S120单传培训 第6章 西门子S120变频器应用2.docx

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S120单传培训第6章西门子S120变频器应用2

（二）输出辊道正反转应用

实验内容：

通过S120变频器来控制辊道的正反转，实现辊道的正反转和快慢速。

实验目的：

掌握通过端子实现正反转，端子实现快慢速的方法。

实验工具：

S120变频器+BOP20+CU320-2DP+PROFIBUS-DP模块。

1控制要求：

（1）通过2个DI端子实现辊道的正反转；

（2）通过DO端子实现运行、故障、准备好等显示；

（3）通过2个端子实现快慢速给定；

（4）速度和电流通过PROFIBUS-DP通讯反馈给PLC。

（5）通过制动单元+制动电阻的方式，实现快速停车。

（6）通过DI端子实现远程故障复位。

2负载特性：

（1）可以朝两个方向转动；

（2）启动时间/停车时间短；

（3）停车方式采用减速停车方式；

（4）启动响应要快。

3控制原理图

4根据控制原理图，结合S120变频器确定各个端子的含义。

序号

端子号

所属设备

类型

端子含义

类型

1

CU320-2DP

DI0

辊道正转命令

2

CU320-2DP

DI1

辊道反转命令

3

CU320-2DP

DI2

辊道慢速给定端子

4

CU320-2DP

DI3

辊道快速给定端子

5

CU320-2DP

DI4

故障复位端子

6

CU320-2DP

DO1

辊道准备好

7

CU320-2DP

DO2

辊道运行

8

CU320-2DP

DO3

辊道故障

9

CU320-2DP

通讯

辊道速度

10

CU320-2DP

通讯

辊道电流

对于辊DI0（辊道正传：

1=启动，0=停止），DI1（辊道反转）；

DI0（辊道启动/停止：

1=启动，0=停止），DI1（辊道方向：

0=正向，1=反向）

5根据下表，列出详细的参数设定。

（注意：

这个表在调试之前要准备好）。

设备名称

变频器型号

系统程序

时间

1#出炉辊道

标准程序

2013.10.27

（1）首先我们要知道下面几个要素：

电机控制方式、电机的类型、电机的铭牌参数，负载的类型，电机优化的方法。

对于电机控制方式来说，不同的变频器是不一样的。

对于西门子变频器S120来说：

A变频器系统的拓扑结构：

控制单元+功率模块

控制单元采用CU320-2DP。

B电机的控制方式：

P1300

C电机的类型：

P300

D电机的铭牌数据：

P304、P305、P307、P308、P310、P311

E负载的类型P500：

通过STARTER软件，组态变频器、电机、编码器等，完成基本设置和电机优化。

Controlstructure:

控制方式P1300:

[0]U/fcontrolwithlinearcharacteristic

Powerunit:

Componentname:

Motor_Module_2

Componenttype:

AC-PowerModule

Orderno.:

6SL3210-1SE22-5Uxx

Ratedpower:

11kW

Ratedcurrent:

25A

Powerunitsupplementarydata:

Nofilter/choke

Adaptermodule:

CUA31

Drivesetting:

Standard（P100=0）:

IECmotor（50Hz,SIunits）

Connectionvoltage（P210）:

400V

Powerunitapplication（P205）:

[0]Loaddutycyclewithhighoverloadforvectordrives（含重载的矢量驱动变频器）

Motor:

Motorname:

Motor_6

电机类型（P300）:

[1]Inductionmotor（rotating）

Motordata:

p304[0]:

Ratedmotorvoltage380Vrms（电机额定电压P304）

p305[0]:

Ratedmotorcurrent9*9.00Arms（电机额定电流P305）

p307[0]:

Ratedmotorpower9*4.00kW（电机额定功率P307）

p308[0]:

Ratedmotorpowerfactor0.830（电机功率因数P308）

p310[0]:

Ratedmotorfrequency50.00Hz（电机额定频率P310）

p311[0]:

Ratedmotorspeed1460.0rpm（电机额定转速P311）

p335[0]:

Motorcoolingtype[0]Non-ventilated

CalculationoftheMotor/ControllerData（P340）:

Nocalculation

P340=？

Motorholdingbrake:

（P1215=0）

Motorholdingbrake（P1215）:

Notavailable（在电机优化前，不要使用抱闸功能，若有，在电机优化完毕后，再加上。

）

Encoder:

Noencoderconfigured.

Drivefunctions:

Technologicalapplication（工艺应用P500）:

[0]标准驱动（矢量）

Motoridentification（P1900）:

[0]Inhibited

（注：

通过设置P340、P1900、P1960完成电机优化）。

P1900=?

（做静态辨识）

Processdataexchange（drive）:

设置PROFIBUS通讯

PROFIdrivetelegram（P922）:

[999]FreetelegramconfigurationwithBICO

Importantparameters:

P922=？

（设置PROFIBUS-DP通讯：

PPO4）

Currentlimit:

13.50Arms（电机最大电流P640）

Minimumspeed:

0.000rpm（电机最小转速P1080）

Maximumspeed:

1500.000rpm（电机最大转速P1082）

Ramp-uptime:

10.000s（加速时间P1120）

Ramp-downtime:

10.000s（减速时间P1121）

Ramp-downtimew.OFF33.000s（快停时间P1135）

（2）电机启动/停止/方向（通过“控制字”）；

对于S120变频器来说，电机的启动命令和停止命令，还是方向命令，都是通过“控制字”来完成的。

有两个控制字：

A功能图2501（控制字，顺序控制）

B功能图2546（控制字，故障/报警）

我们先看功能图2546（控制字，故障/报警），

序号

位数

含义

1

第7位

确认故障。

由P2102（确认所有故障）、P2103、P2104、P2105任一参数都可确认。

2

第10位

外部报警1。

当P2112=1时，无报警；当P2112=0时，报警；

3

第11位

外部报警2。

当P2116=1时，无报警；当P2116=0时，报警；

4

第12位

外部报警3。

当P2117=1时，无报警；当P2117=0时，报警；

5

第13位

外部故障1。

当P2106=1时，无故障；当P2106=0时，故障；

6

第14位

外部故障2。

当P2107=1时，无故障；当P2107=0时，故障；

7

第15位

外部故障3。

当P2108=1时，无故障；当P2108=0时，故障，前提是（P3111=1，P3112=0）。

电机能启动的前提之一：

第10位-第15位都为1。

无报警和无故障。

（第10位-第15位的默认值是1，一般不用更改。

除非有需要。

）

看功能图2501（控制字，顺序控制）。

我们先了解每位的作用。

序号

位数

含义

1

第0位

1=ON，0=OFF1。

当P840=1（ON），当P840=0（OFF），

2

第1位

1=正常（启动条件），0=OFF2。

此位由1变为0时,电机自由停车。

3

第2位

1=正常（启动条件），0=OFF3。

此位由1变为0时,电机快速停车。

4

第3位

1=使能操作。

5

第4位

1=使能斜坡发生器。

P1140=1

6

第5位

1=冻结斜坡发生器。

7

第6位

1=使能速度设定。

8

第7位

1=抱闸打开命令。

9

第8位

1=点动1

10

第9位

1=点动2

11

第10位

1=通过PLC控制。

（若通过PLC给定，则此位必须设置为1）。

12

第11位

无效

13

第12位

1=速度控制器使能。

14

第13位

无效

15

第14位

1=抱闸关闭命令。

16

第15位

无效

参考START软件

那么我们怎么给出正确的命令呢？

看下表（默认值如下）

r898

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

在本例中，辊道的启动命令，也就是说我们控制第0位就可以。

由于有两种方式，我们先说第一种：

无论是DI0还是DI1，都能启动变频，所以，P840=“DI0orDI1的结果”

在S120变频器里，有两个内部功能块。

“与操作”和“或操作”。

结合CU320-2输入/输出端子（功能图2120）

因此，就有P2816.000=r722.0（DI0），P2816.001=r722.1（DI1），P840=r2817.0

根据实际要求，辊道的停止方式采用第1种（减速停车）。

“控制字”的第1位和第2位都是1。

第2种辊道启动只通过DI0实现，因此P840=r722.0就可以了。

方向的命令：

对于S120来讲，电机的运行方向是由速度给定的正负决定的。

（因此结合速度给定的功能图来说明功能图（3040）方向限制和换向，电机方向是如何给定的？

）

CU320-2输入/输出端子（功能图2120）

变频器是怎样完成启动过程的呢？

也就是说，发出启动命令后，变频器是怎样执行的呢？

这就要监视变频器的状态了（通过“状态字”来实现）。

一般来说，当变频器给定启动命令后，不能启动，需要看下当前的变频器状态。

（3）电机速度给定以及给定的限幅

速度给定的来源有很多。

可以是来自“操作面板BOP20”或“AI”（比如本例中的TM31的AI1）或“变频器的内部固定速度”或“通过端子的多段速”或“PROfiBUS-DP通讯”等。

速度给定的目的是什么？

从变频器CPU运算的角度看，将我们需要的速度通过人机接口经过选择、速度给定限幅、给定方向后作为“斜坡发生函数”的输入，然后经过“斜坡函数的运算（加减速时间）”，其输出作为“速度控制器（PID）的给定一个过程，进而达到控制电机的速度的目的。

我们通过功能图来了解“速度给定值”是如何一步步，最终作为“速度控制器”的输入的？

功能图（3030）主设定值/附加设定值。

功能图（3040）方向限制和换向。

功能图（3050）跳转频带和转速控制。

功能图（3060）简单斜坡函数发生器。

（功能图（3070）扩展斜坡函数发生器）。

功能图（3080）斜坡函数发生器选择。

看功能图的顺序是：

3030------〉3040-----〉3050-----〉3060-----〉3080-----〉6030（到速度控制器）

功能图3030功能图3040功能图3050功能图3060功能图3080

功能图（3030）主设定值/附加设定值

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P1070

r1024

CU320

？

r1024

速度主设定值

P1075

0

--------

不变

速度附加设定

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P1055

0

--------

不变

JOG1

控制字第8位

P1056

0

--------

不变

JOG2

控制字第9位

P1058

0

--------

不变

JOG1速度设定值

P1059

0

--------

不变

JOG2速度设定值

现在我们所要解决的是如何让P1070和CU320的DI关联起来。

现在我们结合CU320的端子功能图和功能图3010转速固定设定值。

3

CU320-2DP

DI2

辊道慢速给定端子

4

CU320-2DP

DI3

辊道快速给定端子

通过CU320-2输入/输出端子（功能图2120），得出DI2（r722.2），DI3（r722.3）

从上面功能图就可以知道：

（通过下表）

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P1070

r1024

r1024

速度主设定值

P1020

0

r722.2（DI2）

慢速端子

P1021

0

r722.3（DI3）

快速端子

P1001

0

300rpm

慢速

DI2=1,DI3=0

P1002

0

600rpm

快速

DI2=0,DI3=1

P1003

0

0rpm

根据需要

DI2=1,DI3=1

功能图（3040）方向限制和换向。

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P1113

0

------

DI1

速度设定值取反

P1110

0

------

0

禁止负方向

P1111

0

------

0

禁止正方向

P1063

1000

1500

设定值通道速度极限

绝对值

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P1083

40000

------

1500

正转转速极限

P1086

-40000

------

0

反转转速极限

功能图（3060）简单斜坡函数发生器。

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P1142

1

------

不变

使能设定值

控制字的第4位

P1140

1

------

不变

使能斜坡函数发生器

控制字的第5位

P1141

1

------

不变

继续斜坡函数发生器

控制字的第6位

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P1122

0

------

不变

不跨接斜坡函数发生器

P1120

10s

------

5s

加速时间

P1121

10s

------

5s

减速时间

P1135

3s

------

不变

OFF3快停时间

功能图（3080）斜坡函数发生器选择。

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P1115

0

------

不变

选择斜坡函数发生器

简单斜坡函数

（4）通过DO端子实现运行、故障、准备好等显示。

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

CU320的DI/DO8

？

准备运行

CU320的DI/DO9

？

运行

CU320的DI/DO10

？

故障

看功能图CU320的输入/输出端子。

功能图2130双向数字输入/输出端（DI/DO8、DI/DO9）。

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P738

0

CU320的DI/DO8

r899.1

准备运行

状态字

P748.8

0

不变

P728.8

0

1

使之为DO8

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P739

0

CU320的DI/DO9

r899.11

运行

状态字

P748.9

0

不变

P728.9

0

1

使之为DO9

功能图2131双向数字输入/输出端（DI/DO10、DI/DO11）

参数号

默认值

来源

参数值

含义

备注

P740

0

CU320的DI/DO10

r2139.3

故障

故障/报警状态字

P748.10

0

不变

P728.10

0

1

使之为DO10

（6）速度和电流通过“PROFIBUS-DP”通讯显示。

速度（0-16384对应0-100%参考转速）;

电流（0-16384对应参考电流）。

通过视频来讲解S120的PROFIBUS-DP通讯。

步骤和关键点如下:

A由于PROFIBUS-DP通讯,只用于从变频器读取数据,因此“控制字”的第10位可以不为1。

B需要对变频器进行PROFIBUS-DP进行通讯组态。

一是设定PROFIBUS-DP地址，从CU320-2DP上进行硬件设置，断电重启后，地址生效，可以通过P918参数察看（注意：

P918在控制单元里才能找到）；二是组态通讯报文，即P922参数，通过P922参数来进行设置通讯报文，对于S120变频器来说，每个设备都有通讯报文，比如变频器、CU320，因此，它们有个通讯设置的对应关系。

这个关系要和STEP7里硬件组态的顺序要一致。

C对于采用“PROfibus-DP”通讯，有“周期循环通讯方式”和“非周期通讯方式”，因此在STEP7里，使用的通讯块也不一样。

通常情况下，我们采用“周期循环通讯”，即通过SFC14和SFC15来实现。

由于本例中，只读取程序，因此。

我们只是用“读数据块”就可以，即SFC15。

D配置完通讯组态后，还要对通讯的内容进行具体设置。

通常通讯内容如下:

数据方向：

从PLC到变频器S120。

（对于PLC来说：

写指令）SFC14

PPO4

PLC（写）

S120

参数值

内容

第1字

DB1.DBW0

r2050[0]

控制字

第2字

DB1.DBW2

r2050[1]

速度给定

数据方向：

从变频器ACS800到PLC。

（对于PLC来说：

读指令）SFC15

PPO4

S120

参数值

PLC（读）

内容

第1字

P2051[0]

r2089[0]

DB2.DBW0

状态字

第2字

P2051[1]

r63[1]

DB2.DBW2

实际转速

第3字

P2051[2]

r68[1]

DB2.DBW4

电机电流

第4字

P2051[3]

r80[1]

DB2.DBW6

电机转矩

第5字

P2051[4]

r2132

DB2.DBW8

报警字

第6字

P2051[5]

r2131

DB2.DBW10

故障字

EPROFIBUS-DP通讯建立后,要检查和验证,读写的内容是否一致。

从本例来说，只需读取三个字的内容：

状态字、速度（频率）、电流即可。

对于上面的数据，有两种方法：

AP922=[352]SIEMENStelegram352,PZD-6/6，表示写6个字，读6个字；

BP922=[999]FreetelegramconfigurationwithBICO，也可以表示写6个字，读6个字。

那么哪一种最好呢？

第2种比较好，对于本例来说，只是从变频器读数据。

假设采用第1种，那么变频器就会把启/停命令、方向命令，速度命令全部默认为通讯，这样就把以前通过端子设置的命令给覆盖了。

所以使用第2种。

为了与变频器对应，在STEP7里面进行硬件组态时，应组态为SIEMENStelegram352,PZD-6/6。

（在STEP7硬件里的设置）。

（7）从速度设定值出来，就到了“控制方式”了，控制方式不一样，电机的控制模型也就不一样。

对于辊道来说，就成了下图。

对于V/F控制方式来说，也有好几种，选取合适的V方式。

（8）设定传动运行时的频率、电流和转矩的限幅值。

（9）设置电机保护参数。

（可以编程的）

6总结详细的参数设定，生成参数表格。

7上电调试整个变频系统，对参数进一步优化和调整。

（1）检查变频器元器件型号正确，外观没有损坏。

（2）确保整个主回路和控制回路的线路准确无误。

杜绝接地、接线错误、接线不良、短路等情况发生。

（3）测量电机绝缘，确保电机以及电机电缆良好；。

给变频器上电，确认变频器上电正常；

（4）输入电机铭牌参数以及“标量”方式，通过控制盘启动电机，点动运行，先判断电机方向，若方向不对，更换电机电缆的相序，确保电机是正向运行，在保证电机正向和电机温度正常的前提下，优化电机。

（5）优化完电机后，将所有功能参数写入，启动电机，采用逐渐升速方法，升速运行，记录电流和转速。

（6）最好用STARTER软件记录设备曲线，以便以后发生故障分析。

（7）采用快速减速（将减速时间设置小一些），或采用从正向最大速度到反向最大速度，确认制动斩波器和制动电阻是否工作。

（8）对所有的变频器的功能要一一测试。

（9）在调试完变频器后，执行COPYRAMTOROM确保变频参数再次上电不丢失。

（10）使用STARTER软件备份参数。