和称重仪表不同，SIWAREX系列称重模块可以直接接收称重传感器输出的mV信号，并与西门子控制系统（包括S7 200/300/1200/ET200M/ ET200S）无缝集成，具有扩展灵活、精度高、响应速度快等优点。SIWAREX系列称重模块其设计用于各种工业环境，具备很高的抗干扰能力，但是为了保证模块运行可靠，在安装接线等方面必须要规范操作。

图1 SIWAREX集成化解决方案替代称重变送器/仪表

EMC即电磁兼容性，描述了电气设备在特定的电磁环境下，既不受到电磁环境的影响，也不会对周围环境产生影响的能力。在系统安装之前，一定要执行EMC设计规范，分析各种可能存在的干扰源。

电磁干扰可以通过以下几种方式干扰到控制系统和称重模块的正常工作：
（1） 电磁场直接作用于控制系统；
（2） 通过现场总线引入干扰，如PROFIBUS DP；
（3） 通过过程信号电缆引入干扰；
（4） 通过电源或者保护地引入干扰；

根据传输介质（导电还是非导电）以及干扰源与设备之间的距离，干扰信号可以通过四种耦合方式进入到控制系统：
（1） 电导耦合
（2） 电容耦合
（3） 电感耦合
（4） 辐射耦合

安装接线注意事项

原则1：接地面积要大
安装自动化设备时，不可动的金属部件要接地，接地面积要大，接地电阻要小，比如通过扁钢、铜排、截面积比较大的电缆等。喷漆或者阳极化处理的金属部件，通过螺丝接地时，需要通过专门的接地片或者去掉接触面的防腐层。因为铝很容易氧化，不适宜作为接地材料。

图2 接地铜排及电缆

原则2：电缆敷设要分类
在敷设电缆时，将其按照主电源线、电源线、信号线、现场总线等进行分类，电源线与信号线一定要走不同的穿线管或者走线槽，信号线尽可能贴着支撑梁、金属导轨、机柜背板等走线。

原则3：等电势体
创建等电势体，并将系统内的所有电气设备都通过等电势体连接到大地。对于防爆应用场合，必须建立等电势体。

原则4：电缆屏蔽层要连接
称重模块与传感器之间推荐使用西门子提供的专用电缆，如图3所示。
电缆型号：Li2Y 1 x 2 x 0.75 ST + 2 x (2 x 0.34 ST) – CY
订货号： 非防爆 7MH4702-8AG 防爆 7MH4702-8AF
注意：如果使用第三方电缆，请使用两两双绞屏蔽，外面还要有一层总屏蔽的双屏蔽电缆：

图3 称重模块与传感器之间连接电缆

当传感器与称重模块之间距离很远时，在有等电势体的前提下，建议屏蔽层在接线盒和模块处均大面积接地，如下图所示：

在模块侧电缆的屏蔽层压直接压在屏蔽安装单元上，如下图所示：

图4 电缆屏蔽层的连接

原则5 各种屏蔽连接单元的使用
在称重模块侧，称重传感器电缆的屏蔽层通过各种屏蔽连接元件与安装背板或者导轨进行大面积连接。
对于S7 200中使用的SIWAREX MS模块其屏蔽连接端子如下图所示，订货号：6ES5728-8MA11，每包10个。

图5 SIWAREX MS屏蔽连接端子

对于SIWAREX U、SIWAREX FTC和SIWAREX FTA模块，屏蔽连接元件和屏蔽连接端子需要配合使用，其中：
屏蔽连接单元，订货号：6ES7390-A00-0AA0，可供两个SIWAREX U 使用，（对于SIWAREX FTC和SIWAREX FTA模块一个连接单元只能连接一个模块。）
屏蔽连接端子，订货号：6ES7390-5CA00-0AA0，每包两个，适合线径为4 到13mm 的传感器电缆。

图6 SIWAREX U/FTA/FTC屏蔽连接单元及端子

对于SIWAREX CS模块
屏蔽连接元件，订货号：6ES7193-4GA00-0AA0，每包5个；
屏蔽连接端子，订货号：6ES7193-4GB00-0AA0，每包5 个；

图7 SIWAREX CS屏蔽连接单元及端子

屏蔽连接端子和单元组装后，如下图所示：

图8 SIWAREX CS屏蔽连接单元及端子装配图

原则6：接线盒的选择
当一台秤使用多个称重传感器时，传感器电缆必须通过接线盒将电缆进行并联。西门子提供专用的接线盒，有不锈钢和铝两种材质，外壳喷漆处理，如下图所示。盒子上面有4个进线空，下面有一个出线孔，即多允许四个传感器并联。
订货号： 不锈钢材质 7MH4710-1EA 铝材质 7MH4710-1BA

图9 西门子称重传感器接线盒

接线盒的电缆密封格兰头内有4个金属片，当电缆从该格兰头穿过时，电缆的屏蔽层通过四个金属片压紧，并与金属格兰头大面积接触，而金属格兰头与接线盒壳体是导通的，这样连到接线盒上的所有传感器的屏蔽层通过金属壳体导通，而且导通电阻非常小。

图10 接线盒电缆密封格兰头

图11 电缆屏蔽层通过电缆密封格兰头内金属片压紧图

在有等电势体的情况下，接线盒可以通过其接地端子进行接地。该接地端子与电缆密封格兰及壳体都是连通的。

图12 接线盒接地端子

注意：如果需用第三方接线盒，要求接线盒的壳体及其电缆密封格兰都必须是金属的。

EMC问题通常会引起称重模块的SF指示灯亮或者重量显示错误，通常可以检查下列几点：

（1） 在称重模块侧，电缆屏蔽层是否通过各种屏蔽连接元件接地；
（2） 在接线盒处，电缆屏蔽层是否通过接线盒的金属密封格兰与接线盒连接，而不是将屏蔽层连接到内部端子上；
（3） 称重传感器接地电缆，截面积大于16mm2，这样可以一定程度上防止现场电焊等操作造成传感器过电流损坏。如果从西门子采购，该电缆订货号为7MH3701-1 AA1

图13 称重传感器接地电缆

（4） 电缆屏蔽层接地点是否等电势，等电势体的截面积是否足够大。
（5） 称重模块与传感器之间的连接电缆与电源或者电机（尤其变频器控制的电机）的动力电缆距离是否太近了。
（6） 检查控制柜中称重模块与变频器或者它的的电缆太近了。
（7） 继电器、开关或者电磁阀门是否有保护电路，或者保护电路是否工作正常。
（8） 24V供电电源也可能引起模块故障。在这种情况下，24V电源可以并联稳压二极管，1N6285的效果就很好，击穿电压不高于34V。
（9） 在某些特殊场合还可能用到滤波器。经过测试EPCOS的SIFI-B或D型滤波器效果很好。如果故障来源于传感器电缆，那么EXC、SENSE和SIG各需要一个滤波器。