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SIEMENS 西门子变频器器技术参数
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西门子在“2014ZG国际工业博览会”现场发布了SinamicsV20变频器全新E尺寸模块。该模块的功率可达30kW,适用于风机、水泵、压缩机、输送设备、搅拌机、石材切割等大功率应用场合,并具有重过载和轻过载的双重模式,可以实现小功率变频器驱动大电机,有效降低客户的采购成本。
西门子V20变频器介绍西门子V20变频器是西门子于2012年推出的一款适合基本应用的变频器,由西门子中、德、英三国工程师共同设计研发,并在西门子数控(南京)有限公司生产。凭借调试过程快捷、易于操作、稳定可靠及经济GX等优势,面市两年间,西门子V20变频器已经成为风机水泵、物料输送类及加工类设备等行业客户对驱动产品的,可以为他们提供简易、经济的驱动解决方案。此前,西门子V20变频器有4种外形尺寸可供选择,功率为15kW。E尺寸模块的推出使西门子V20变频器适用的功率提升到30kW。该模块继承西门子20变频器可靠性高、故障率低等特点,结构设计更优化,且发布前在多个进行应用测试,并得到了一致认可。西门子根据几十个和地区客户需求的调研结果,对所有SinamicsV20变频器的软件功能进行了全面的升级。增加了故障数据记录功能,使客户在处理故障报警的时候追踪到故障发生时刻的内部信息,更加清楚故障发生的原因,能够有的放矢地解决技术问题,减少故障处理时间。在新的软件版本中,调试工程师无需做记录,也可以方便地查看自己修改的参数,调试变得更加简单顺手。这些改进使SinamicsV20家族能更好地满足客户的需求。西门子V90变频器介绍:
西门子V90伺服驱动系统作为SINAMICS驱动系列家族的新成员,与SIMOTICS S-1FL6 结合,组成的伺服驱动系统,实现位置控制、速度控制和扭矩控制。通过优化的设计,SINAMICS V90确保了的伺服控制性能,经济实用、稳定可靠。西门子V90 单轴伺服驱动器V90 设计用于运动控制以满足一般的伺服应用,充分考虑了机床制造商和系统集成商所面临的成本和市场挑战。V90 支持即插即用式调试,伺服性能充分优化,与 SIMATIC PLC 快速集成,具有值得信赖的可靠性。与全新的 SIMOTICS S-1FL6 伺服电机配套使用,形成的伺服系统。V90 支持内部设定值位置控制、外部脉冲位置控制、速度控制和扭矩控制,整合了脉冲输入、模拟量输入/输出、数字量输入/输出以及编码器脉冲输出接口。通过实时自动优化和自动谐振YZ功能,可以自动优化为一个兼顾高动态性能和平滑运行的系统。此外,脉冲输入支持 1 MHz,充分保证了高精度定位。西门子 V90特点:1成本低:集成所有控制模式:外部脉冲位置、内部设定值位置、速度和转矩控制;2、全功率驱动标配内置制动电阻;3、集成抱闸继电器。2伺服性能优异:自动优化功能使设备获得更高的动态性能;2、自动YZ机械谐振频率;3、1 MHz 的高速脉冲输入;4、20 位分辨率的值编码器;5、优化的系统性能:3 倍过载能力、电机低扭矩纹波以及驱动与电机的整合;3使用方便:快速便捷的伺服优化和机械优化;2、简单易用的 SINAMICS V-ASSISTANT 调试工具;3、兼容 PLC 和运动控制器的双通道脉冲设定值;4、通用 SD 卡参数复制;5、电机电缆连接器可旋转,支持多角度旋转,可快速锁紧/释放;4运用广泛:1、装卸机:如码垛机;2、包装机:如贴标机、枕式包装机;3、自动组装机;4、刀具切换机;5、印刷机:如丝网印花机;6、缠绕机;7、金属成型机:如折弯机等。XMZ 西门子G120模块化变频器产品系列推出两款新型功率模块和一款新型控制单元。作为对整体系统加强的一部分,西门子全新推出的模块包括新一代PM240-2 FSA和PM230 IP20功率模块,这两款模块均在可实现更高功率密度的全新硬件平台上研发。由于支持穿墙式安装,这两款新型功率模块可以实现创新的冷却解决方案。CU240E-2控制单元支持自动化以太网标准的Profinet通信选型。这有利于实时执行基于以太网的创新系统设计。西门子G120模块化变频器系统的性能显著增强。PM240-2 FSA功率模块基于新型硬件平台开发,与以前的1.5kW LO的功率密度相比,该平台可在外形尺寸FSA中实现高达3kW LO的功率密度。其穿墙式安装适用于创新的冷却概念,能够适用于对控制柜散热有严格要求的应用。西门子还在这个新一代功率模块设计中配备了紧凑的集成滤波器。
西门子G120变频器介绍:西门子在G120系列的平台上深入研发出CU240E-2控制单元。除了现有的Profibus DP、RS485、USS和Modbus RTU通信接口之外,CU240E-2控制单元还将提供适用于Profinet通信版本的新型控制单元。Profinet是Profibus DP现场总线的增强标准,在工业通信方面有更大的灵活性、效率和更高的性能。例如,现场总线和以太网通信可同时实现高数据速率传播。Profinet可实现高性能应用的快速数据交换。该控制单元也可以通过介质冗余实现替代通信通道,提高工厂在通信线路故障过程中的利用率。该控制单元可与所有G120功率模块配套使用,并标配STO(安全转矩截止)安全功能,F型则配备扩展的安全功能 SS1(安全停车1)和SLS(安全限速)。集成的USB接口使调试变得轻松。西门子G120变频器系列是适应于整个工业和商业应用领域的通用变频器。它普遍适用于包括机械、汽车、纺织、印刷、包装和化工行业,以及材料处理等重要领域。针对其模块化西门子G120变频器系列,西门子驱动技术集团又新推两款新型功率模块和一款新型控制单元。关于西门子在ZG:西门子是电子电气工程领域的企业,主要业务集中在工业、能源、YL、基础设施与城市四大业务领域。140年来,西门子以其创新的技术、的解决方案和产品坚持不懈地与ZG开展全面合作,并以不断的创新、出众的品质和令人信赖的可靠性得到广泛认可。在2011财年(2010年10月1日到2011年9月30日),西门子在ZG的总营收达到63.9亿欧元(不包括欧司朗和西门子IT解决方案和服务集团)。今天,西门子在ZG拥有约30,000名员工,建立了16个研发ZX、65家运营企业和65个地区办事处*,已经发展成为ZG经济不可分割的一部分,并竭诚与ZG携手合作,共同致力于实现可持续发展。西门子工业业务领域:作为供应商之一,为工业客户提供创新环保的产品与解决方案。凭借完整的自动化技术与工业软件、扎实的行业市场专业以及以技术为基础的服务,工业业务领域帮助客户提高生产力、效率和灵活性。西门子工业业务领域能够提供的自动化技术、工业控制和驱动技术以及工业软件,能够满足生产企业的所有需求,涵盖整个价值链——从产品设计和开发,到产品生产、销售和服务。同时,还能针对客户特有的市场和需求,提供专门的综合定制服务,以使客户获益化。通过采用先进的软件和自动化技术,能够缩短产品投放市场时间高达50%,同时大幅降低生产企业的能源和污水处理成本。因此,凭借其节能产品和解决方案,西门子工业业务领域能够大大提高客户的市场竞争力,并为环境保护事业做出重要贡献。工业业务领域由工业自动化集团、驱动技术集团、客户服务以及冶金技术部构成。西门子工业业务领域驱动技术集团:西门子工业业务领域驱动技术集团是电气和机械装设备整个驱动链的供应商。为客户提供创新、可靠、GX和高质量的产品、系统、解决方案。 驱动技术集团广泛服务于制造和流程工业以及建筑和能源领域等行业市场。该集团用其先进的产品和解决方案帮助客户提高生产率,能源利用率以及产品生产的可靠性。
1 引言
目前市场上变频器的制动方法大致有三种:能耗制动,直流制动,回馈(再生)制动。
目前关于制动电阻的计算方法有很多种,从工程的角度来讲要精确的计算制动电阻的阻值和功率在实际应用过程中不是很实际,主要是部分参数无法精确测量。目前通常用的方法就是估算方法,由于每一个厂家的计算方法各有不同,因此计算的结果不大一致。
2 制动电阻的介绍
制动电阻是用于将电动机的再生能量以热能方式消耗的载体,它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种:波纹电阻采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量,并选用高阻燃无机涂层,有效保护电阻丝不被老化,延长使用寿命,台达原厂配置的就是这样的电阻;铝合金电阻易紧密安装、易附加散热器,外型美观,高散热性的铝合金外盒全包封结构,具有极强的耐振性,耐气候性和长期稳定性;体积小、功率大,安装方便稳固,外形美观,广泛应用于高度恶劣工业环境使用。
3 制动电阻的阻值和功率计算
3.1刹车使用率ED%
制动使用率ED%,也就是台达说明书中的刹车使用率ED%。刹车使用率ED%定义为减速时间T1除以减速的周期T2,制动刹车使用率主要是为了能让制动单元和刹车电阻有充分的时间来散除因制动而产生的热量;当刹车电阻发热时,电阻值将会随温度的上升而变高,制动转矩亦随之减少。刹车使用率ED%=制动时间/刹车周期=T1/T2*。
1) AEG Multiverter122/150-400变频器在启动时直流回路过压跳闸
这台变频器并非每次启动都会过压跳闸。检查时发现变频器在上电但没有合闸信号时,直流回路电压即达360V,该型变频器直流回路的正极串接1台接触器,在有合闸信号时经过预充电过程后吸合,故怀疑预充电回路IGBT性能不良,断开预充电回路IGBT,情况依旧。用万用表检查变频器输出端时其对地阻值很小,查至现场发现电机接线盒被水淋湿,干燥处理后,变频器工作正常。
由于电机接线盒被水淋湿,直流回路负极的对地漏电流经接线盒及变频器逆变器中的续流二极管给直流回路的电容充电,这种情况合闸通常理解应该为过流跳闸而实际为过压跳闸。本人认为,启动时变频器输出电压和频率是逐渐上升的,电机被水淋湿后,会造成输出电流的变化率很高,从而引起直流回路过压。
(2) 控制辊道电机的AEG Maxiverter-170/380变频器出现速度反馈值大于速度设定值经观察发现:
a) 在轧钢过程中不存在这种情况,当钢离开辊道后,才出现这种情况;
b) 当速度反馈值大于速度设定值时,直流回路电压为额定电压的125%,超过115%的极限设定值;
c) 变频器的进线电压已超过上限;
在轧钢过程中,该变频器控制的辊道电机将升速,当钢离开辊道后辊道电机速度降至原来的速度,因这台变频器未装设制动装置,减速时是通过电压调节器限制制动电流以保持直流回路电压不超过115%的极限设定值(缺省值),因进线电压过高,直流回路电压超过了设定的极限值,在减速时电压调节器起作用,造成制动电流很小,电机转速降不下来,而在轧钢时,电网的负载加重,直流回路电压低于115%的极限设定值,制动功能恢复正常。在当时无法降低电网电压的情况下,将直流回路电压极限设定值增至127% 后,变频器工作正常。在停产检修时,我们根据电网的情况改变了变压器的档位,使变频器的进线电压在允许的范围内,此后变频器工作正常。
(3) AEG Multiverter22/27-400变频器上电后,操作面板上的液晶显示屏显示正常,但ready指示灯不亮,变频器不能合闸
查看变频器菜单中的故障记录时未发现有故障,而对操作面板上各按键的操作在事件记录中则有记录。检查变频器内A10主板、A22电源板上的LED 指示灯均正常,用试电笔测变频器的进线电源,发现有一相显示不正常,用万用表测量三相结果为:Vab=390V,Vac=190V,Vbc=190V。经检查系进线端子排处接触不良。
ready指示灯是变频器内各种状态信息的综合反映,当它不亮时可提示维护人员注意变频器尚未就绪 。此时在进线电源不正常时变频器的故障记录中未能反映未就绪的原因,可能与电路的设计有关。
(4) 调试过程中西门子MIDIMASTER Vector(22kW)变频器启动后即过流跳闸
变频器供货方与被控设备的供货方因沟通上的原因,在容量上不匹配(电机功率为30kW)。将变频器的控制模式选为矢量控制,在输入电机参数时,变频器自动将电机的额定电流60A限定在4,电机铭Pai上无功率因数的大小,按变频器手册的要求,将其设定为0,在作自动辨识(P088=1)后启动电机时,变频器过流跳闸。考虑到匹配上的原因,将控制模式改为V/F控制,情况依旧。后检查电机参数时,发现功率因数为1.1,将其改为0.85后,变频器工作正常。
因容量不匹配,变频器依据输入的电机参数进行计算时会产生不正确的结果,在遇到这种情况而暂时无法解决匹配问题时,一定要在自动辨识后检查是否存在不合适的参数。
(5) 西门子6SE70系列变频器的PMU面板液晶显示屏上显示字母“E”
出现这种情况时,变频器不能工作,按P键及重新停送电均无效,查操作手册又无相关的介绍,在检查外接DC24V电源时,发现电压较低,解决后,变频器工作正常。
变频器操作手册上的故障对策表中介绍的皆为较常见的故障,在出现未涉及的一些的代码时应对变频器作全面检查。
(6) 西门子MM420/MM440变频器的AOP面板仅能存储一组参数
变频器选型手册中介绍AOP面板中能存储10组参数,但在用AOP面板作第二台变频器参数的备份时,显“存储容量不足”。解决办法如下:
a) 在菜单中选择“语言”项;
b) 在“语言”项中选择一种不使用的语言;
c) 按Fn+Δ键选择删除,经提示后按P键确认;
这样,AOP面板就可存储10组参数。造成这种现象的原因可能是设计时AOP面板中的内存不够。
(7) ABB ACS600变频器在运行时直流回路过压跳闸
该变频器配置有制动斩波器和制动电阻,但外方调试人员在调试时将电压控制器选择为ON而未使用制动斩波器和制动电阻。在直流回路过压跳闸后将斩波器和制动电阻投入,结果跳闸更加频繁。变频器操作手册上对直流回路过压原因的解释通常有2点:
a) 进线电压过高;
b) 减速时间太短;
因该变频器已投入运行2个月,且跳闸时进线电压在允许的范围之内,其它变频器工作正常,结合以前处理变频器故障时对直流回路过压的认识,认为在使用电压控制器调节回馈电流防止直流回路过压的情况下,负载电流的变化率过大是引起过压的一个重要原因,到现场查看被控设备时,发现有一块物料卡在传送带的间隙中,清除后,变频器工作正常。拆开变频器外壳检查,发现制动斩波器上设有三档进线电压选择装置(400V、500V、690V)以适应不同的进线电压,其中短接环插在690V档上,这样就造成制动斩波器和制动电阻投入工作的门槛值过高而在进线电压为400V的ACS600变频器中未起作用,将短接环移至400V档,通过减少减速时间试验,制动斩波器和制动电阻工作正常。
MODBUS通讯协议是一种工业现场总线通讯协议,它定义的是一种设备控制器可以识别和使用的信息帧结构,独立于物理层介质,可以承载于多种网络类型中。MODBUS协议把通信参与者规定为“主站”(Master)和“从站”(Slave),数据和信息的通信遵从主/从模式,当它应用于标准MODBUS网络时,信息被直接传送。MODBUS总线网络中的各个智能设备通过异步串行总线连接起来,只允许一个控制器作为主站,其余智能设备作为从站。采用命令/应答的通信方式,主站发出请求,从站应答请求并送回数据或状态信息,从站不能够自己发送信息。MODBUS协议定义的各种信息帧格式,描述了主站控制器访问从站设备的过程,规定从站怎样做出应答响应,以及检查和报告传输错误等。网络中的每个从设备都必须分配给一个的地址,只有符合地址要求的从设备才会响应主设备发出的命令。
由于MODBUS总线系统开发成本低,简单易用,并且现在已有很多工控器、PLC、显示屏等都具有MODBUS通信接口,所以它已经成为一种公认的通信标准。通过MODBUS总线,可以很方便地将不同厂商生产的控制设备连成工业网络,进行集中监控。
MODBUSZ初为PLC通信而设计,它通过24种总线命令实现PLC与外界的信息交换。这些总线命令对应的通信功能主要包括AI/AO、DI/DO的数据传送。但不是很多MODBUS设备的控制只使用其中的几条命令,对其余命令不做反应。
1.MODBUS通信格式
MODBUS协议定义了两种传输模式,即RTU(Remote Terminal Unit)和ASCII。在RTU模式中,1字节的信息作为一个8位字符被发送,而在ASCII模式中则作为两个ASCII字符被发送,如发送字符“20”时,采用RTU模式时为“00100000”,然而采用ASCII模式则成为“00110010”+“00110000”(ASCII字符的“2”和“0”)。可见,发送同样的数据时,RTU模式的效率大约为ASCII模式的两倍。一般来说,数据量少而且主要是文本时采用ASCII;通信数据量大而且是二进制数值时,多采用RTU模式。
主站一次可向一个或所有从站发送通信请求(或指令),主设备通过消息帧的地址域来选通从设备。主站发送的消息帧的内容和顺序为:从站地址、功能码、数据域(数据起始地址、数据量、数据内容)、CRC校验码;从站应答的信息内容和顺序与主站信息帧基本相同。MODBUS除了定义通信功能码之外,同时还定义了出错码,标志出错信息。主站接收到错误码后,根据错误的原因采取相应的措施。从站应答的数据内容依据功能码进行响应,例如功能代码03要求读取从站设备中保持寄存器的内容。
MODBUS部分功能码
2. CRC校验的实现
MODBUS通信的RTU模式中,规定信息帧的两个字节用于传递CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验)码。发送方将信息帧中地址域、功能码、数据域的所有字节按规定的方式进行位移并进行XOR(异或)计算,即可得到2字节的CRC码,并把包含CRC校验码的信息帧作为一连续的流进行传输。接收方在收到该信息帧时按同样的方式进行计算,并将结果同收到的CRC码的双字节比较,如果一致就认为通信正确,否则认为通信有误,从站将发送CRC错误应答。
RTU模式一般采用CRC-16冗余校验方法,CRC-16的校验码为16位(2字节),其中低字节在前,高字节在后。实现CRC校验有两种方法:根据CRC校验的定义公式进行计算,或者在程序中建立CRC校验值表。在程序中使用前者更容易实现,这里需要使用CRC生成多项式X16+X15+X2+1。该多项式对应的码组系数为18005H(16进制),去除位,对应的16位余数为8005H,即为CRC-16常数。CRC-16校验过程如下:将CRC寄存器的每一位预置为1;把该寄存器值与8bit的信息帧数据进行异或,结果存于该寄存器;对CRC寄存器从高到低进行移位,在位(MSB)的位置补零,而位(LSB,移位后已经被移出CRC寄存器)如果为1,则把寄存器与CRC-16常数进行异或,否则如果LSB为零,则无需进行异或。重复上述的由高至低的移位8次,个8bit数据处理完毕,用此时寄存器的值与下一个8bit数据异或并进行如前一样的8次移位。所有的字符处理完成后CRC寄存器内的值即为的CRC值。CRC添加到消息中时,先加入低字节,然后高字节。
3. 链路特征
MODBUS标准的物理层可以采用RS-232串行通信方式,但在长距离通信中常采用RS-422或RS-485代替。在多点通信情况下只采用RS-485方式,所以RTU模式下的MODBUS系统采用屏蔽双绞线,通信距离可达1000m。一条总线上Z多可配置31个从站设备。传输线上的信息交换是半双工的,即同时只能有一台设备允许发送信息,主站在发送下一条指令之前等待从站回应,从而避免了线路的冲突。
RTU模式的传输格式是1个数据位,2个停止位,没有奇偶校验位。通信数据安全由控制参数CRC-16码保证。RTU接收设备依靠接收字符间经过的时间判断一帧的开始,如果经过3个半的字符时间后仍然没有新的字符或者没有完成帧,接收设备就会放弃该帧,并设下一个字符为新一帧的开始。
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