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西门子变频器6SE6440-2UD42-0GB1
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S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有较高的性能/价格比。 濮阳西门子PLC模块总代理
西门子中国总代理300系列产品概述
功能强大，结构紧凑并且经济
SIMATIC S7- 300通用控制器可以节省安装空间并且具有模块化设计的特点。
大量的模块可根据手头的任务被用于扩展集中系统或创建分散结构的系统，并促进备件成本效益的经济性。凭借其令人印象深刻的创新系列，SIMATIC S7 -300通用控制器成为了一个可以有效节省用户额外投资和维护成本的综合系统。
特别提示：SIMATIC S7-400H控制器已全面升级为V6版-5H PN/DP控制器！
SIMATIC家族内较强大的自动化系统
高**的通讯能力和强大的集成接口使SIMATIC S7-400成为较适合诸如对整个系统进行协调的较大任务过程控制器的理想选择。CPU的分级使得性能的可扩展成为可能。 濮阳西门子PLC模块总代理
同时，对外设I/ O能力的扩展几乎是无限的。而且，程序控制器信号模块可以在系统运行中（热插拔）进行插入和删除操作，很容易进行系统扩展或模块更换。
西门子中国总代理 西门子PLC模块6ES7222-1HD22-0A01200系列产品概述
新的模块化 SIMATIC S7-1200 控制器是我们新推出产品的核心，可实现简单却高度精确的自动化任务。SIMATIC S7-1200 控制器实现了模块化和紧凑型设计，功能强大、投资安全并且完全适合各种应用。
本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，较大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有较高的性能/价格比。
表1. S7-200系统支持的通信协议略表
| 协议类型 | 端口位置 | 接口类型 | 传输介质 | 通信速率 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| PPI | EM241模块 | RJ11 | 模拟电话 | 33.6Kbits/s | 数据传输速率 |
|
CPU口0/1 |
DB-9针 | RS-485 | 9.6K,19.2K,187.5K | 主、从站 | |
| MPI | 19.2K,187.5K | 仅从站 | |||
| EM277 | DB-9针 | RS-485 | 19.2K...187.5K...12M |
速率自适应 从站 |
|
| PROFIBUS-DP | 9.6K,19.2K...187.5K...12M | ||||
| S7协议 |
CP243-1/ CP243-1 IT |
RJ45 | 以太网 | 10Mbits/s, 100Mbits/s | 自适应 |
| AS-Interface | CP243-2 | 接线端子 | AS-i网络 | 5/10ms循环周期 | 主站 |
| USS | CPU口0 | DB-9针 | RS-485 | 1200bits/s...9.6K...115.2K |
主站 自由口库指令 |
| Modbus RTU |
主站/从站 自由口库指令 |
||||
| EM241 | RJ11 | 模拟电话 | 33.6Kbits/s | 数据传输速率 | |
| 自由口 | CPU口0/1 | DB-9针 | RS-485 | 1200...9.6K...115.2K | |
S7-200 CPU上的通信口（Port0，Port1）可以工作在“自由口”模式下。 所谓自由口就是建立在RS-485半双工硬件基础上的串行通信功能，其字节传输格式为：一个起始位、7位或8位数据、一个可选的奇偶校验位、一个停止位。凡支持此格式的通信对象，一般都可以与S7-200通信。在自由口模式下，通信协议完全由通信对象，或者用户决定。
一些通信标准只支持一对一的通信方式；另一些支持网络通信。S7-200支持多种网络通信方式。
网络通信协议要比一对一的通信更为复杂。网络通信对网络中的设备也有一定的要求，通信设备能否完全符合网络通信协议的要求会影响、制约实现整个网络通信的完整功能。考察这些网络通信协议的要求，对于项目的规划、设计、调试具有重要的意义。选用适当的设备可以有目的地利用网络通信要求的特点，做到经济合理。
在用户的实际工作中，上述的制约更多地在使用了非西门子的第三方产品时出现。
S7-200的特点就是支持网络通信。连接到S7-200编程口的设备都可以认为是连接到了S7-200通信网络上。一个典型的例子是安装了编程软件Micro/WIN的计算机，通过编程电缆与CPU通信口相连，这也可以认为是一个通信网络。
通信协议规定了通信设备在网络中的角色，可分为：
安装编程软件Micro/WIN的计算机一定是通信主站；所有的HMI（人机操作界面）也是通信主站；与S7-200通信的S7-300/400往往也作为主站。
只有一个主站，其他通信设备都处于从站通信模式的网络就是单主站网络。单主站网络的例子有：
一个通信网络中，如果有多个通信主站存在，就称为多主站网络。属于多主站网络的情况有：
单主站和多主站网络的状态并不总是不变的。例如一个仅包括一个CPU和一个TD200的单主站网络，如果要与Micro/WIN进行编程通信，它就变成了多主站网络。
并不是所有的设备都支持多主站网络通信！在多主站网络中，主站要轮流控制网络上的通信，这就要求它们有交换令牌的能力。不是所有的设备都有这个能力
S7-200 CPU使用自由口通信模式时，既可以做主站，又可以做从站。如S7-200用USS协议控制西门子驱动装置时是主站；使用Modbus RTU从站指令库时它就是从站。这说明所谓主、从是由通信协议决定的，用户在编制通信协议时自己定义各通信设备在通信活动中的角色。
服务器（Server）与客户端（Client）的关系有些像从站与主站的关系。服务器总是等待客户端发起数据访问。这个概念常常在以太网通信中使用。
一个通信对象是服务器还是客户端取决于它们在通信活动中的具体作用。例如，CP243-1以太网模块既可以配置为服务器等待客户端来访问，也可以配置为客户端访问其他服务器。CP243-1作为服务器时，运行在计算机上的PC Access软件作为客户端通过CP243-1访问CPU的数据；而PC Access软件本身是OPC Server，OPC Client软件（如支持OPC的HMI软件）可以访问它。
CP243-1/CP243-1 IT与S7-300/400的以太网模块一样，既可以做服务器，也可以做客户端；S7-200的OPC Server——PC Access与CP243-1连接时是客户端，同时对上位的监控软件是服务器。
PPI，MPI和PROFIBUS都是基于OSI（开放系统互联）的七层网络结构模型，符合欧洲标准EN50170所定义的PROFIBUS标准，基于令牌的的网络通信协议。这些协议是非同步的（串行的）基于字符的通信协议，字符格式包括一个起始位、8个数据位、一个偶校验位和一个停止位。其通信帧包括特定的起始和结束字符、源和目的站的地址、帧长度和数据校验和。
在波特率一致、各站地址不同的情况下，PPI，MPI和PROFIBUS可以同时在一个网络上运行，并且互不干扰。
这就是说如果一个网络上有S7-300、S7-200，S7-300之间可以通过MPI或PROFIBUS通信，而在同时在同一个网络上的TP170 micro触摸屏可以与一个S7-200 CPU通信。
S7-200 CPU支持6路高速数字量输入（CPU224/226）和两路高速数字量输出（用于PTO/PWM）。
新产品CPU224 XP高速输入中的两路支持更加高的速度。用作单相脉冲输入时，可以达到200KHz；用作双相90°正交脉冲输入时，速度可达100KHz。
CPU224 XP的两路高速数字量输出速率可以达到100KHz。
图1. CPU224 XP数字量接线
图中：
除了其他高速输入端子外，CPU224 XP特有的高速输入端子为I0.3、I0.4、I0.5。
具体位置如图1所示。
这些特高速输入端可用作高速计数器输入端，如表1所示：
表1. CPU224 XP高速输入端子与计数器分配
| 模式 | 描述 | 输入点 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| HSCO | I0.0 | I0.1 | I0.2 | ||
| HSC1 | I0.6 | I0.7 | I1.0 | I1.1 | |
| HSC2 | I1.2 | I1.3 | I1.4 | I1.5 | |
| HSC3 | I0.1 | ||||
| HSC4 | I0.3 | I0.4 | I0.5 | ||
| HSC5 | I0.4 | ||||
| 0 | 带有内部方向控制的单相计数器 | 时钟 | |||
| 1 | 时钟 | 复位 | |||
| 2 | 时钟 | 复位 | 启动 | ||
| 3 | 带有外部方向控制的单相计数器 | 时钟 | 方向 | ||
| 4 | 时钟 | 方向 | 复位 | ||
| 5 | 时钟 | 方向 | 复位 | 启动 | |
| 6 | 带有增减计数时钟的双相计数器 | 增时钟 | 减时钟 | ||
| 7 | 增时钟 | 减时钟 | 复位 | ||
| 8 | 增时钟 | 减时钟 | 复位 | 启动 | |
| 9 | A/B相正交计数器 | 时钟A | 时钟B | ||
| 10 | 时钟A | 时钟B | 复位 | ||
| 11 | 时钟A | 时钟B | 复位 | 启动 | |
根据上表可以看出：
支持特高速输入的I0.3、I0.4、I0.5可以接受5 - 24VDC信号；它们既可以用于高速脉冲输入，也可以用于普通输入信号。它们与本组输入点（I0.0 - I0.7）一起，
1. 项目基本信息
Basic Project Information
汽车总装物流自动化系统，系统中使用了西门子的CPU319F、ET200s、G120、Comfort Panel。升降机设备使用的变频器是西门子G120：CU250S-2PN （6SL3246-0BA22-1FA0），PM240 45kw （6SL3224-0BE33-7UA0）
下图为总装厂内饰线物流设备和系统网络结构图：
图1系统网络结构图
2. 问题描述
Problem description
用户反映有以下几个问题：
问题一：总装厂内饰4线的升降机有时会出带车身下降无法快速减速的现象，升降机会快速下滑，类似于失速，目前通过降低升降机的速度可以暂时使用。
问题二：升降机下到位停止时，车盘抖动剧烈。
升降机的功能是将车身从二层下放到一层（图2），升降机下降时，变频器较高输出频率运行在50Hz，遇到减速开关时输出频率设为8Hz，遇到到位开关时，变频器给停车命令，同时抱闸将电机抱死。
现场观察发现：经常出问题的升降机在空车盘运行时，不会出现用户描述的问题一现象，下降到位停止时，车盘上下晃动较大。当车盘带车身下降时，遇到减速开关不能快速减速到8Hz，车盘直接撞到硬限位开关，电机抱闸将电机抱死。在此过程中，变频器不报警。
图2 升降机设备
3. 问题分析
Problem Analysis
问题一：升降机不能快速减速，且变频器不报错
1) 升降机下放重物，电机工作在发电状态，变频器应禁用Vdmax控制器，启用能耗制动，利用变频器集成的制动单元和外部制动电阻消耗能量。检查变频器接线，尤其是制动电阻的接线是否正确。检查变频器参数设置P1240/P1280，是否禁用Vdmax控制器。检查P219制动功率设置是否正确。
2) 考虑制动电阻的制动功率是否合适。
3) 实际速度与设定速度不一致时，变频器默认设置可以报A7903，且作为状态字Bit8通过通讯报文返回给PLC。需检查报警记录，并检查G120的Speed Message设置。
问题二：升降机下放到位停止时抖动
1) 考虑是否是变频器控制性能问题导致抖动。需要测试变频器从50Hz输出减速到0Hz输出（ON命令保持），观察升降机的稳定性。装置是否动态优化。
2) 考虑抱闸逻辑及机械影响。需要测试在变频器零速输出时，先抱闸再给停车命令。
4. 问题处理步骤
Problem Solving Steps
1）检查变频器接线和制动电阻接线，正确。变频器参数设置P1240=0、P1280=0，Vdmax控制器已经禁用。
2）变频器以50Hz设定值运行时，其运行曲线见图3。当速度设定值（红线）迅速下降时，编码器反馈的速度实际值（黄线）缓慢下降，直到碰到硬限位开关，电机抱闸抱紧，实际速度才变为0。图3中，设备在加速和减速转折点处的功率（浅蓝线）较大，但在减速过程中一直被限制在-13.75kw左右，且减速转折点处的输出转矩（深黄线）只有-90Nm左右。
图3 闭环矢量控制 输出频率50Hz P1531=-13.75kw
采用矢量闭环控制方式时，其转矩输出除了受转矩上下限影响以外，还受电流限制值和功率限制值影响（图4）。检查P1530和P1531（图5），P1531=-13.75kw。因此可以判断：在下降过程中，变频器受功率限制值的影响，转矩输出被限制。
图4 转矩限制 图5功率限制
3）用户提到的在降低输出频率（40Hz）的情况下，不会出现速度减不下来的问题。图6为闭环矢量控制，设定频率为40Hz，P1531=-13.75kw时的运行曲线，功率（浅蓝线）仍被限制在-13.75kw左右，当设定速度（红线）下降时，实际速度（黄线）其实并不能很好的跟随减速，主要原因还是功率限制影响了转矩输出，但速度降低以后刚好输出转矩可以满足负载要求，因此速度再次受控，不会表现出明显的速度不受控现象。
图6闭环矢量控制 频率输出40Hz P1531=-13.75kw
4）图7为V/F控制方式下，输出频率50Hz，P1531=-13.75kw时的运行曲线。此时的功率（浅蓝线）不受P1531的限制，在减速转折点处功率达到-22kw左右，转矩输出（深黄线）达到-155Nm左右，因此，在闭环矢量控制时，应设置P219>22kw（P1531会自动设置为-P219）。
图7 V/F控制方式 输出频率50Hz P1531=-13.75kw
5）为电机做静态优化和带编码器的动态优化，由于升降机的驱动电机是一用一备，因此可以切换到备用电机上做动态优化，并将原来电机的编码器线安装到备用电机上，注意在Scout中设置P410=1，将编码器方向取反。做动态优化时，需要强制抱闸打开。优化完毕后将电机和编码器接线恢复，并设置P410=0，P219=25kw，参数上传保存，并copy RAM to ROM。图8为修改参数后变频器的运行曲线，在减速转折点附近的功率（浅蓝线）达到-20kw，转矩输出达到-150Nm左右。
图8 闭环矢量控制 输出频率50Hz P1531=-25kw
6）为了进一步确认P1531对闭环矢量控制下转矩输出的影响，设置P1531=-10kw（图9）。当设定频率为50Hz时，功率（浅蓝线）被限制在-10kw，转矩输出（深黄线）被限制在-62Nm左右，电机失速（实际速度大于较大速度限制值1500rpm），报故障F7902，变频器OFF2停车，电机抱闸抱死。因此功率限制值P1530、P1531的设置限制了闭环矢量控制的转矩输出。
图9 闭环矢量控制 输出频率50Hz P1531=-10kw
7）在Scout中在线查看G120的Alarm History，当出现实际速度与设定速度相差很大的情况时，变频器报警A7903，但在变频器屏幕上没能及时看到此报警，因为出现的时间太短（小于1秒），但是报警点已经通过通讯报文状态字1的bit8返回给了PLC（图10），用户并没有使用此位参与控制抱闸。用户希望此报警直接变成故障输出。设置参数P2106=2197.7，利用此点激活外部故障1（F7860），变频器停止输出，电机抱闸抱死。图11为设置外部故障参数前变频器运行曲线，图12为设置外部故障后的运行曲线。
图10速度监控
图11实际速度（黄线）与设定速度（红线）差值大于P2163+P2164（150rpm+15rpm），**过P2166（200ms），抱闸无动作。
图11 设置P2106=2197.7之前
图12实际速度（黄线）与设定速度（红线）差值大于P2163+P2164（150rpm+15rpm），**过P2166（200ms），变频器停止输出，电机抱闸抱死。
图12 设置P2106=2197.7之后
8）升降机下降到位时，车盘上下抖动。首先，测试在变频器输出从50Hz减速到0Hz时的稳定性。当车盘遇到减速开关时，控制其直接减速到0Hz，On命令始终接通，图13为测试曲线，图中可以看出设定速度（红线）从高速减到0rpm时，实际速度（黄线）只在接近0rpm时经过了一个波谷（偏差<20rpm）就稳定在0rpm了，考虑到减速箱的减速比为1475/41，这个波动几乎无法察觉。变频器在0rpm时输出转矩（紫线）为110Nm左右，可以将车盘稳稳悬停。因此车盘抖动不是变频器闭环矢量控制参数的问题。
图13闭环矢量控制 0rpm输出测试
9）用户的抱闸是由PLC输出直接控制的，当变频器ON命令保持，0rpm输出时，强制抱闸输出抱紧电机时，车盘不晃动，说明抖动不是机械上的问题。需要用户查看抱闸控制逻辑，并注意抱闸动作所需时间。
10）检查用户关于变频器控制部分的程序FB101（图14）。当变频器既没有正转命令又没有反转命令时，PLC发给变频器的控制字为16#476，也就是说当车盘下降到位或上升到位时，变频器接收到的控制字为16#476（2#0000 0010 0111 0110），即PLC控制变频器OFF1停车(bit0）并脉冲封锁（bit3）。因此，在车盘下到位停止时，变频器得到脉冲封锁命令，变频没有转矩输出。变频器停止时速度设定值（红线）直接变为0，没有按P1121（2秒）斜坡下降，转矩输出（深黄线）直接变为0。车盘相当于自由停车，此时抱闸刚刚开始动作还没有抱紧，因此车盘下降速度（黄线）突然增大，而后抱闸抱紧，车盘停止，实际速度变为0rpm。
图14 PLC控制逻辑
图15抱闸曲线
用户需要修改此段程序，将停止命令改为16#47E，再根据抱闸动作所需时间，修改抱闸控制逻辑。
5. 处理结果
Final Result
问题一：升降机下降无法快速停车，且变频器不报错问题已经通过测试1-7找到根源并解决。问题关键点是：
1）P219参数设置，该参数直接影响P1531，设置P219=25kw（P1531=-25kw）。
2）矢量控制方式下，变频器需要静态优化和动态优化。
3）P2106=2197.7，实际速度与设定速度偏差过大时，激活外部故障1（F7860）。
问题二：车盘下降到位时上下抖动问题已经通过测试8-10找到，需要用户修改停车方式，理清抱闸逻辑。问题关键点是：
1）升降机正常停止时，PLC不能给变频器脉冲封锁命令，会直接导致变频器没有转矩输出，相当于自由停车，在抱闸完全抱紧之前，车盘必然会下滑。
2）抱闸动作时间与OFF1停车命令的配合逻辑需要用户自己理清。用户反馈：将变频器停止命令修改为16#047E，并使用G120的brake control抱闸控制点（变频器通讯状态字1 bit12）控制抱闸动作，车盘到位时不再抖动。
CPU问题
当V20变频器出现A0501时该如何解决?
A0501
变频器输出电流限幅，当变频器的输出电流达到r0067参数的数值时，变频器给出A0501报警，r0067的大小受P640（电动机过载倍数）、变频器较大输出电流、电动机和变频器热保护功能影响。当出现A0501报警时，变频器会启动较大电流控制器并保持或降低输出频率来抑制电流继续增大。
常见原因
1.电机负载大，由负载大导致电机电流较大达到了电流限幅值，变频器出现A0501
· 电动机过载
· 大惯量负载加速时间太短需要较大启动转矩的设备的启动过程（包括电动机堵转）
· PID控制，反馈信号受到干扰波动较大，PI参数不合适
· 启动正在旋转的电机
2.变频器过温
· 变频器过载（过温），由变频器过温导致变频器输出能力下降。引起A0501
3.电机参数问题
· 电机参数不准确
常见处理办法
1.由电机负载大引起的A0501请检查以下几点
· 检查电动机是否过载，通过变频器r0027查看电机当前电流是否已经**过电机额定电流
· 如果在大惯量负载加速过程中出现A0501，请适当延长斜坡上升时间P1120
· 需要较大启动转矩的重载应用时，启动出现A0501电机不转，请适当增大电压提升P1310,P 1311,P 1312
· PID控制经常出现A0501，请检查模拟量反馈信号是否受到干扰波动很大，适当增大模拟量信号滤波时间，适当调整PI参数P2280和P2285
· 如果变频器启动本身就在旋转的电机，启动时有可能出现A0501，严重情况可能导致F0001，激活捕捉再启动功能p1200
· 注意：潜水泵、压缩机、罗茨风机不同于普通的供水泵和离心风机,属于重负载应用
2.由变频器过温引起的A0501请检查以下几点
· 变频器的输出电流是否已经**过变频器额定电流
· 变频器工作环境温度是否过高
· 变频器风扇是否工作正常
3.由电机参数问题引起的A0501
· 检查设置的电机铭牌数据与电机接线方式（星接/角接）是否一致
案例集
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序号 |
报警现象描述 |
可能的故障原因及处理措施 |
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1
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V20驱动离心风机，加速过程中出现A0501
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原因：风机为大惯量负载，机械特性决定需要长的加速时间P1120
措施：延长斜坡上升时间 |
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2 |
潜水泵（深井泵），启动、加速过程中出现A0501 |
原因：潜水泵并不是普通泵类负载， 类似恒转矩负载， 启动转矩要求较大
措施：P1300=0，适当增大电压提升P1310 |
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3 |
V20驱动罗茨风机，启动过程中出现A0501报警， 频率不能上升。 |
原因：潜水泵并不是普通泵类负载， 类似恒转矩负载， 启动转矩要求较大
措施：P1300=0，适当增大电压提升P1310 |
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4 |
V20变频器用于恒压供水，经常出现A0501报警 |
原因：模拟量反馈信号受干扰波动较大或PI参数设置不合适
措施：排出干扰增加模拟量滤波时间，调整PI参数 |
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5 |
V20驱动风机、水泵**50Hz运行，出现A0501 |
原因：变频器**频运行 ，风机泵类负载导致电机轴功率按照3次方关系加大。电机过载。
措施：限制频率上限避免变频器**速运行 |
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6 |
电动机空载运行报A0501，检查电机良好无机械问题 |
原因：电机采用角形接法，电机参数按照星形接法输入
措施：正确设置电机参数 |
注意
以上内容仅作为故障报警排查的指导，不具有**性，导致变频器故障报警的原因很多，情况也较复杂，本文只是对常见的故障报警原因和处理方法进行说明，供参考。