变频技术及应用 课件 学习情境5、6 G120变频器的通信技术、G120变频器的维护

学习情境5

G120变频器的通信技术认识PROFIBUS和PROFINET任务概述：该任务要求了解PROFIBUS和PROFINET通信的知识，知道西门子变频器的PFOFIdrive报文行规和西门子通信的状态字及控制字定义。任务要求如下：1、 了解PROFIBUS通信；2、 了解PROFINET通信；3、 了解PROFINET和PROFIBUS的区别；4、 了解西门子变频器的PFOFIdrive报文行规；5、 掌握G120变频器通信的控制字与状态字；认识PROFIBUS和PROFINET任务要求（1） 了解PROFIBUS和PROFINET通信，以及它们之间的区别；（2） 掌握G120变频器的PFOFIdrive报文行规；（3） 掌握G120变频器通信的控制字与状态字；（4） 能够按照要求选择G120变频器的PFOFIdrive报文；（5） 能够理解G120变频器通信的控制字与状态字，并能熟练应用认识PROFIBUS和PROFINET任务学习：1、PROFIBUS介绍

2、PROFINET介绍3、PROFINET和PROFIBUS的区别4、西门子PROFIdrive行规5、控制字和状态字6、扩展报文一、 PROFIBUS介绍

PROFIBUS(ProcessFieldbus的缩写)是由以西门子为首的13家公司和5家科研机构在联合开发的项目中制定的标准化规范，是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等自动化领域。PROFIBUS有PROFIBUSDP、PROFIBUSFMS和PROFIBUSPA三种通信协议类型。PROFIBUS中最早提出的是PROFIBUSFMS（FMS代表FieldbusMessageSpecification），是一个复杂的通信协议，为要求严苛的通信任务所设计，适用在车间级通用性通信任务。后来在1993年提出了架构较简单，速度也提升许多的PROFIBUSDP（DP代表DecentralizedPeripherals）。PROFIBUSFMS是用在PROFIBUS主站之间的非确定性通信。PROFIBUSDP主要是用在PROFIBUS主站和其远程从站之间的确定性通信，但仍允许主站及主站之间的通信。而PA则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。二、PROFINET介绍基于传统的以太网底层标准协议IEEE802.3的工业以太网PROFINET，是一种新一代工业自动化通信标准，主要是面向工业现场自动化领域。是由PROFIBUS国际组织(PROFIBUSInternational，PI)推出，新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(如PROFIBUS)技术，保护现有投资。三、 PROFINET和PROFIBUS的区别1.数据传输的带宽PROFIBUS数据传输的带宽最大为12Mbps，PROFINET数据传输的带宽为100Mbps。

2.数据传输的方式PROFIBUS数据传输的方式为半双工，PROFINET数据传输的方式为全双工。3.数据最大长度PROFIBUS一致性数据最大为32bytes，PROFINET一致性数据最大为254bytes。4.用户数据最大长度PROFIBUS用户数据的最大为244bytes，PROFINET用户数据的最大为1400bytes。5.总线最大长度PROFIBUS12Mbps的最大总线长度为100m，PROFINET设备之间的总线长度为100m。6.引导轴PROFIBUS引导轴必须在DP主站中运行，PROFINET引导轴可以运行在任意SIMOTION中。

7.组态和诊断PROFIBUS组态和诊断需要专门的接口模板（例如CP5512），PROFINE可以使用标准的以太网网卡。8.抗干扰性能PROFIBUS如果一个PG接入可能引起通信问题，PROFINETRT一个PG接入可能产生极小的反应，而对于PROFINETIRT接入不会引起任何问题。9.网络诊断PROFIBUS需要特殊的工具进行网络诊断，PROFINET使用IT相关的工具即可。10.主站数PROFIBUS总线上一般只有一个主站，多主站系统会导致DP的循环周期过长；PROFINET任意数量的控制器可以在网络中运行，多个控制器不会影响IO的响应时间。11.终端电阻PROFIBUS总线上的主要故障来源于总线终端电阻不匹配或者较差的接地，PROFINET不需要总线终端电阻。12.通信介质PROFIBUS使用铜和光纤作为通信介质，PROFINET无线WLAN可用于额外的介质。13.站点类型PROFIBUS一个接口只能做主站或从站，PROFINET所有数据类型可以并行使用，PROFINET一个接口可以既做控制器又做IO设备。14.设备位置PROFIBUS不能确定设备的网络位置，PROFINET可以通过拓扑信息确定设备的网络位置。四、 西门子PROFIdrive行规五、控制字和状态字1、控制字控制字就是起到对变频器的工作运行进行控制的一个字。一个16进制的字可以分为16个位，每个控制位都对应不同的含义，例如：启动、停止控制位、OFF2停车控制位、变频器使能控制位、故障复位控制位等。可以通过端子控制的方式或者通信控制的方式控制控制字的各个控制位，从而可以达到控制变频器的目的。G120变频器通过通信接收到的控制字中每一位都有其特定的功能2、状态字变频器的状态字表示的是变频器目前的状态，是运行还是停机，是报警还是故障等。一个16进制的字可以分为16个位，每个控制位都对应不同的含义。通过硬线连接端子的方式或者通信的方式来读取状态字的各个状态位，就可以知道变频器目前的状态。G120变频器通过通信发送的状态字中每一位都代表了变频器不同的状态六、 扩展报文选择一个报文后，变频器会将现场总线接口和相应的信号互联在一起。但是在选择固定报文后，该互联无法被修改。如果要修改互联，则需要选择自由报文999，即扩展报文来实现通信参数的自由互联。通过修改通信参数，不但可以实现报文的扩展，而且可以真正实现报文的自由互联，使调试人员调试通信参数时更加灵活。一、单选题1.PROFIBUSDP的通信速率最大为（）。A．9.6kb/sB.1.5Mb/sC.387.5kb/sD.12Mb/s2.PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统，在一个总线上，最多可连接（）个站点。8B.16C.126D.1283.PROFIBUSDP的通信无中继的一个网络段最长可以有（）。200mB.0.5kmC.1kmD.1.2km4.PROFINET的通信速率最大为（）。A．1.5kb/sB.12Mb/sC.387.5kb/sD.100Mb/s认识PROFIBUS和PROFINET5.G120变频器的PROFIdrive报文（）是自由报文。报文1B.报文20C.报文352D.报文999G120变频器PROFIdrive报文PZD表示（）。参数通道B.过程数据C.控制字D.状态字7.G120变频器PROFIdrive报文PKW表示（）。参数通道B.过程数据C.控制字D.状态字8.控制字1的第（）位可以切换指令组数据CDS0。A.0B.7C.10D.15二、多选题1.PROFIBUS有（）通信协议类型PROFIBUSDPB.PROFIBUSFMSC.PROFIBUSPAD.PROFINET2.PROFINET网络布局自由灵活，拓扑形式可以为（）多种形式。A.总线型B.星型C.树形D.环型三、简答题1.PROFIBUS和PROFINET的区别是什么？2.G120变频器的PROFIdrive报文都有哪些？G120变频器与S7-300PLC的profinet通信学习情境5

G120变频器的通信技术G120变频器与S7-300PLC的profinet通信任务概述：本任务采用S7-300PLC通过PROFINET通信实现对G120变频器的控制。完成G120变频器与S7-300PLC的网络连接和通信配置，配置G120变频器和S7-300PLC的PROFIdrive通信报文，在PLC中编写程序，通过PLC的I/O点实现对电动机的启动、停止、速度给定的控制。所需设备：

G120变频器、G120控制单元（带有PN通信接口）、CPU带有PROFINET通信接口的S7-300PLC、安装有STARTER软件和STEP7软件的计算机、profinet网线、USB编程电缆、开关、三相异步电动机、与S7-300PLCI/O连接的按钮和指示灯、操作箱（带有开关、按钮、指示灯、电动电位计和指针表）。所需工具和材料万用表、螺丝刀、拔线钳、扳手、电线。任务要求（1） 完成变频器主回路接线；（2） 完成变频器和S7-300PLC的网络连接；（3） 完成电动机的正向点动和反向点动；（4） 完成按钮、指示灯与S7-300PLCI/O的连接；（5） 完成G120变频器与S7-300PLC的通信配置；（6） 完成G120变频器和S7-300PLC的PROFIdrive通信报文的配置；（7） 实现使用S7-300PLCI/O通过通信控制G120变频器的启停和转速调节。安全要求（1） 送电前检查变频器输入侧无对地短路现象；（2） 送电前检查变频器输出侧无对地短路现象；（3） 检查电动机无短路、断路、接地现象且三相电阻平衡；（4） 检查PLC输入侧无对地短路现象；（5） 检测网线和控制回路按照控制要求接线准确无误；（6） 保证接线正确牢固；（7） 送电后检查面板显示是否正常；（8） 主回路接线时要在变频器停电5分钟后进行，防止触电事故。G120变频器与S7-300PLC的profinet通信任务分析：要完成任务，首先要要建立变频器和控制器之间的PROFINET通信。在建立通信前，首先要完成网络的连接之后，通过以下步骤建立通信，并完成调试：1. 在STEP7中配置G120变频器；2. STEP7硬件组态；3. G120变频器参数设置；4. STEP7编程控制变频器。G120变频器与S7-300PLC的profinet通信任务实施：

要完成任务，首先要进行主回路和控制回路的硬件的接线，USB通信连接，S7-300plc与G120变频器的网络连接。通信设置，然后按照控制回路接线图对变频器进行调试。一、主回路硬件接线

二、控制回路的接线

由于是网络控制，因此变频器只是通过PROFINET网与PLC连接到同一个网络当中即可。三、通信的连接

使用网络电缆将装有STARTER软件的编程PC与G120变频器及S7-300PLC进行连接，并确保通信正常。四、

通信调试

G120和S7-300之间的PN连接和设置设置编程器PC的通信接口打开STEP7软件新建一个s7-300PLC项目设置PG/PC分别对CPU和驱动装置G120分配相应的网络地址PLC项目硬件组态G120变频器通信配置PLC编程控制变频器运行记录学习情境6

G120变频器的维护变频器的维护点检变频器的维护点检任务概述：该任务要求了解使用变频器的安全注意事项及检测标准，变频器的日常点检。。任务要求如下：知识目标：1、 了解使用变频器的安全注意事项及检测标准；2、 了解变频器的点检维护的技术要求；3、了解变频器的日常点检；任务要求能力目标1、能够掌握使用变频器的安全注意事项；2、熟悉变频器的点检维护内容，能够完成变频器的日常点检；变频器的维护点检任务学习：1、使用变频器的安全注意事项及检测标准

2、影响变频器的因素

3、变频器的点检

4、变频器的维护保养

5、通用型变频器点检故障处理案例一、 使用变频器的安全注意事项及检测标准

1.安全注意事项（1）在安装、电路连接（配线）、运行、维护检查变频器前，必须熟悉产品说明书内容，以保证正确使用。（2）变频器的安放应符合标准要求（温度、湿度、振动、尘埃）的场所。（3）变频器和电动机接地端（PE）必须可靠接地。（4）变频器必须安装好外盖后，才能接通电源。接通电源后，不能取去外盖。（5）变频器接通电源后，即使处于停止状态，端子上仍带电，不能触摸。（6）不能采用接通和断开主电路电源的方法操作变频器的运行和停止。（7）不能让纱头、纸、木片、尘土、金属屑等异物掉入变频器，更不能让这些物质附着于散热片上。（8）变频器的散热板、制动电阻等有时温度很高，不要触摸。（9）变频器较长时间不使用时，必须切断变频器的电源。（10）接通电源后因变频器内电路板及其它装置有高电压，不能用手触摸。一、 使用变频器的安全注意事项及检测标准

2.检测标准（1）外观、构造检查检查变频器的型号正确无误、安装环境无问题、装置有无脱落或破损、电缆直径和种类合适、电气连接无松动、接线无错误、接地可靠等。（2）绝缘电阻的检查，测量变频器主电路绝缘电阻时，必须将所有输入端(R、S、T)、直流母线（DC+、DC-）端和输出端(U、V、W)都连接起来后，再用500V兆欧表测量绝缘电阻，其值应在5MΩ以上。而控制电路的绝缘电阻应用万用表的高阻挡测量，测量时断开所有控制电路端子对外的连接，在控制电路端子和接地端之间进行连续测试，测量值大于或等于1MΩ为合格，不能用兆欧表或其他有高电压的仪表测量。（3）电源电压检查，检查主电路电源电压是否在允许电源电压值以内。二、影响变频器的因素变频器在工业当中的适用场合会长期受到温度、湿度、振动、尘土等环境因素的影响，如果点检维护得当，就能延长使用寿命，减少由于突发故障造成的生产损失。变频器应该安装在控制柜内部，控制柜在设计时要注意以下问题：1.散热问题2.电磁干扰问题3.防护问题三、 变频器的点检（一）变频器点检的主要内容从以上内容要求可以看出，变频器的散热问题、电磁干扰问题和防护问题是变频器点检维护需要注意的重要问题，因此在点检运行中变频器时要注意变频器的温度、变频器的干扰、变频器的防护等方面。1、检查变频器电器柜内（特别是现场安装的变频器柜）是否有结露或漏水现象；2、检查变频器电器柜内及变频器本体是否积尘过多，防尘网、过滤网是否已经堵塞、柜内冷却风机是否运行良好；3、检查变频器自带冷却风扇是否运行良好，无停转现象；4、检查变频器在运行中是否有震动现象；5、检查变频器接线端子及主回路接线端子是否有发热变色现象；6、检查变频柜内是否有异味；7、检查变频器运行时是否产生干扰影响其它设备的运行。（二）、变频器运行当中的日常点检：变频器在正常运行过程中不拆卸其盖板，检查有无异常现象，以便及时发现问题，及时处理。通常检查的内容和相应的处理方法如下。1、检查操作面板是否正常。用眼睛观察面板显示是否缺损、变浅或闪烁。如有异常应更换面板或检修。2、检查电源电压、输出电压、直流电压是否正常。用整流型电压表分别测量三相电源电压，正常情况正应该平衡，电压值在正常范围内，单相电源电压也在正常范围内。若三相不平衡或输出电压偏听偏低，说明变频器有潜在故障，必须停机检修。直流电压值过低也要检查修理。3、用眼睛检查电源导线、输出导线是否发热、变形、烧坏。如果有此情况，通常是接线端松动，必须扭紧；或停机更换导线，拧紧接线端。4、用眼睛和耳朵观察冷却风机运转是否正常，如不正常应停机后清洗或更换新冷却风机。5、使用红外测温枪检查散热器温度是否正常（可用红外线测温仪测量），如不正常，若是环境温度过高，应该采取措施降低环境温度；若是冷却风机使用年限已到或堆积尘埃、油污致使散热器温度升高，则应清洗或更换冷却风机。6、检查变频器是否有振动现象（最好用振动测量仪测试）。直接用手摸变频器外壳，可发现较严重的振动现象；用长柄螺丝刀一头触变频器，耳朵贴紧螺丝刀柄，可以发现轻微的振动现象。这种振动通常是电动机振动引起的共鸣，它可以造成电子器件的机械损伤。采用增加橡胶垫的方法可减少或消除这种振动，另外也可以利用变频器跳跃的功能避开机械共振点。这种做法应在确保控制精度的前提下进行。7、用鼻子检查变频器在运行过程中有无异味。（三）变频器精密点检1.变频器断电后，不能马上检查，因平波电容上仍然有高压电，在DC+与DC-两端的直流电压低于30V后方可检查；2.注意鼠患（定期检查变频器配线）；3.要定期检查风扇且及时更换；4.散热：定期清理灰尘；灰尘与潮湿是变频器的最致命杀手，特别是当停机几天后，粘在电路板上的尘埃返潮，这时送电后变频器电路板最容易打火而损坏。最好能将变频器安装在空调房间里，或装在有虑尘网的电柜里。要定时清扫电路板及散热器上的灰尘；停机一段时间的变频器在通电前最好用电吹风吹一下电路板！5.用数字万用表测量变频器输出电压有1000多伏（输入380V），这是由于变频器输出电压是高频载波，普通没防干扰的数字表在这里测量是很不准。建议使用指针式万用表测量。6.出现故障时，不要马上复位,首先排除故障，故障排除后再复位变频器；7．定期紧固变频器及变频柜内元器件的接线；8．定期检查变频器接地是否良好、屏蔽是否接地良好，以免变频器运行时干扰到其他电器设备；9．不能在变频器主回路输出端子上使用摇表测量变频器或电机的绝缘；10．更换放置一年以上的变频器备件时，首先要对变频器进行充电。11.保持变频器周围环境清洁、干燥以及不能有腐蚀性气体存在。严禁在变频器附近放置杂物(如备品备件等)。12.每次维护变频器后，要认真检查有无遗漏的螺丝及导线等，防止小金属物品造成变频器短路事故。四、 变频器的维护保养变频器日常维护保养的具体内容可以分为：1、运行数据记录，故障记录：2、变频器日常检查：3、变频器保养：五、通用型变频器点检故障处理案例（一）参数设置类故障（二）、过压类故障（三）、过电流故障（四）、过载故障（五）、其他故障（六）、现场案例一、单选题1.变频器控制电路的绝缘电阻应用（）测量。A．万用表二极管档B.兆欧表C.万用表高阻挡D.摇表2.如果变频器的功率很大占整个系统（）以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。A．15%B.25%C.50%D.75%3.变频器断电后，不能马上检查，因平波电容上仍然有高压电，在DC+与DC-两端的直流电压低于（）后方可检查A．10VB.20VC.30VD.50V4.更换放置（）以上的变频器备件时，首先要对变频器进行充电。A．三个月B.半年C.一年D.两年变频器的维护点检二、多选题1.测量变频器主电路绝缘电阻时，必须将（）都连接起来后，再用500V兆欧表测量绝缘电阻。A．输入端(R、S