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SIEMENS西門子6GK1901-1BB20-2AB0

1. 概述
         通常情況下，要實現HMI設備與V20變頻器的通訊，需要一個支持USS通訊或MODBUS通訊的PLC，比如S7-200系列PLC。其通訊電纜連接如圖1所示。PLC的一個通訊端口與觸摸屏連接，可以采用PPI協議通訊。PLC的另一個通訊端口與V20的RS485通訊端口連接，采用MODBUS協議通訊，PLC上編寫MODBUS主站程序，V20為從站。

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圖1 觸摸屏通過PLC與V20變頻器通訊

         如果只需要對V2O變頻器做簡單的運行控制和變量監視，那么上述配置中PLC的作用僅為數據中轉。這種情況下，觸摸屏直接和V20變頻器通訊，不僅能夠實現監控功能，而且可以少用一個PLC，節省成本。采用西門子的SMART LINE系列觸摸屏能夠實現與V20變頻器直接通訊的功能。通訊電纜連接如圖2所示。SMART LINE觸摸屏作為MODBUS主站，V20為從站。

圖2 觸摸屏直接與V20變頻器通訊

2. 硬件設備及其安裝
        下面用一個實例來介紹Smart Line觸摸屏與一臺V20變頻器通過MODBUS通訊的實現方法。該例子中用到的主要硬件設備如表1所示，觸摸屏組態軟件為WinCC Flexible 2008 SP4 China。

表1 示例主要硬件設備

         硬件安裝步驟如下：
1）將變頻器、電機、觸摸屏固定在安裝工位上。
2）連接變頻器到電機的動力電纜和接地電纜。
3）連接供電電源到變頻器的動力電纜和接地電纜。
4）連接變頻器和觸摸屏的RS485通訊電纜。觸摸屏RS485的9針接口與 V20端子對應關系：3對應P+，8對應N-。
5）連接24V直流電源的交流進線電纜和到觸摸屏的直流供電電纜。

3. V20變頻器參數設置
        V20變頻器要采用MODBUS通訊，可以做如下設置：
1）變頻器恢復出廠參數：
P0010=30
P0970=21
2）變頻器快速調試，選擇Cn011-MODBUS通訊連接宏：
a)設置電網頻率和功率單位
b)輸入電機銘牌參數
c)選擇連接宏Cn011-MODBUS通訊
d)選擇應用宏AP000
Cn011連接宏對應參數如表2所示。

表2 Cn011對應參數設置

3）修改MODBUS通訊參數，其它參數為Cn011連接宏默認參數：
P2014[0]=0 不監控報文間隔時間，否則可能會報F72故障
P2021[0]=3 MODBUS設備地址為3（與觸摸屏組態軟件中設置的從站地址一致）

4. 觸摸屏組態
        在WinCC Flexible 2008 SP4 China軟件中組態Smart 1000 IE觸摸屏。詳細步驟如下：
1）創建項目。
        創建一個空項目，如圖3所示。

圖3 創建空項目

        選擇觸摸屏設備為Smart 1000 IE，如圖4所示。

圖4 選擇Smart 1000 IE觸摸屏

2）設置連接。
        在連接畫面中新建一個連接，相關參數設置如下：
通訊驅動程序：Modicon MODBUS
類型：RS485
波特率：9600
奇偶校驗：偶
數據位：8
停止位：1
組幀：RTU Standard
CPU類型：984
從站地址：3
        連接設置如圖5所示。

圖5 連接設置

3）添加變量。
        添加與變頻器監控相關的10個變量，如表3所示。

表3 變量列表

        變量地址參照V20變頻器操作手冊，添加完成后的變量畫面如圖6所示。

圖6 添加變量

         速度設定值變量SetPoint是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉速，此處采用變量的線性轉換屬性，將-16384對應-1500，+16384對應+1500，如圖7所示。再采用變量的限制值屬性，將變量的輸入值限制在-1600和+1600之間，如果超出該限制值的范圍，則輸入不起作用。如圖8所示。

SIEMENS西門子6GK1901-1BB20-2AB0
圖7 速度設定值變量線性轉換

圖8 速度設定值變量限制值

        速度反饋值變量Feedback也是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉速，此處也采用變量的線性轉換屬性，將-16384對應-1500，+16384對應+1500，如圖9所示。注意，圖9和圖7所示的線性轉換是一致的。

圖9 速度反饋值變量線性轉換

4）添加畫面。
        項目生成時已經有一個模板和一個畫面，此例僅用到一個畫面。修改畫面的名字為V20_Monitor，如圖10所示。

圖10 編輯之前的畫面V20_Monitor

5）編輯模板。
        模板中的對象在選擇使用模板的畫面中會顯示出來，此處把西門子的LOGO和退出Runtime的按鈕放置在模板中，如圖11所示。

圖11 編輯模板

         然后在按鈕的事件屬性中添加函數。在按鈕STOP RT事件屬性的單擊事件下添加StopRuntime函數，如圖12所示。

圖12 退出運行畫面按鈕事件設置

6）編輯畫面。
        在V20_Monitor畫面中放置IO域、文本域、按鈕、棒圖、圓形等對象。在文本域中輸入相應的文本，設置字號、顏色等，將相關對象分類排列整齊，完成后的V20_Monitor畫面如圖13所示。

圖13編輯完成的畫面V20_Monitor

        給10個IO域分別連接10個變量。

        其中控制字1和狀態字1采用16進制顯示，控制字1類型模式為輸入/輸出，狀態字1類型模式為輸出，如圖14所示。

圖14 控制字1對應IO域常規設置

         轉速設定、實際轉速、輸出電壓、直流電壓采用帶符號整數顯示，轉速設定類型模式為輸入/輸出，其它三個變量類型模式為輸出，如圖15所示。

圖15 實際轉速對應IO域常規設置

         輸出頻率、輸出電流、輸出轉矩、輸出功率采用帶符號整數顯示，并移動小數點2位，類型模式為輸出，如圖16所示。此處移動小數點2位的作用是將通訊接收到的值除以100并顯示在觸摸屏上，這樣做的理由是V20變頻器在發送這些值時將實際值乘了100。

圖16 輸出電流對應IO域常規設置

         除了用IO域來顯示實際轉速的數值外，還采用棒圖這種圖形化的形式來顯示實際轉速，編輯完成的棒圖外觀如圖17所示。

圖17 編輯完成的棒圖外觀

         設置棒圖的常規屬性，其中連接變量為Feedback，最大值設為2000，最小值設為-2000，如圖18所示。

圖18 棒圖常規屬性設置

         設置棒圖的外觀，如圖19所示。

圖19 棒圖外觀屬性設置

         設置棒圖刻度，如圖20所示。

圖20 棒圖刻度屬性設置

          運行指示燈用來指示變頻器是否處于運行狀態，連接變量為StsWord1的第2位，運行時顯示綠色，非運行時顯示白色。其外觀動畫設置如圖21所示。

圖21 運行指示及其外觀動畫設置

         反轉指示燈用來指示變頻器是否處于反轉狀態，連接變量為StsWord1的第14位，反轉時顯示綠色，非反轉時顯示白色。其外觀動畫設置如圖22所示。

圖22 反轉指示及其外觀動畫設置

         故障指示燈用來指示變頻器是否處于故障狀態，連接變量為StsWord1的第3位，故障時顯示紅色，非故障時顯示綠色。其外觀動畫設置如圖23所示。

圖23 故障指示及其外觀動畫設置

         接著設置4個按鈕的功能，此處在按鈕的單擊事件下添加不同的函數來實現不同的功能。
啟動按鈕：添加SetValue函數，變量為CtrlWord1，值為1150（16進制047E）。再添加SetBitInTag函數，變量仍為CtrlWord1，位為0，如圖24所示。每次按下啟動按鈕，觸摸屏將先發送047E，再發送047F給V20變頻器，實現啟動功能。

圖24 啟動按鈕事件設置

          停止按鈕：添加ResetBitInTag函數，變量為CtrlWord1，位為0，如圖25所示。每次按下停止按鈕，控制字1的第0位將被復位為0，觸摸屏將發送047E給V20變頻器，實現OFF1停車功能。

圖25 停止按鈕事件設置

        反向按鈕：添加InvertBitInTag函數，變量為CtrlWord1，位為11，如圖26所示。每次按下反向按鈕，控制字1的第11位將做非運算，觸摸屏將相應的正轉或反轉指令發送給V20變頻器，實現轉向反向功能。

圖26 反向按鈕事件設置

         故障確認按鈕：添加SetBitInTag函數，變量為CtrlWord1，位為7。再添加ResetBitInTag函數，變量仍為CtrlWord1，位為7，如圖27所示。每次按下故障確認按鈕，觸摸屏將先發送1狀態的故障確認位，再發送0狀態的故障確認位給V20變頻器，給故障確認位一個上升沿，實現故障確認功能。

圖27 故障確認按鈕事件設置