55千瓦软启动器 西门子55千瓦软启动器

湖南嘉普云自动化设备有限公司

西门子55千瓦软启动器

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问： MM4 变频器的USS 通讯方案有哪些?

答： MM4 变频器的USS 通讯要求在PLC 或PC 上依USS 协议编程,同时在变频器上设置相关的参数才能实现.现给出常规的几种方案：

一. S7-200 PLC 与MM4 的USS 通讯：

a. S7-200 PLC 根据USS 协议编程如用 XMT 指令；
b. S7-200 PLC 使用Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library软件包提供的USS协议库指令编程。

二. S7-1200 PLC 与MM4 的USS 通讯，S7-1200 PLC要求加CM1241 RS485通信模块，通过USS协议库指令编程。

三. S7-300 PLC 与MM4 的USS 通讯：

a. S7-300 PLC 要求加CP340 RS485通讯模块，依USS 协议编程或通过DriveES SIMATIC软件提供的功能块编程；
b. S7-300 PLC 要求加CP341 RS485通讯模块，依USS 协议编程或通过DriveES SIMATIC软件提供的功能块编程；
c. S7-300 PLC 使用CPU31X-2PtP带串行通讯接口的CPU，依USS 协议编程或通过DriveES SIMATIC软件提供的功能块编程。

四. PC 与MM4 的USS 通讯，PC 要求运行软件如:：VB、VC、DELPHI 等，依USS 协议编程。

五. 注意事项: 如用MM4 的USS 广播码方式通讯时, MM4 只支持2个PZD, 而且MM4 的广播码 通讯格式与MM3 不一样 ( 见MM4 广播码通讯的FAQ)。

EMC 安装规范

这对于防止因干扰导致通讯失败和USS装置损坏非常重要。

与PROFIBUS不同，USS通讯端口不是光电隔离的，因此就更需注意要确保正确安装，不至于造成通讯失败和USS装置损坏。

低限度应遵守如下要求：
1) 电机电缆需屏蔽且屏蔽层应在两端正确接地。保证电机侧的EMC防护的屏蔽层360度可靠接触，驱动器背板处使用P形铜夹。尽量避免出现电缆接头，如不可避免则必须确保接头处的EMC屏蔽层连续可靠。

2) 所有节点良好接地 (EMC 接地)。

3) 所有的继电器线圈需加吸收装置。

4) 注意电缆隔离- 确保USS通讯电缆远离其他电缆，尤其是电机电缆。

5) 确保USS通讯电缆的屏蔽正确接地。
 

总线终端及偏置

保证总线两端正确终止及偏置。

MICROMASTER 4
如果MICROMASTER 4 变频器处于总线的首、末节点，则应安装随机附送的USS终端/偏置网络电路（A5E00151017），参见图1：

 

图1 – MM4的USS 终端/偏置网络电路


详见MICROMASTER 4变频器操作指导:


SINAMICS G110 and G120
如果是SINAMICS G110 变频器以及带CU240S 或CU240E 的SINAMICS G120变频器处于总线的首、末节点，则应使用变频器本身自带的终端电阻来作为总线终端。

可通过设定变频器前面的DIP开关到‘总线终端’位置（见图2）。特别注意要将DIP2、3开关都设定到‘总线终端’位置（不在OFF位置上）。需用一个小起子来改变DIP 开关位置。
 

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图 2 – G110 总线终端的DIP开关

更多信息参加操作手册： SINAMICS G110, 章节 3.3 基本调试; Entr-ID: 22102965


在CU240S上，可通过设置控制单元右侧的总线终端开关来获得USS终端（见图3），将开关设定至位置“ON”
 

图 3 – CU240S 总线终端的DIP开关

更多信息参加操作手册： 控制单元 CU240S, CU240S DP, CU240S DP-F, CU240S PN, CU240S PN-F, 章节 4.3 通过RS485 USS连接CU240S; Entry-ID: 27864729

在CU240E上，可通过设置控制单元前面的总线终端开关来获得RS485终端（见图4），将开关设定至位置“ON”。

图 4 – CU240E总线终端的DIP开关
 

如果在总线首、末节点处有5V电压偏置（如226CUP的S7-200 PLC)，那么会用到标准阻值的偏置/终端电阻，即390欧姆上拉、下拉电阻（+5V对于P,0V对应N),和P与N之间的220欧姆电阻（见图5)。
如果节点为9针D形连接器，则Simatic Profibus 网络连接器（如6SE7972-0BA41-0XA0）本身配有这些电阻，可以很方便地进行设置。

总线首、末节点应一直上电，否则整个USS网络可能运行异常。

图 5 –  S7-200 和 MICROMASTER 4侧的总线偏置/终端

(点击见大图)


0V interconnections
因为USS信号的参考电位为0V ( S7-200的M, 参考图5), 因此将所有结点的0V端子相连可以优化通讯性能 (MM4 端子2, S7-200 "M" 端子, 参见图5) 。可以通过USS电缆中的附加导线或通过与此靠近的独立导线实现此种连接。但是通过将0V一点或多点接地可能会引入耦合噪声，这与PLC 24V电源为其他设备或/和 I/O供电极为相似，此种情况下，将PLC的M端不连接到变频器通常可获得更好的性能。




问题的解决措施
(1) 查看诊断参数 r2024 - r2031:

r2024 和 r2025：如果变频器接收到报文, r2024应增加。 如果不是, 则变频器当前没有接收到报文。 在可靠的网络系统中， r2024 (接收报文数) 增加的速度应至少是r2025 (丢弃报文数)的5倍。 如果r2025增加过快则很有可能是报文结构错误或者报文遭到破坏(例如：噪声干扰)。

r2026 - r2031：如果这些参数中只有一个在增加，就应该联系报文结构来检查这个特定的参数。特别是如果 r2030 或 r2031在增长, 通常标明报文本身有问题，而通讯是正常的。

r2026 - r2029：如果这些参数都在增加，标明存在EMC问题或者是电压偏置问题。根据上文和下文的第 (2) 点加以解决。 如果没有足够的电压偏置, 则网络特别容易受到数据帧之间的噪声干扰，任何超过电压偏置的负的电压尖峰将被当作逻辑 "0" 接收，而这通常是一个数据帧的起始位，不断出现的起始位故障 ( 在参数P2029中计数) 可以用来加以确认。

推荐定时检查这些参数，如果故障报文的增长速度随着时间增加，则可能是RS485 驱动器遭到噪声尖峰的损坏。因为电磁干扰导致的 RS485 驱动器损坏通常表现为通讯性能的逐步恶化，而不是突然的损坏。

(2) 尽可能用一个低的波特率。在低的波特率下串口通讯更稳定。并且对于软件版本为2.08 或者 2.09 的MM440，当有其他复杂任务，控制器可能会过负荷。例如闭环矢量控制或PID控制时，或者出现很多错误的报文（可能由于USS驱动器的损坏）。这会导致不稳定的驱动操作。


(3) 用示波器观察母线电压。检查空闲时总线电压为0.5-1V；下图是正常电压的波形。差分信号（P-N，上图）中不应有噪声。共模信号（PN对地电压,下图）中的一些噪声是可以接受的，但是超过5V的尖峰电压可能会损坏RS485驱动器。检查上述几点。
 

图6 – 总线电压, 19.2K bit/s

总线电压, 19.2 K bit/s:
通道A = P to N
通道B = N to earth
 

图7 – 上图的展开图，包括报文的起始位

问：MM4 系列变频器不需扩展模块，能否实现与PLC 的自动化接口？
答：能！MM4 系列变频器都集成了一个串行接口，采用RS485 双线连接，其设计标准适用工业环境的应用对象.采用通用的USS 串行接口协议。在不需要增加硬件投资的基础上，就能实现与PLC 的通讯连接。
USS 串行接口协议，按照串行总线的主-从通讯原理，在总线上可连接一个主站和31 个从站。MM4 系列变频器只能作为从站。所以使用USS 协议多能连接31 台MM4 系列变频器。USS 的RS485 串行接口，具有很强的抗噪声能力，其传输距离可达1000 米。
MM4系列变频器也可以使用用PROFIBUS 协议，多可以控制125 台变频器。PROFIBUS 是一种开放的标准通讯协议，它是针对一般工业环境下的应用而设计和开发的。MM4 系列变频器必须安装PROFIBUS 通讯模块， PROFIBUS 通讯模块定货号为6SE6400-1PB00-0AA0， PROFIBUS 通讯模块可使用变频器内部电源，也可外供24V 直流电源。正确设置PROFIBUS 地址，参数P918，就可实现变频器与PLC 的PROFIBUS 通讯。虽然PROFIBUS 系统比某些协议，例如USS 协议更为复杂，但是它具有以下一些优点：

? 是开放的，定义透明的系统。
? 由不同的制造商开发了多种产品。
? 在工业应用中证明效果很好。
? 减少了现场布线的数量；便于（不用更改布线）重新编程，监测。
? 速度快，可达12Mbaud。
? 一个DP 系统多可以连接125 个从站。
? 可以由一个主站或多个主站进行操作。
? 通讯方式可以是点对点或广播方式。
? 有支持和开发软件供使用。

问：如何使PROFIBUS 通讯的数据传输速率到达12Mbit/s？
答：如此高的速率在PROFIBUSS 中可以实现，但数据传输速率与电缆长度有联系，参见下表：

从上表可知12M 数据传输速率的每段电缆长度为100 米。
使PROFIBUS 通讯的数据传输速率到达12Mb，还须注意的事项有：

? 电缆的屏蔽层必须与SUB-D 插头/座的外壳相连。
? 电缆的两端必须接有终端电阻。
? 电缆两端必须连接到装有内置阻尼网络的插头/座上。
? 总线电缆的末端不允许有多余的裸露短线。
? 使用适宜的插头/座和电缆，如西门子公司的总线插接器，总线电缆。
? 通讯电缆与动力电缆应分开布线(避免耦合干扰)，至少应保持20cm 的距离。必要时使用金属隔板。

以上事项在PROFIBUS/USS 通讯中都应注意，很多用户在程序和参数都正确的情况下，没有遵循EMC 规则而导致通讯失败。

如何使用MM440的转矩控制？

MM440的转矩控制功能是很好的功能，可以应用于一些张力控制的场合，使用时需要注意以下问题：

1. 设定变频器为无速度传感器矢量控制模式。 参看FAQ文档"MM440：无速度传感器矢量控制

    请确认变频器功能设置为SLVC，因为转矩控制运行于SLVC模式。

2. 通过参数P1500设定转矩控制的转矩给定源，参数P2003为基准转矩，代表对应的转矩值.

   例如，P1500=2选择模拟量输入0~10V为转矩给定源。

3.通过参数P1300＝22激活转矩控制功能.

4.实际转矩(Nm)可以通过参数r0031来监测(无论是否在转矩控制模式下),设置P0005=31,在显示画面中显示转矩值而非输出频率值.通过比较显示的转矩值和期望的转矩值可以知道转矩标定是否正确.

5.如有必要，可以用电流控制参数P1340和P1341来调整转矩控制环的稳定性，但通常无需该操作。

注意：在应用转矩控制时，如果没有负载电机会出现飞车，因此应设置一些其它的限制条件，如P1082(电机大运行频率)等，或者设置一个频率超过阈值的指示输出，例如P0731=53.4（请看参数P2155的解释）。

提示1：采用转矩和频率控制运行

频率和转矩控制信号从两个不同的通道输入经常被用到。好的实现方法是让MM440运行于无速度传感器矢量控制模式，频率主设定值由模拟量输入通道1得到，转矩限幅信号由模拟量输入通道2得到。实际上，这意味着仅有频率或转矩能被连续控制，模拟量输入通道2则作为限幅控制。

参数设置
P1000=2 （频率设定值来自模拟量输入通道1）
P1300=20 （无速度传感器矢量控制）
P1500=0
P1522=755.1 （转矩上限值来自模拟量输入通道2）
模拟量输入通道2可以通过P0756 - P0761下标1的参数来做标定。
转矩基准值可以通过P2003来调整。

提示2：采用负转矩运行（例如放卷应用）

在上面的例子中，如果转矩为负，例如在放卷应用中，模拟量输入通道2可以连接至P1523，作为转矩下限值设定。需要重新标定模拟量输入通道2以允许负的设定值（例如0到10V对应0到-转矩）。
频率设定值也需要合适的标定（例如模拟量输入通道1的0到10V对应0到-50Hz）。

提示3：采用正的和负的转矩运行

如果模拟量输入通道2控制的转矩既有正值又有负值，那就有必要用模拟量输入通道2同时调整P1522（例如0到）和P1523（例如0到-）。这可以通过PID环中的信号反相来实现。

•    将模拟量输入通道2连接至PID反馈值，P2264=755.1

•   将标定的输出r2272(通常不变）连接至转矩上限，P1522=2272
•   将误差信号r2273(通常为r2272乘以-1）连接至转矩下限，P1523=2273
•   转矩上限和下限值可以通过模拟量输入通道2连续调整

变频器现在可以运行于这些限幅值之内。也可以按照该方法设定别的限幅值，例如频率、电流限幅等。

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