西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8

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分布式变频器的特点及应用场合

     在西门子众多变频器中，有一类变频器相对特殊，那就是分布式变频器（Distributed inverters）。那么分布式变频器的特点是什么，适用于什么场合？西门子分布式变频器又分为哪几类？下面就为大家一一揭晓。

       分布式变频器的特点是防护等级高、体积小、节省空间、不需要电控柜，可直接用于现场，这样一来就降低了设备成套的成本。由于变频器放在现场，使得电机到变频器的电缆长度相应变短。随之而来带来的益处是功率损耗降低、辐射干扰降低，因而屏蔽电缆和额外的滤波器的费用可省下。正因为分布式变频器具备了上述特点，所以在具有高度空间延展性的输送系统，比如物流和汽车行业，得到了广泛应用。

西门子分布式变频器主要分为以下四种：

G110M

                                              

SINAMICS G110M被设计用于SIMOGEAR齿轮电机，可与框架尺寸71到112的电机直接相连。

·功率范围  0.37~4KW

·通讯接口  USS/Modbus、ASI、PROFIBUS、PROFINET

·控制方式  V/F控制，SLVC控制，转矩控制

·防护等级  IP65（插拔式），IP66（螺纹接口）

·特点   与电机直接相连；可选内置制动电阻

 

G110D

 

 

SINAMICS G110D 分布式变频器系列适用于简单的驱动任务，特别是在输送技术领域。

·功率范围    0.75~7.5KW

·通讯接口    ASI

·控制方式   V/F控制

·防护等级   IP65

·特点  各功率段有相同的钻孔尺寸；隔离开关，用来在供电回路不断电的情况下对单台设备进行断电操作；通过手动现场操作装置（选件）可实现特定区域内的快速调试和应用功能的本地测试

 

G120D

SINAMICS G120D 系列分布式变频器适用于高要求的驱动任务，特别是在输送技术领域。

 

·功率范围    0.75~7.5KW

·通讯接口    PROFIBUS、PROFINET

·控制方式   V/F控制，SLVC控制,VC控制，转矩控制

·防护等级   IP65

·特点   各功率段有相同的钻孔尺寸；扩展安全功能；具备再生回馈能力，即快速制动时，再生能量可回馈到电网；可连接增量编码器和**值编码器；当选用CU250D-2控制单元时，可通过变频器实现基本定位功能。

 ET200 Pro FC-2

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·功率范围    1.5KW

·通讯接口    PROFIBUS、PROFINET

·控制方式   V/F控制，SLVC控制

·防护等级   IP65

·用于ET200Pro系统，需要与接口模块等组合使用；回馈能力

 

为了方便对各分布式变频器进行比较，大家可以参照下面的表格。

1 整定快速开关

1.1  6脉动两台装置以并行接口并联方式整定快速开关（以下简称快开）。

以保护直流电动机为目的，防止电枢回路流过不可预期的大电流，在装置和电机电枢回路中间设计安装适当容量的直流快开。快开的整定在整个驱动动设备调试过程当中是一个非常重要的环节。较为准确的快开整定值在提升机电控系统日常运行当中具有重要的现实意义。

 

1.2  确定快开整定值

依据项目原始设计的提升大件力图，如图1-1所示，计算出电动机较大启动转矩，得到过载倍数为1.6倍，1836A×1.6=2937A，那么快开跳闸整定值设置为3200A。也就是说当电枢回路出现大电流达到3200A时快速开关立即跳闸，切断电枢回路的大电流，驱动装置同时封锁脉冲。

 

图1-1设计提升机力图

 

1.3  快开整定方法

现场调试当中，快开整定方法是以较小电流整定，而不应该将真实的3200A输出到电机的电枢回路，因为快开每次在大电流跳闸后，会对快开的触头银块造成不可修复的伤害。快开的动静触头瞬间切断大电流引起的电弧产生的高温使得触头表面凸凹不平，如图1-2所示。尽管手工打磨后触头表面比较平整，但是凹坑无法填平，这样减少了动静触头的接触面积，右图是2400A跳闸后的动静触头表面烧伤的情形。为了尽可能避免这种情况发生，以较小电流近似整定快开跳闸阀值的方法具有现实意义上的合理性。因为快开跳闸动作值与流过动静触点的电流值成线性关系，所以假定一电流值如2400A。由于从2400A到3200A（真实跳闸阀值）在机械设定旋钮上对应4齿，也就是说每齿对应200A。

 

 图1-2快开主触头  

                                                                                                                            

1.4  相关测试参数

验证快开跳闸设定阀值；设置参数P50601.02=P2900, 闭合快开，启动并联装置，设置参数P2900，并且电流给定值以10%的步长实施。由于在这个电流给定过程中，包括并联装置、电机电枢、快开、动力电缆、整流变压器、进线断路器等设备都将经受电流从小到大的负荷的过程，其中两台并联装置的输出电流是否均衡的指标是这个测试过程的重中之重。现场调试当中记录快开实际跳闸的电流给定值是在P2900=70%到80%的阶跃当 中的发生的，也就是说，快开跳闸时的实际电流值大约是2400A上下，此数值符合快开机械旋钮设定的预期。接下来的工作就是用细砂纸仔细打磨动静触头，使得其表面平整并接触面尽可能大。                                                                                      

最后将快开的机械式整定旋钮按顺时针方向拧过4齿，如图1-3所示，就是设定快开较终的跳闸阀值3200A。这个阀值将在提升机液压抱闸完成之后人为采取憋电流的方法进一步验证。具体办法这里不再赘述。         

                                                        

 图 1-3设定快开跳闸阀值

 

 

 

2  调整闭环参数

 

2.1  6脉动装置并联开车以手动方式调整速度环PI参数。

 

设置参数：P50601.02=r52134，使得双闭环通道恢复工厂值状态，

                    P1070=P2900，速度给定的源

                    P50225=3       速度环PI参数为工厂设定值

                    P50226=0.650

                    P50083=3  内部实际EMF

                    P400=3011   单极性HTL 4096

                    P408=4096   脉冲数

按用户提供的编码器型号和数据设置，可是编码器没有同轴安装，而是经过1:3的齿轮增速的方式安装。装置启动，P2900以5%为初始给定，并且以步长10%提速，记录速度给定值r60, 速度实际值r63, 编码器实际速度r61。单独测试编码器波形，可以看出不缺脉冲，只是脉冲**部不太平直而已，测得波形如图2-1所示。

                 图2-1脉冲编码器脉冲

从当时记录的r61的这条黄色曲线如图2-2来看，发现曲线存在不定时的下拉情况，当时trace扫描时间为4毫秒，不存在软件设置问题。

 

                                      2-2脉冲编码器STARTER中R61

 

就在这种情况下，调整速度环PI参数，发现r63≈r60, 但r61差别太大，并且r61和r63之间在各种转速下都不成比例。如图2-3所示。

 

                                    图2-3脉冲编码器*列表中r61[0]

反复调整相关参数，无法使得r61与r63极性一致且大小相近，某些情况下甚至极性相反，如图2-4所示。更换相邻的编码器测试，结果与之前编码器情形相似。

 

                                           图2-4脉冲编码器*列表中R61-2

 

由于编码器安装方式存在缺陷，比如没有同轴安装，还有1:3齿轮咬合不紧密，当电动机转速突变时存在踩空现象。

这两种情况在现场没办法改变，只有试图通过改变参数加以应对。实验多组参数设置之后，最后设置P400=3009（1024 HTL  A/B unipolar）和P408=1024 才使得r61≈r63≈r60。然后采用编码器作为速度反馈方式，如图2-5所示，记录的r61（黄色曲线）和r68（绿色曲线、电流实际值的**值）的曲线，从中可以发现速度实际值和电流实际值的振幅都偏大，电流实际值在电机空载情况下已经达到了40A，正常情况是不**过20A才对。论其根源在于编码器的安装效果决定速度电机运转效果，因为无论速度环参数如何调整都无法改善速度控制精度，同时导致电流内环的振幅无法消减，所有这些简单从编码器的安装效果看得出来，比如不管是在低速还是在高速运转，可以观察到编码器存在明显的晃动。空载期间建议用户更改编码器安装方式为同轴安装效果较好。

 

                                                         图2-5空载电流曲线

 

2.2  *二组6脉动并联装置的调试

基于**组并联装置的调试过程，*二组6脉动调试工作进展顺利，只是在项目树中拷贝设备时修改DP地址出现了困难，原本以为修改P918参数后就可以搜索到新设备，但是每次搜索不到，究其原因是拷贝得到的设备需要在设备属性中两处不同的地方修改DP地址，一个是在DEVICE addresses中，另一个是在下一栏Object address中，如图2-27所示。这样才可以联机搜索到拷贝的设备。

因为*二组6脉动并联装置同样需要独立实现满载半速运行，所以项目设计一套编码器信号分路器，但实际测试当中发现此设备有缺陷，不能够将编码器输送过来的信号正确处理，最后放弃此方案，不得已采用端子改线的方式切换编码器信号。

所有对于*二组6脉动并联装置的测试及调试过程以及得到的数据，与**组的情况并**致。只是省去了电枢电流优化和快开整定的步骤。

                                                                                      

2.3   12脉动串联装置的测试与调试

首先设置并行接口参数，尤其注意的是*二组6脉动并联装置的电流设定值取自主装置

的 r52120，然后设置几个重要参数，具体设置如下：

     ①  主装置：P51814[2]=r52120 ， 电枢电流设定值，如图2-6所示。

     ②  *二组装置：P50500=r52701[2]，取自主装置的电枢电流设定值。

     ③设置并模拟测试上位机发出的复位指令，主装置P2103.0=r2090.7；   从装置 P2103.0=r52721.8。

     ④ 事先检查并行接口主从状态位 r533110.0是否正确。

 

 

 

               图2-6从装置电流给定

CPU
6ES7211-0AA23-0B0 CPU221 DC/DC/DC,6输入/4输出
6ES7211-0BA23-0B0 CPU221 继电器输出,6输入/4输出
6ES7212-1AB23-0B8 CPU222 DC/DC/DC,8输入/6输出
6ES7212-1BB23-0B8 CPU222 继电器输出,8输入/6输出
6ES7214-1AD23-0B8 CPU224 DC/DC/DC,14输入/10输出
6ES7214-1BD23-0B8 CPU224 继电器输出,14输入/10输出
6ES7214-2AD23-0B8 CPU224XP DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO
6ES7214-2BD23-0B8 CPU224XP 继电器输出,14DI/10DO,2AI/1AO
6ES7216-2AD23-0B8 CPU226 DC/DC/DC,24输入/16输出
6ES7216-2BD23-0B8 CPU226 继电器输出,24输入/16输出
扩展模块
6ES7 221-1BH22-0A8 EM221 16入 24VDC，开关量
6ES7 221-1BF22-0A8 EM221 8入 24VDC，开关量
6ES7 221-1EF22-0A0 EM221 8入 120/230VAC，开关量
6ES7 222-1BF22-0A8 EM222 8出 24VDC，开关量
6ES7 222-1EF22-0A0 EM222 8出 120V/230VAC，0.5A 开关量
6ES7 222-1HF22-0A8 EM222 8出 继电器
6ES7 222-1BD22-0A0 EM222 4出 24VDC 固态－MOSFET
6ES7 222-1HD22-0A0 EM222 4出 继电器 干触点
6ES7 223-1BF22-0A8 EM223 4入/4出 24VDC，开关量
6ES7 223-1HF22-0A8 EM223 4入 24VDC/4出 继电器
6ES7 223-1BH22-0A8 EM223 8入/8出 24VDC，开关量
6ES7 223-1PH22-0A8 EM223 8入 24VDC/8出 继电器
6ES7 223-1BL22-0A8 EM223 16入/16出 24VDC，开关量
6ES7 223-1PL22-0A8 EM223 16入 24VDC/16出 继电器
6ES7 223-1BM22-0A8 EM223 32入/32出 24VDC，开关量
6ES7 223-1PM22-0A8 EM223 32入 24VDC/32出 继电器
6ES7 231-0HC22-0A8 EM231 4入*12位精度，模拟量
6ES7 231-7PB22-0A8 EM231 2入*热电阻，模拟量
6ES7 231-7PD22-0A8 EM231 4入*热电偶，模拟量
6ES7 232-0HB22-0A8 EM232 2出*12位精度，模拟量
6ES7 235-0KD22-0A8 EM235 4入/1出*12位精度，模拟量
6ES7 277-0AA22-0A0 EM277 PROFIBUS-DP接口模块
6GK7 243-2AX01-0A0 CP243-2 AS-i接口模块
6ES7 253-1AA22-0A0 EM253 位控模块
6ES7 241-1AA22-0A0 EM241 调制解调器模块
6GK7 243-1EX00-0E0 CP243-1工业以太网模块 
6GK7 243-1GX00-0E0 CP243-1IT 工业以太网模块
附件
6ES7 291-8GF23-0A0 MC291,新CPU22x存储器盒,64K
6ES7 291-8GH23-0A0 MC291,新CPU22x存储器盒,256KB
6ES7 297-1AA23-0A0 CC292,CPU22x时钟/日期电池盒
6ES7 291-8BA20-0A0 BC293,CPU22x电池盒
6ES7 290-6AA20-0A0 扩展电缆,I/O扩展,0.8米,CPU22x/EM
6ES7 901-3CB30-0A0 编程/通讯电缆,PC/PPI,带光电隔离,5-开关,5m
6ES7 901-3DB30-0A0 编程/通讯电缆,PC/PPI,带光电隔离,USB接口，5-开关
6ES7 292-1AD20-0AA0 CPU22x/EM端子连接器块,7个端子,可拆卸
6ES7 292-1AE20-0AA0 CPU22x/EM端子连接器块,12个端子,可拆卸
6ES7 292-1AG20-0AA0 CPU22x/EM连接器块,18个端子,可拆卸
6AV6 640-0AA00-0AX0 TD400C文本显示器
6ES7272-0AA30-0YA1      TD200文本显示器
6EP1 332-1SH31 专为S7－200 设计电源,24V/3.5A 可并联5个
6EP1332-1LA00  PS207电源 输入100-240VC（85-264VAC/110-300VDC),输出：24VDC、2.5A
6EP1332-1LA10 PS207电源 输出：24VDC、4.0A
6ES7 231-7PF22-0A0 EM231 8路输入热电偶
6ES7 231-0HF22-0A0 EM231模拟量输入模块，8输入
6ES7 231-7PC22-0A0 EM231 4路输入热电阻
6ES7 232-0HD22-0A0 EM232模拟拟量输出模块，4输出

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