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3.3、SINAMICSS120系列变频器系统组件12

3.4、SM120变频器通过SCOUNT软件如何启动的方式方法18

3.5、SM120变频器操作面板AOP3019

3.6、SM150变频器20

北京西门子公司培训总结

-------轧机自动化控制

11月12日到23日我有幸参加了公司安排在北京西门子公司的关于轧机自动化方面的学习，几天的学习使我对自动化有了更深的了解，特别是对于自动化软件有了更加清楚的认识。

本次学习主要分为基础自动化（系统整体介绍、HMI、SEQ、DAMA、Med、MRG、LCO、HGC、AGC、SCO），L2过程自动化、传动方面的学习。

一、基础自动化

1.1、系统整体介绍、HMI

在培训的第一天我们学习的就是轧机系统，学习主要是基于现场总线概述（profibus-DPOwerview）来讲的，培训的老师给我们介绍了整个轧机控制系统和相关的人机接口（HMI），整个轧机控制系统有3个CPU框架，分别是主控、顺控和板型控制。

2个服务器，一个是与二级相连接的，一个是与Wincc相连的。

3个SM150变频器具有更加强大的功能，分别能实现对左右卷曲，轧机，电机的控制。

主机架上有一个PS电源，一个CPU416-2DP,两个FM458，两个FM448，两个FM438和两个CP443。

其中PS是为系统提供电源的，CPU416-2DP为整个控制系统的神经中枢，采集现场数据，判断要执行结果，发送给FM458中得CFC。

用来处理信息并与外界设备通讯，并且还具有数据处理（DAMA）主管一二级分配，在线处理（LCO）,传动控制处理（MCO）,对机架分析（SCO）等功能特点，同时它还能与wincc通讯，达到板型控制的功能。

除此之外，CPU416-2DP还能实现SEQ（顺控），RCH（换辊，钢卷小车控制），COL（轴承，带钢冷却），MED（高低压液压站控制）等功能设备的连接通讯，以达到自动化的要求。

FM458具有以下的特点

控制的反应块FM458具有反应速度快，扫描周期最短1.6ms等特点；

（1）1个EM448-2SIMOLINK通讯模块，以光纤的连接方式专门用于机架与FM458的通讯。

（2）FM458-1DP（E6）功能模块通过DP口有三种主要的控制方式：

1）主令斜坡控制（MRG）；

作用：

（1）控制带钢速度、张力，执行计算；

（2）直接控制现场设备；

（3）调节现场设备。

2）带钢跟踪控制（MTR）；

3）自动厚度控制（AGC）是过带钢时的厚度控制；

包括

（1）前馈控制；

（2）反馈控制；

（3）秒流量控制。

4）还具有HGC（液压、油缸压下系统的控制），DEC（轧辊的偏芯控制），RBS（凸度控制），RSS（中间部分串辊控制）等几种控制方式。

（3）FM458-1DP通过DP口是直接实现板型控制的初级连接端。

FM458的I/O点通过FM438输入输出（可以接8个增量式编码器或绝对值编码器）；

（4）FM458直接控制4个相连的机架，并且FM458只能识别10V的电压；

（5）两个FM458可以直接用光纤通讯。

FM438-1I/O指的是张力，卷径计算，编码器的I/O，并且FM438只识±

10V的电压信号，很多现场设备的反馈线回EXM438的线路中必须加一个转换模块，那些反馈的信号不是±

10V的信号，就只有通过转换模块转化为我们所要的电压信号。

CP443-1是工业以太网接口，CP443-1实现二级与测厚仪相连，CP443-5是ProfibusDP连接口。

1.2、SEQ顺序控制介绍

在SEQ中主要是围绕操作面板，信号表，网络图，马达表（M&

L），功能表（EMF），硬件原理图等几个方面来综合使用的介绍的。

比如在EMF中有阀122YV101的功能介绍，把它放到M&

L表中去查找收索，可以查找到阀122YV101是属于机械方管理的，并且能够查找到该阀在CRM中的阀的范围122XJ21到122XJ11。

所以就需要打开CRMPDF文件进行收索查找，查出该阀的输出是Q2403.3，之后打开step7编程软件，找一个FB文件，然后再在里面随便找一个FC程序，点击右键，出来的选项中选择gotolocation,在弹出来的对话框Address中输入Q2403.3，然后点击display,便可以查找到该阀在程序中的控制程序。

通常西门子的编程师们FC、FB、DB在1000以上是专用区域，1000以下是子程序应用区域,DB模块有3种，分别是共享DB，背景DB，类型DB。

在#DRV模块里DW#16#0-3（0表示停止，1表示正向，2表示反向，3表示双向），执行周期在50ms左右，最快10ms。

1.2.1、周期的查找方法：

在step7中在双击CUP→cycle/clockmemory→F1→clockmemory→periodically→periodduration,就可以查找到想知道的周期。

1.2.2、查找交叉表的方法是：

在step7软件中打开Block→Options→ReferenceData→Display→Addresseswithoutsymbol,通过用这种方法可以方便快捷的查找到交叉表和调用记录表。

此外我还学会了如何上传下载数据和调用程序模块来组建新的模块，同一个模块不同地方调用可以输出到不同的地方，以上都是基于顺控程序来讲的。

1.3、DAMA、Med

DAMA指的是数据采集，显示一些程序信息（CPU程序的一部分），与打印程序报表有关。

它是控制系统中极其重要的一部分，在这一方面主要是告诉我们在主要的控制方式中哪些控制方式分别控制些什么，比如MRG/MCO主要控制大电机，STAND/SCO主要控制阀（伺服阀，比例阀），SEQUENCE和MEDIA主要控制小电机和阀。

1.3.1、在工业中查找报文信息的方法：

在step7软件中查找报文的方法是打开FC→cutup→open→DB，就会出来你查找的报文信息。

在轧机控制方面，轧机轧制之前属于轧制力闭环控制，轧制过程中属于位置闭环控制，刚轧完时属于位置闭环，如果轧完后长时间不启车则属于轧制力闭环。

不同的接口协议连接不同的东西，如UDP连接主控和测厚仪，TCP连接主控和二级，主控和顺控由S7连接。

卷取机主要的控制方式是张力闭环控制。

在20辊轧机中，将20个辊编号，其中J、M属于惰辊，B、C、G、F控制凸度，O、P、R、Q属于窜辊，一套轧机有2个热交换器，2个泵。

此外还介绍了LP低压液压站，HP高压液压站，轧制油冷却分为SC带钢冷却，BC轴承冷却，齿轮润滑属于吸油冷却等相关的知识。

如果遇到要解决某一问题，我们可以通过三种方式查找，一种是在程序OB1中查找，二是在wincc中查找，三是在syblom中查找，在wincc轧机主界面上可单点元件看其状态。

1.4、MRG、LCO

LCO是在线处理，MRG是主令斜坡控制，所有设备都必须通过PLC300或PLC400的CPU。

RIGHT是右出口，LEFT是左入口，MAIN是主操作台。

在天成不锈钢的轧机程序介绍：

F1000-F1600讲的是FCO，F1600-F2000讲的是SCO，F2000-F2500讲的是MCO。

在线处理LCO下，打开主程序OB1，找到FB1000，讲的是主做通讯，换辊方向，FC110讲的是SCO的调用。

FC1160下FCO的作用是在线命令协调攻击。

C10和C9是判断卷是否在线的程序。

MCO是指传动的整流，上电，反馈的状态等得控制。

其中SFC59：

读FM458中得数据到CPU400，SFC158:

将CPU400的数据发至FM458。

在程序中OB1中的FB2221中的network1是具有分析功能的程序段，FB2222讲的是关于快停、急停，HMI的报警，停车命令的相关信息，FB2224中的network1讲的是穿带的前提条件，传动要满足点动，操作台命令，建张力，没有急停命令等特点。

FB2225讲的是运行模式，其中network5中M5850.0是指运行加速请求。

FB2226是HOLD模式，其中的network1讲的内容是：

操作人员认为运行加速到位按HOLD键保持速度，穿带成功后的运行状态按穿带键后，穿带速度减速到位后按Hold键。

Network5中的M5850.4是保持请求命令。

FB2227中的network1讲的是甩尾模式，当第一次甩尾前（到引带/带钢界限前），按甩尾键，进入甩尾模式减速，降长，夹送辊夹住，避免脱钳口并保持张力。

FB2228讲的是自动减速，FB2012讲的是辅传整流协调，其中network2中R02是表示设置/重启闲置在CTLW/静态信号。

FB2022讲的是1号卷曲机协调，其中network14中M5824.0是开始的条件，M5825.1是运行条件，DB2072.DBX是上电，M5853.1讲的是建张命令。

DB2072.DBX给出电机传动入口建张的条件。

FC2000是主机速度协调，穿带建张的条件。

FB2232是入口偏转辊协调命令即张力控制，其中C90是入口建张，C10是出口建张。

FB2241是点动协调，纸机断纸处理。

FB2242是主令斜坡1中产生的点动模式，连点协调。

在其中我还知道了滑差是指出口的速度大于轧机的速度。

1.5、HGC、AGC、SCO

HGC是液压控制，AGC是厚度控制，SCO是机架，通过step7中的程序我们能更好的学习。

在step7程序中FC1600讲的是如何控制压下系统，FB1610是手动干预和手动控制，FB1615是讲模型控制（液压间隙控制），轧机辊工作的调节，其中network1是辊模型的选择，network8是顺控控制（换辊），network14是允许关闭辊缝的条件，FB1635是窜辊模型。

此外还介绍了前馈控制（前测厚仪），液压缸行程与辊缝行程是有比例系数的，辊缝行程与带钢的变形量也存在比例系数；

后馈控制（后测厚仪），采用秒流量控制（原理是轧辊前后速度与厚度的乘积不变），在厚度和速度变化较大时采用秒流量控制；

而轧制效率补偿（经验曲线）主要用在加减速时。

张力、速度、轧制力、位置是相互影响的，要协调控制。

二、L2过程自动化

通过工厂各个区域安装数干个传感器过程自动化系统可以收集温度、压力、和流速等数据，然后利用计算机对这些信息进行分析，再用说明的形式显示到大屏幕上。

二级是与一级和三级之间通讯的，为一级系统寻找稳态工作点（合理的道次分配），确定轧机辊缝、张力、润滑等得初始值。

二级系统有五大功能，分别是工艺功能，物料跟踪功能，数据管理功能，模型计算功能，通讯功能（自身通讯、外部通讯），人机画面应用控制中心。

系统内部通讯是指TLTR（外部通讯）和APPL（程序间的通讯）,UTIL（工具集合）,SINA（内核函数的分装）。

模型计算包括正向计算和反向优化。

启停程序功能，查看运行状态功能，调用画面数据功能，程序当前状态功能。

数据处理功能包括：

物料数据，来料数据，设定值，停机，辊系及辊的参数数据。

模型计算功能包括：

机拟模型，机拟模型实用化（道次计算），复合分配，神经网络。

物料跟踪功能包括：

非控，向下处理功能，向上处理功能，成品数据。

trssrcm----dat

Mtrrcv.env---接收

Mtrsnd.env---发送

Msglogappl负责监测L1的通信电文

2.3、卷的分类

（1）PH物理卷（焊接起来的卷）

（2）逻辑卷（前后两卷带钢宽度不一的卷）

（3）OR订单卷

2.4、电文中的物流过程

L2通过电文与L1通信，分为：

紧急/手动计算请求：

98（紧急）、99（手动）。

L2向L1发1000的电文，L1向L2反馈1001的电文。

1000电文的含义包括：

钢卷ID号、识别号、发送时间、请求、鞍座号。

当钢卷在开卷机上时：

1042电文表示计算请求;

1068L1向L2反馈道次；

消耗2011；

缺陷：

2060。

出口：

2006，秤重、出口温度、用电量。

物料信息为数据结构，结构内包含所有卷料信息（卷号，字节，卷型）

L21001/1051回复电文

-----------------------------------------------

L11000/1050请求电文

L21001确认收到

------------------------------------------------

L1状态电文（卷的位置状态）

L21043应答

L11042计算请求

断带电文为1012

轧线状态电文：

轧制完成（1036）——收到信息（1037）——道次完成（1004）

在二级系统中，如果有IP冲突，只需在hosts.em下修改IP地址。

三、传动

3.1、传动元件介绍

传动首先介绍了几种元件的功能特点，分别是二极管（DIODE），晶闸管，可控硅（SCR），门极可关断晶闸管（GTO），电力晶体管、巨型晶体管、双极结型晶体管（GTR），场效应管（POWERMOSFET），绝缘栅双极性晶体管（IGBT），集成门极换流晶闸管（IGCT），对称门极换流晶闸管（SGCT）。

例如GTR的特点是：

电流型全控器件，优点是：

耐压高、通过电流大；

开关特性特性好，开关频率高于GTO。

缺点是：

驱动电路复杂；

驱动功率大；

有二次击穿现象。

由于其绝大部分被IGBT和POWERMOSFET替代，未得到长足的发展。

1400V/1200A；

如IGBT的特点是：

电压型全控器件，优点：

输入阻抗高，驱动功率小，开关速度快，不存在二次击穿。

开关特性好，开关频率高于GTO。

缺点：

高压IGBT内阻大，通态压降大，导通损耗大。

目前单管高压IGBT达到:

6.5KV/0.6KA;

3.3KV/1.8KA；

4.5kV/0.9kA；

低压单管IGBT达到：

1700V/1.2KA。

变频器是传动的重点，变频器有四个重要的部分：

整流器，中间直流环节，逆变器，控制电路。

培训时主要给我们介绍了整流器、逆变器和中间环节的相关特点。

（1）三相全波不控整流优点：

效率高；

网侧功率因数高；

需加预充电电路；

输出直流电压无法调节；

能量无法回馈。

（2）三相全波可控整流优点：

输出电压可调；

不需加预充电电路；

能量可回馈。

效率较低，网侧功率因数低，网侧谐波大。

（3）直流环节有滤波或储能环节,由电感或电容组成，能起到缓冲（用于负载与整流器之间的无功功率的缓冲，储能，滤波（抑制直流侧电压或电流的脉动）的作用。

（4）逆变器是将直流电压或电流转换成频率、电压可变的交流电，器件工作于开关状态，器件为全控型（GTR，GTO，IGBT，IGCT，SGCT等）。

将直流电压或电流转换成频率、电压可变的交流电，器件工作于开关状态，器件可为全控型（GTR，GTO，IGBT，IGCT，SGCT等）；

目前大部分低压交直交型变频器都采用IGBT器件。

3.2、SM120变频器

SINAMICSS120变频器是基于公共直流母线系统的DC/AC多机传动装置，可以根据要控制的传动数量和需要的性能水平来选择控制单元，同时根据再生反馈能力以及能量回馈的要求来选择整流单元。

控制单元和功率单元之间的连接使用全新的通讯链接DRIVECLiQ连接。

装置型的传动单元有：

•基本整流装置

•回馈整流装置

•有源整流装置

•逆变装置

3.2.1、整流单元

SINAMICSS120的整流单元是用于集中整流，并为中间回路提供直流电源的装置。

针对不同的应用，S120可以提供各种性能的整流装置。

1）基本整流BLM模块

基本整流模块（BasicLineModules）只为单纯整流运行设计，也就是不能够将能量反馈给电网。

如果制动的时候产生过高再生的能量，则必须通过制动模块和制动电阻转换为热量耗散掉。

要为了防止整流谐波对电源的干扰需选用进线滤波器。

2）回馈整流SLM模块

SINAMICSS120的回馈整流（SmartLineModules）可以整流供电并能将能量反馈给电网。

回馈整流模块是二极管整流加可控回馈两部分组成，可以通过IO输入将回馈部分功能取消。

当选用回馈整流时，必须使用一个与整流装置匹配的电抗器。

3）有源整流ALM模块

SINAMICSS120的有源整流（ActiveLineModules）由IGBT模块组成，在整流供电的同时，可以将能量反馈给电网。

和基本整流以及回馈整流相比，有源整流会产生一个可控制的直流电压，这个直流电压会在电源电压允许的波动范围内保持一个稳定值，无论电压怎样变化。

有源整流在电源侧产生实际电流效果接近正弦波，并能抑制有害的谐波。

因此使用有源整流不但能够将多余的能量反馈给电网，还能起有效的滤波作用，系统不再需要给本装置再配备滤波装置。

有源整流运行所需要的组件都集成在有源整流单元中。

3.2.2、逆变单元

逆变单元为多传动系统设计，通过CU320或者SIMOTIOND控制单元控制。

逆变单元之间通过公共直流母线相连。

一个或者几个逆变单元通过直流母线。

拖动同步电机和异步（感应）电机以及永磁同步电机的运行。

因为逆变单元都共享直流母线，互相之间可以进行能量交换，也就是说，一个运行于发电机模式的逆变单元产生能量可以被运行于电机模式的其他逆变单元所使用。

中间回路的直流母线由整流单元供电。

3.2.3、控制单元

SINAMICSS120的控制单元采用CU320或者SIMOTIOND控制单元控制，用于多传动系统的智能控制。

配有与上位控制器的通讯接口。

3.3、SINAMICSS120系列变频器系统组件

3.3.1、系统组件

传动系统的结构可以通过选择控制单元和整流器和逆变器来搭建。

其他系统组件可以用来根据需要来选配。

这些组件分为：

•进线侧组件，例如：

进线电抗器和进线滤波器

•直流回路组件，例如：

制动模块和制动电阻

•输出侧组件，例如：

输出电抗器，dv/dt+VPL和正弦波滤波器

•控制系统组件，例如：

端子排，操作面板和通讯板，各种编码器

3.3.2、电源电抗器

电源电抗器可以限制低频的电源反作用。

它被用于平整峰值电压（电源干扰）减少电源对系统的或系统对电源的干扰。

电源电抗器的安装必须保证组件上下有100mm的空间用于通风，连接功率模块的连接电缆要尽可能短（最多5米）

接口不允许互换：

-输入电源导线连至1U1、1V1、1W1，而

-输出导线连接至负载1U2、1V2、1W2。

如不遵守说明有损坏电源电抗器的危险。

电抗器必须使用有资质的电抗器厂家的产品，最好使用由西门子允许用于SINAMICS的电源电抗器，否则可能会导致：

造成功率模块的损坏/故障。

-出现电源反作用，可能会损害/干扰其他由同一电源供电的用户。

另外，电源电抗器可以达到超过80°

C的表面温度，所以电抗器应该和功率模块分柜安装。

3.3.3、电源模块

电源模块就是我们常说的整流或整流/回馈单元，它是将三相交流电整流成直流电，供给各电机模块（又常称逆变器），有回馈功能的模块还能够将直流电回馈给电网。

根据是否有回馈功能及回馈的方式，将电源模块分成下列三种：

􀂾

基本型电源模块（BLM:

BasicLineModules）：

整流单元，但无回馈功能。

靠接制动单元和制动电阻才能实现快速制动。

智能型电源模块（SLM:

SmartLineModules，又称非调节型电源模块）：

整流/回馈单元，但直流母线电压不可调。

主动型电源模块（ALM:

ActiveLineModules，又称调节型电源模块）：

整流/回馈单元，且直流母线电压可调。

功率因素>

96%

基本型电源模块（BLM:

BasicLineModules）

BLM是将三相交流电整流成直流电，只能靠接制动单元和制动电阻来实现制动。

目前BLM有两种供电电压:

380-480VAC和660-690VAC。

实际应用中,在电网和BLM之间必须安装与其功率相对应的电抗器。

基本整流采用晶闸管全控桥，适用于无需能量回馈电网的场合，连接的逆变装置由晶闸管进行预充电。

基本整流装置可用于中性点接地的（TN，TT）和浮地的（IT）电网

基本整流装置带下列标准接口:

•1组输入电源连接

•1组24V直流电源的连接端子

•1组直流回路连接（DCP，DCN），用于逆变单元供电

•1个直流回路连接（DCPA，DCNA），用于连接制动模块

•3个DRIVE-CLiQ插口

•1个PE连接

3.3.4、智能型电源模块－SLM（SmartLineModule）

智能型电源模块又可以叫做回馈整流模块，新一代的回馈整流模块采用IGBT桥，为非受控整流/再生反馈装置，在正常工作状态时，整流通过二极管来完成，再生反馈时，通过IGBT实现网侧换流并提供100%连续的再生能量反馈。

这种再生反馈无需自耦变压器。

采用IGBT（开关频率为基波频率）作为整流/回馈的功率半导体器件。

降低了开关损耗，功率器件的使用率大为提高。

电流通过IGBT的续流二极管以整流方向流动。

这意味着此时回馈整流

与基本整流工作方式类似。

当传动处于再生工作状态时，直流回路电压增加，IGBT导通，将能量回馈至电网。

但直流母线电压不能调节，所以又称非调节型电源模块。

对于不允许回馈的供电电网，也可以接制动单元和制动电阻来实现制动。

在电网和BLM之间必须安装与其功率相对应的电抗器。

回馈整流适用于接地的（TN，TT）和浮地（IT）电网。

回馈整流装置带下列标准接口：

•1组直流回路接口（DCP，DCN），用于逆变单元供电

•1组直流回路接口（DCPA，DCNA），用于连接制动模块

3.3.5、有源型电源模块－ALM（ActiveLineModule）

ALM是将三相交流电整流成直流电，并能将直流电回馈到电网，且对直流母线电压进行闭环控制，所以又称调节型电源模块。

与BLM和SLM相比，由于ALM能够对直流母线电压进行调节，所以即使电网电压波动而ALM也能保持整流母线电压的稳定。

主控单元通过集成在ALM上的Drive-CLiQ接口来对其进行控制。

新一代有源整流采用IGBT桥，有源整流模块总是与相关的有源滤波装置AIM（ActiveInterfaceModules）一起运行。

提供高性能的整流/回馈控制，它可调节和稳定生成可调整的直流回路电压。

这意味着连接的逆变器不受进线电压影响。

在容许的线电