Drehzahlsteuern eines SINAMICS Antriebes mit SIMATIC S über MODBUS-TCP

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1 Drehzahlsteuern eines SINAMICS Antriebes mit SIMATIC S über MODBUS-TCP SINAMICS / Firmware Version Siemens Industry Online Support

2 Gewährleistung und Haftung Gewährleistung und Haftung Hinweis Die Anwendungsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Anwendungsbeispiele stellen keine kundenspezifischen Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bei typischen Aufgabenstellungen bieten. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Dieses Anwendungsbeispiel enthebt Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieses Anwendungsbeispiels erkennen Sie an, dass wir über die beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden können. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesem Anwendungsbeispiel jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Anwendungsbeispiel und anderen Siemens Publikationen, wie z. B. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang. Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr. Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Anwendungsbeispiel beschriebenen Beispiele, Hinweise, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z. B. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der groben Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadensersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Anwendungsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von der Siemens AG zugestanden. Securityhinweise Siemens bietet Produkte und Lösungen mit Industrial Security-Funktionen an, die den sicheren Betrieb von Anlagen, Systemen, Maschinen und Netzwerken unterstützen. Um Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke gegen Cyber-Bedrohungen zu sichern, ist es erforderlich, ein ganzheitliches Industrial Security-Konzept zu implementieren (und kontinuierlich aufrechtzuerhalten), das dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Die Produkte und Lösungen von Siemens formen nur einen Bestandteil eines solchen Konzepts. Der Kunde ist dafür verantwortlich, unbefugten Zugriff auf seine Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke zu verhindern. Systeme, Maschinen und Komponenten sollten nur mit dem Unternehmensnetzwerk oder dem Internet verbunden werden, wenn und soweit dies notwendig ist und entsprechende Schutzmaßnahmen (z.b. Nutzung von Firewalls und Netzwerksegmentierung) ergriffen wurden. Zusätzlich sollten die Empfehlungen von Siemens zu entsprechenden Schutzmaßnahmen beachtet werden. Weiterführende Informationen über Industrial Security finden Sie unter Die Produkte und Lösungen von Siemens werden ständig weiterentwickelt, um sie noch sicherer zu machen. Siemens empfiehlt ausdrücklich, Aktualisierungen durchzuführen, sobald die entsprechenden Updates zur Verfügung stehen und immer nur die aktuellen Produktversionen zu verwenden. Die Verwendung veralteter oder nicht mehr unterstützter Versionen kann das Risiko von Cyber-Bedrohungen erhöhen. Um stets über Produkt-Updates informiert zu sein, abonnieren Sie den Siemens Industrial Security RSS Feed unter Beitrags-ID: , V1.0, 11/2017 2

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Gewährleistung und Haftung Einführung Überblick Funktionsweise Verwendete Komponenten Engineering Konfiguration Bedienung Wissenswertes Grundlagen Feldbus Überwachungszeit Anhang Service und Support Ansprechpartner Links und Literatur Änderungsdokumentation Beitrags-ID: , V1.0, 11/2017 3

4 1 Einführung 1 Einführung 1.1 Überblick Mit der SINAMICS Firmware Version V4.8 unterstützt der S120, G130 und G150 das Kommunikationsprotokoll Modbus TCP. Diese Applikation beschreibt die Konfiguration von Modbus TCP beim S Funktionsweise Modbus TCP arbeitet verbindungsorientiert, deshalb wird vor der Nutzdatenübertragung eine Client- Server Beziehung aufgebaut. Bei den Antrieben ist die Modbus TCP Server Funktionalität implementiert. In der Beispielapplikation wird eine S als Modbus-TCP Client konfiguriert, der sich auf einen Modbus-TCP Server (Antrieb) verbindet. 1.3 Verwendete Komponenten Dieses Anwendungsbeispiel wurde mit diesen Hard- und Softwarekomponenten erstellt: Tabelle 1-1 Komponenten Komponente Anzahl Artikelnummer S7-1516F 1 6ES7516-3FN00-0AB0 CU310-2 PN 1 6SL3040-1LA01-0AA0 Beitrags-ID: , V1.0, 11/2017 4

5 2 Engineering 2 Engineering 2.1 Konfiguration Voraussetzung für die weiteren Schritte ist die erfolgreiche Inbetriebnahme des Antriebs. Eine Kurzanleitung zur Inbetriebnahme eines Beispielprojekts mit einem einfachen SINAMICS S120-Antriebsstrang finden Sie unter dieser Adresse: Tabelle 2-1 Konfiguration 1. Stellen Sie beim Antriebsobjekt CU p2030 = 13 (Modbus TCP) ein. 2. Stellen Sie über p8924 den DHCP-Modus ein. Wenn Sie die Schnittstellenparameter selbst vorgeben, stellen Sie den Wert 0 ein. Bei Verwendung der DHCP-Funktion, können Sie mit Schritt 6 fortfahren. 3. Stellen Sie über p8921 die IP-Adresse für die Onboard PROFINET- Schnittstelle auf der Control Unit ein. Hier im Beispiel Stellen Sie über p8922 das Standard-Gateway ein. 5. Stellen Sie über p8923 die Subnetzmaske ein. Beitrags-ID: , V1.0, 11/2017 5

6 2 Engineering 6. Stellen Sie mit p8925 = 2 die Einstellung "Konfiguration aktivieren und speichern" als Schnittstellen-Konfiguration ein. 7. Mit Modbus TCP adressieren Sie immer das erste Antriebsobjekt aus der Liste der Antriebsobjekte (p0978[0]). In diesem Parameter muss ein Servooder Vektor-Antriebsobjekt liegen. Wenn p0978[0] kein gültiges Antriebsobjekt enthält, wird der Kommunikationsaufbau mit der Warnung A08555 quittiert. Kontrollieren Sie im Inbetriebnahme-Tool STARTER die Liste der Antriebsobjekte p0978. Die Abbildung zeigt die richtige Konfiguration. 8. Speichern Sie die Einstellungen im Inbetriebnahme-Tool STARTER und führen Sie ein POWER ON durch. Beitrags-ID: , V1.0, 11/2017 6

7 2 Engineering 2.2 Bedienung Für die Bedienung des Applikationsbeispiels ist der Inhalt dieses Abschnitts unbedingt erforderlich. Das Beispielprojekt steht über den SIOS Beitrag zur Verfügung. Bevor der Beispiel Funktionsbaustein "Modbus_Communication" die Verbindung zum Partner aufbauen kann, müssen vorher in der Anwenderapplikation die Verbindungsparameter vorgegeben werden. Alle relevanten Informationen sind im Eingangsparameter configuration enthalten. Für die bessere Übersichtlichkeit der Parametrierung wurde dafür eine Struktur in dem PLC-Datentyp typemodbus_config definiert. Tabelle 2-2 Verbindungsparameter connection Parameter Datentyp Beschreibung Struct interfaceid HW_ANY Hardware-Kennung der lokalen Schnittstelle. Siehe PLC-Variablen Default tag table Systemkonstanten (default: 64=PROFINET_interface_1). connectionid CONN_ANY Referenz auf die Verbindung 16# #0FFF(default) localport UInt Lokaler Port (default: 3456). Siehe Systemfunktion TCON. partnerport UInt Port der Partnerseite (default: 502) Siehe Systemfunktion TCON. partnerip IP_V4 IP Adresse vom Antrieb. Abbildung 2-1 Verbindungsparameter in der Applikation // Connection parameter // //hardware identifier of the local interface "Modbus_Communication_DB".configuration.connection.interfaceID :="Local~PROFINET_interface_1"; //unique Der connection Beispiel identifier Funktionsbaustein (16# #0FFF) "Modbus_Communication" regelt intern die "Modbus_Communication_DB".configuration.connection.connectionID Modbus-TCP-Kommunikation zum Antrieb und enthält := die 500; Basis //local port number, see system function TCON "Modbus_Communication_DB".configuration.connection.localPort Zustandsmaschine für einen PROFIdrive-Antrieb, um := diesen 3456; in einen dedizierten //drive Betriebszustand port number zu bringen oder diesen definiert auszuschalten. "Modbus_Communication_DB".configuration.connection.partnerPort := 502; //IP-address Nachfolgend from the sind cu xxx.xxx.xxx.xxx die Eingang- und = [1].[2].[3].[4] Ausgangsparameter des Funktionsbausteines "Modbus_Communication_DB".configuration.connection.partnerIP.ADDR[1] := 192; "Modbus_Communication" erklärt, wie sie in der Beispielapplikation umgesetzt "Modbus_Communication_DB".configuration.connection.partnerIP.ADDR[2] := 168; "Modbus_Communication_DB".configuration.connection.partnerIP.ADDR[3] wurden. := 214; "Modbus_Communication_DB".configuration.connection.partnerIP.ADDR[4] := 2; Beitrags-ID: , V1.0, 11/2017 7

8 2 Engineering Abbildung 2-2 FB Modbus_Communication Bool enable error Bool Bool request status Word Bool Int faultacknowle dge speed "typemodbus_config" configuration Tabelle 2-3 Parameter Parameter Datentyp Kommentar enable Bool TRUE: Startet den FB mit einer steigenden Flanke. Es wird automatisch die Modbus-TCP-Verbindung zum Partner aufgebaut. FALSE (default): Mit einer fallenden Flanke, wird die Verbindung abgebaut. request Bool TRUE: Die Achse wird schrittweise in den Betriebszustand S4 (Operation) geschalten. FALSE (default): Der Antrieb wird schrittweise in den Betriebszustand S1 (Switching On Inhibited) geschaltet. faultacknowledge Bool TRUE: Quittierung von Achsfehlern. speed Int Drehzahlsollwert in rpm. configuration typemodbus_config FB Konfiguration. error Bool TRUE: Es ist ein Fehler aufgetreten. Genauere Information liefert der Ausgabeparameter status. FALSE: Es ist kein Fehler aufgetreten. status Word FB Status, siehe Systemfunktion MB_CLIENT. Nach einer steigenden Flanke des booleschen Eingangs enable werden die Konfigurationsparameter übernommen und versucht eine Modbus TCP-Verbindung aufzubauen. Die Achse wird über das Eingangsbit request = 1 eingeschaltet. Nachdem die Achse eingeschaltet ist, wird der Drehzahlsollwert am Bausteineingang speed an die Achse geschickt. Vorher wird die Bezugsdrehzahl von Parameter 2000 automatisch ausgelesen, damit der Sollwert richtig normiert wird. Stehen an der Achse Fehler an, werden diese mit dem Eingangsbit faultacknowledge quittiert. Das Ausgangsword status gibt den Status der intern genutzten Anweisung "MB_CLIENT" an den Anwender. Das gleiche gilt für die Ausgabe vom Ausgangsbit error. Beitrags-ID: , V1.0, 11/2017 8

9 3 Wissenswertes 3 Wissenswertes 3.1 Grundlagen Modbus-TCP-Client Als Beispiel für den Modbus-TCP-Client wurde die Anweisung "MB_CLIENT" der S gewählt. Die Anweisung "MB_CLIENT" kommuniziert als Modbus-TCP- Client über die gewählte lokale Schnittstelle. Über die Anweisung "MB_CLIENT" bauen Sie eine Verbindung zwischen dem Client und dem Server auf, senden Modbus-Anfragen, empfangen Antworten und steuern den Verbindungsaufbau des Modbus-TCP-Clients. Eine detaillierte Beschreibung entnehmen Sie aus der Hilfe des TIA Portals. Antriebsprofil Das Antriebsprofil für die SINAMICS Gerätefamilie ist das PROFIdrive Profil. Für alle Applikationsklassen ist in PROFIdrive eine einheitliche Basis- Zustandsmaschine definiert. Sie dient dazu, den Antrieb in einen dedizierten Betriebszustand zu bringen oder diesen definiert auszuschalten. Das folgende Bild zeigt die Basis Zustandsmaschine eines PROFIdrive-Antriebs. Die blauen Blöcke stellen die Zustände S1 bis S5 der Antriebsachse dar, zwischen denen die mit Pfeilen dargestellten Zustandsübergänge möglich sind. Die Zahl der roten Punkte definiert die Prioritäten im Fall von konkurrierenden Zustandsübergängen. Die Bedingungen für die Zustandsübergänge in den gelben Kästchen sind die einzelnen Steuerbefehle die bitcodiert im Steuerwort vom Controller an die Antriebsachse übertragen werden. Abbildung 3-1 Zustandsmaschine Beitrags-ID: , V1.0, 11/2017 9

10 3 Wissenswertes Im Beispiel wurde die Zustandsmaschine im FB "Modbus_Communication" beispielhaft umgesetzt. Diese Beispielimplantation hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sondern dient nur als Testfunktion. Modbus-Register und Parameter der Control Unit Das Modbus-Protokoll enthält Register- bzw. Bit-Nummern zur Speicheradressierung. Sie müssen diese Register im Antrieb den entsprechenden Steuerwörtern, Zustandswörtern und Parametern zuordnen. Der gültige Holding-Register-Adressbereich geht von bis Der Zugriff auf andere Holding-Register führt zu dem Fehler "Exception Code". Die Prozessdaten werden im Bereich der Register von bis übertragen. Eine Auflistung der wichtigsten Modbus-Register ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt. Hinweis Eine detaillierte und vollständige Zuordnung der Modbus-Register zu den Parametern finden Sie im SINAMICS S120 Funktionshandbuch unter Kapitel "Kommunikation über Modbus TCP ". Tabelle 3-1 Modbus-Register Register Beschreibung Zugriff Daten/Parameter Regelungsdaten Steuerwort (siehe SINAMICS S120/150 Listenhandbuch, Funktionsplan 2442) R/W Prozessdaten Hauptsollwert R/W Prozessdaten STW 3 R/W Prozessdaten STW 4 R/W Prozessdaten PZD 5 R/W Prozessdaten PZD R/W Prozessdaten PZD 10 R/W Prozessdaten 10 Zustandsdaten Zustandswort (siehe SINAMICS S120/150 R Prozessdaten 1 Listenhandbuch, Funktionsplan 2452) Hauptistwert R Prozessdaten ZSW 3 R Prozessdaten ZSW 4 R Prozessdaten PZD 5 R Prozessdaten PZD R Prozessdaten PZD 10 R Prozessdaten 10 Antriebsdaten Bezugsdrehzahl 2 R/W P Störungsnummer, Index 0 R r0947 [0] Warnnummer R r2110 [0] Aktueller Warncode R r2132 2) Diese Register werden bei Linearmotoren nicht unterstützt, da sich Einheit und Wertebereich vom normalen rotatorischen Antrieb unterscheiden. Beitrags-ID: , V1.0, 11/

11 3 Wissenswertes 3.2 Feldbus Überwachungszeit Die Einstellung der Zeit für die Überwachung der empfangenen Prozessdaten über die Feldbus-Schnittstelle wird mit p2040 eingestellt. Der Antrieb gibt "Sollwert-Timeout" (F01910) aus, wenn p2040 > 0 ms eingestellt ist und innerhalb dieser Zeit keine Prozessdaten übertragen werden. Bei dem Applikationsbeispiel wird eine Feldbus-SS Überwachungszeit (p2040) von 150ms eingestellt, da der Controller alle 100ms neue Werte an den Antrieb sendet. Abbildung 3-2 Überwachungszeit Im Funktionsbaustein "Modbus_Communication" wird die Zykluszeit für das Versenden der Daten eingegeben. Abbildung 3-3 Zykluszeit Beitrags-ID: , V1.0, 11/

12 4 Anhang 4 Anhang 4.1 Service und Support Industry Online Support Technical Support Sie haben Fragen oder brauchen Unterstützung? Über den Industry Online Support greifen Sie rund um die Uhr auf das gesamte Service und Support Know-how sowie auf unsere Dienstleistungen zu. Der Industry Online Support ist die zentrale Adresse für Informationen zu unseren Produkten, Lösungen und Services. Produktinformationen, Handbücher, Downloads, FAQs und Anwendungsbeispiele alle Informationen sind mit wenigen Mausklicks erreichbar: Der Technical Support von Siemens Industry unterstützt Sie schnell und kompetent bei allen technischen Anfragen mit einer Vielzahl maßgeschneiderter Angebote von der Basisunterstützung bis hin zu individuellen Supportverträgen. Anfragen an den Technical Support stellen Sie per Web-Formular: Serviceangebot Unser Serviceangebot umfasst, unter anderem, folgende Services: Produkttrainings Plant Data Services Ersatzteilservices Reparaturservices Vor-Ort und Instandhaltungsservices Retrofit- und Modernisierungsservices Serviceprogramme und Verträge Ausführliche Informationen zu unserem Serviceangebot finden Sie im Servicekatalog: Industry Online Support App Mit der App "Siemens Industry Online Support" erhalten Sie auch unterwegs die optimale Unterstützung. Die App ist für Apple ios, Android und Windows Phone verfügbar: Beitrags-ID: , V1.0, 11/

13 4 Anhang 4.2 Ansprechpartner Siemens AG Digital Factory Division Factory Automation Production Machines DF FA PMA APC Frauenauracher Str Erlangen, Germany mailto: 4.3 Links und Literatur Tabelle 4-1 Links Nr. \1\ Siemens Industry Online Support Thema \2\ Link auf die Beitragsseite des Anwendungsbeispiels Änderungsdokumentation Tabelle 4-2 Änderung Version Datum Änderung V1.0 11/2017 Erste Ausgabe Beitrags-ID: , V1.0, 11/