2. PROFIdrive应用类别与SINAMICS设备选型
PROFIdrive把驱动设备的通信能力按应用需求划分为六类应用类别(Application Class 1~6),每一类规定了必须支持的报文类型、时钟同步方式、等时同步能力以及循环/非循环数据交换的范围。理解这六类的定义,是SINAMICS选型的第一步:先确定工艺对同步精度和运动控制的要求,再反推控制单元(CU)与功率模块(PM)是否具备对应的通信能力。
应用类别1至6的定义与适用场景
类别1(Class 1)是最基础的驱动控制,只要求循环过程数据交换,典型报文为标准报文1(PZD2/2,即2个字的过程数据),用于速度给定与状态回读。它不要求等时同步,适用于风机、水泵、简单输送线等对同步无要求的场合。SINAMICS G120、V20等通过PROFINET或PROFIBUS接入即可满足。
类别2(Class 2)在类别1基础上增加了非循环参数访问通道,即通过PROFIdrive参数通道(DPV1或PROFINET的Record Data)读写驱动参数,支持调试、诊断和参数备份。它仍不要求等时同步,适用于需要在线修改参数、读取故障码的设备,如包装机、简单定位轴。
类别3(Class 3)引入等时同步(Isochronous Mode),要求控制器、网络与驱动在同一时钟节拍下工作,循环数据在固定时刻采样和输出。典型报文为标准报文3、5(含位置反馈),适用于多轴同步、电子齿轮、凸轮等运动控制场景。SINAMICS S120、G120(带CU250S-2)可支持。
类别4(Class 4)在类别3基础上进一步要求时钟同步的精度和抖动指标,并支持更丰富的非循环服务,用于高动态、高精度的多轴插补,如印刷、包装、机床进给。SINAMICS S120配合CU320-2是典型配置。
类别5(Class 5)面向高端运动控制,除等时同步外还要求支持PROFIdrive的扩展功能,如动态报文切换、更细的时钟同步诊断,适用于复杂凸轮和电子轴系统。SINAMICS S120 CU320-2 PN/DP可满足。
类别6(Class 6)是最高类别,要求支持基于PROFINET IRT(等时实时)的时钟同步,抖动在微秒级,用于多轴高精度同步和高速凸轮,典型如SINAMICS S120配合SIMOTION或TIA Portal运动控制。
SINAMICS CU与功率模块的通信能力匹配
SINAMICS的通信能力由控制单元(CU)决定,功率模块(PM)只负责功率变换,不直接参与PROFIdrive通信。选型时必须先看CU是否支持目标应用类别,再看PM的电流、电压等级是否匹配电机。
以G120为例,CU240E-2支持类别1和类别2,CU250S-2则支持类别3的等时同步,并带编码器接口,可用于简单定位。S120的CU310-2用于单轴,CU320-2用于多轴,两者都支持类别4及以上,其中CU320-2 PN支持PROFINET IRT,可满足类别6。若工艺要求类别5或6,必须选择S120 CU320-2并配置相应的报文和同步参数。
功率模块方面,PM240-2、PM250等用于G120,其通信能力完全依赖所配CU;S120的电机模块(Motor Module)和电源模块(Active Line Module)通过DRIVE-CLiQ与CU320-2连接,PROFIdrive通信由CU320-2统一处理。因此,选型检查的核心是CU,而不是PM。
选型检查清单
实际选型时,可按以下清单逐项确认,避免出现“CU支持但报文不匹配”或“PM选大但CU能力不足”的问题。
| 检查项 | 确认内容 | 示例/判断依据 |
|---|---|---|
| 应用类别 | 工艺是否需要等时同步、位置反馈、IRT | 多轴插补→类别4以上;简单调速→类别1 |
| CU型号 | CU是否支持目标类别及报文 | CU250S-2支持类别3;CU320-2支持类别6 |
| 报文类型 | 标准报文号与PZD长度是否匹配 | 报文1(2PZD)、报文3(5PZD含位置) |
| 同步方式 | 是否支持等时同步及IRT | PROFINET IRT需CU320-2 PN |
| 编码器接口 | 是否需要编码器反馈及类型 | CU250S-2带编码器接口;S120用SMC |
| 功率模块 | PM电流/电压是否匹配电机 | PM240-2按电机额定电流选型 |
| 非循环服务 | 是否需要参数读写、诊断 | 类别2以上均支持;类别1仅循环数据 |
举例说明:某包装机需要4轴同步,要求电子齿轮和凸轮,节拍200ms。按需求应选类别4。若选用S120 CU320-2 PN,配置报文3(5PZD)并启用等时同步,同步周期可设为1ms或2ms,抖动在微秒级,满足节拍要求。若误选G120 CU240E-2,则只能做类别1的速度控制,无法实现同步,必须更换为CU250S-2或S120。选型时先定类别,再定CU,最后定PM,顺序不能颠倒。