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SIEMENS 西門子變頻器器技術參數
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西門子在“2014中國工業博覽會”現場發布了SinamicsV20變頻器全新E尺寸模塊。該模塊的功率可達30kW，適用于風機、水泵、壓縮機、輸送設備、攪拌機、石材切割等大功率應用場合，并具有重過載和輕過載的雙重模式，可以實現小功率變頻器驅動大電機，有效降低客戶的采購成本。
西門子V20變頻器介紹西門子V20變頻器是西門子于2012年推出的一款適合基本應用的變頻器，由西門子中、德、英三國工程師共同設計研發，并在西門子數控（南京）有限公司生產。憑借調試過程快捷、易于操作、穩定可靠及經濟高效等優勢，面市兩年間，西門子V20變頻器已經成為風機水泵、物料輸送類及加工類設備等行業客戶對驅動產品的，可以為他們提供簡易、經濟的驅動解決方案。此前，西門子V20變頻器有4種外形尺寸可供選擇，功率為15kW。E尺寸模塊的推出使西門子V20變頻器適用的功率提升到30kW。該模塊繼承西門子20變頻器可靠性高、故障率低等特點，結構設計更優化，且發布前在多個進行應用測試，并得到了認可。西門子根據幾十個和地區客戶需求的調研結果，對所有SinamicsV20變頻器的軟件功能進行了全面的升級。增加了故障數據記錄功能，使客戶在處理故障報警的時候追蹤到故障發生時刻的內部信息，更加清楚故障發生的原因，能夠有的放矢地解決技術問題，減少故障處理時間。在新的軟件版本中，調試工程師無需做記錄，也可以方便地查看自己修改的參數，調試變得更加簡單順手。這些改進使SinamicsV20家族能更好地滿足客戶的需求。西門子V90變頻器介紹：
西門子V90伺服驅動系統作為SINAMICS驅動系列家族的新成員，與SIMOTICS S-1FL6 結合，組成的伺服驅動系統，實現位置控制、速度控制和扭矩控制。通過優化的設計，SINAMICS V90確保了的伺服控制性能，經濟實用、穩定可靠。西門子V90 單軸伺服驅動器V90 設計用于運動控制以滿足一般的伺服應用，充分考慮了機床制造商和系統集成商所面臨的成本和市場挑戰。V90 支持即插即用式調試，伺服性能充分優化，與 SIMATIC PLC 快速集成，具有值得信賴的可靠性。與全新的 SIMOTICS S-1FL6 伺服電機配套使用，形成的伺服系統。V90 支持內部設定值位置控制、外部脈沖位置控制、速度控制和扭矩控制，整合了脈沖輸入、模擬量輸入/輸出、數字量輸入/輸出以及編碼器脈沖輸出接口。通過實時自動優化和自動諧振抑制功能，可以自動優化為一個兼顧高動態性能和平滑運行的系統。此外，脈沖輸入支持 1 MHz，充分保證了高精度定位。西門子 V90特點：1成本低：集成所有控制模式：外部脈沖位置、內部設定值位置、速度和轉矩控制；2、全功率驅動標配內置制動電阻；3、集成抱閘繼電器。2伺服性能優異：自動優化功能使設備獲得更高的動態性能；2、自動抑制機械諧振頻率；3、1 MHz 的高速脈沖輸入；4、20 位分辨率的值編碼器；5、優化的系統性能：3 倍過載能力、電機低扭矩紋波以及驅動與電機的整合；3使用方便：快速便捷的伺服優化和機械優化；2、簡單易用的 SINAMICS V-ASSISTANT 調試工具；3、兼容 PLC 和運動控制器的雙通道脈沖設定值；4、通用 SD 卡參數復制；5、電機電纜連接器可旋轉，支持多角度旋轉，可快速鎖緊/釋放；4運用廣泛：1、裝卸機：如碼垛機；2、包裝機：如貼標機、枕式包裝機；3、自動組裝機；4、刀具切換機；5、印刷機：如絲網印花機；6、纏繞機；7、金屬成型機：如折彎機等。XMZ 西門子G120模塊化變頻器產品系列推出兩款新型功率模塊和一款新型控制單元。作為對整體系統加強的一部分，西門子全新推出的模塊包括新一代PM240-2 FSA和PM230 IP20功率模塊，這兩款模塊均在可實現更高功率密度的全新硬件平臺上研發。由于支持穿墻式安裝，這兩款新型功率模塊可以實現創新的冷卻解決方案。CU240E-2控制單元支持自動化以太網標準的Profinet通信選型。這有利于實時執行基于以太網的創新系統設計。西門子G120模塊化變頻器系統的性能顯著增強。PM240-2 FSA功率模塊基于新型硬件平臺開發，與以前的1.5kW LO的功率密度相比，該平臺可在外形尺寸FSA中實現高達3kW LO的功率密度。其穿墻式安裝適用于創新的冷卻概念，能夠適用于對控制柜散熱有嚴格要求的應用。西門子還在這個新一代功率模塊設計中配備了緊湊的集成濾波器。
西門子G120變頻器介紹：西門子在G120系列的平臺上深入研發出CU240E-2控制單元。除了現有的Profibus DP、RS485、USS和Modbus RTU通信接口之外，CU240E-2控制單元還將提供適用于Profinet通信版本的新型控制單元。Profinet是Profibus DP現場總線的增強標準，在工業通信方面有更大的靈活性、效率和更高的性能。例如，現場總線和以太網通信可同時實現高數據速率傳播。Profinet可實現高性能應用的快速數據交換。該控制單元也可以通過介質冗余實現替代通信通道，提高工廠在通信線路故障過程中的利用率。該控制單元可與所有G120功率模塊配套使用，并標配STO（安全轉矩截止）安全功能，F型則配備擴展的安全功能 SS1（安全停車1）和SLS（安全限速）。集成的USB接口使調試變得輕松。西門子G120變頻器系列是適應于整個工業和商業應用領域的通用變頻器。它普遍適用于包括機械、汽車、紡織、印刷、包裝和化工行業，以及材料處理等重要領域。針對其模塊化西門子G120變頻器系列，西門子驅動技術集團又新推兩款新型功率模塊和一款新型控制單元。關于西門子在中國：西門子是電子電氣工程領域的企業，主要業務集中在工業、能源、醫療、基礎設施與城市四大業務領域。140年來，西門子以其創新的技術、的解決方案和產品堅持不懈地與中國開展全面合作，并以不斷的創新、出眾的品質和令人信賴的可靠性得到廣泛認可。在2011財年（2010年10月1日到2011年9月30日），西門子在中國的總營收達到63.9億歐元（不包括歐司朗和西門子IT解決方案和服務集團）。今天，西門子在中國擁有約30,000名員工，建立了16個研發中心、65家運營企業和65個地區辦事處，已經發展成為中國經濟不可分割的一部分，并竭誠與中國攜手合作，共同致力于實現可持續發展。西門子工業業務領域:作為供應商之一，為工業客戶提供創新環保的產品與解決方案。憑借完整的自動化技術與工業軟件、扎實的行業市場專業以及以技術為基礎的服務，工業業務領域幫助客戶提高生產力、效率和靈活性。西門子工業業務領域能夠提供的自動化技術、工業控制和驅動技術以及工業軟件，能夠滿足生產企業的所有需求，涵蓋整個價值鏈——從產品設計和開發，到產品生產、銷售和服務。同時，還能針對客戶*的市場和需求，提供專門的綜合定制服務，以使客戶獲益化。通過采用的軟件和自動化技術，能夠縮短產品投放市場時間高達50%，同時大幅降低生產企業的能源和污水處理成本。因此，憑借其節能產品和解決方案，西門子工業業務領域能夠大大提高客戶的市場競爭力，并為環境保護事業做出重要貢獻。工業業務領域由工業自動化集團、驅動技術集團、客戶服務以及冶金技術部構成。西門子工業業務領域驅動技術集團:西門子工業業務領域驅動技術集團是電氣和機械裝設備整個驅動鏈的供應商。為客戶提供創新、可靠、高效和高質量的產品、系統、解決方案。 驅動技術集團廣泛服務于制造和流程工業以及建筑和能源領域等行業市場。該集團用其的產品和解決方案幫助客戶提高生產率，能源利用率以及產品生產的可靠性。
1 引言
現場總線控制系統（FCS）用數字信號取代模擬信號，以提高系統的可靠性、精確度和抗力，并延長信息傳輸的距離。它既是一個開放的通信網絡，有時一種全分布的控制系統，是一種新型的網絡集成自動化系統，它以現場總線為紐帶，把掛接在總線上相關的網絡節點組成自動化系統，實現基本控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、綜合自動化等多項功能。
FCS用“工作站－現場總線智能儀表”的二層機構完成了集散控制系統（DCS）“操作站－控制站－現場儀表”的三層結構模式，降低了成本，提高了可靠性，且在統一的標準下可實現真正的開放式互連系統結構，是一種正在發展的很有前途的計算機控制系統。
目前具代表性的現場總線是PROFIBUS（Process Fieldbus）。PROFIBUS是由SIEMENS公司推出的一種開放式現場總線標準，1989年成為德國標準DIN19245，1996年成為歐洲標準EN50170，1999年12月被接受為標準IEC61158的一部分。用于工廠自動化系統三級網絡中的底層，即車間級監控和現場設備層數據通信與控制;使用于分散的、具有通訊接口的現場受控設備對底層設備有較高的數據集成和遠程診斷、故障報警及數字化要求的系統。
PROFIBUS遵循ISO/OSI模型，其通信模型由三層構成:物理層、數據鏈路層和應用層。PROFIBUS由三部分組成，PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，現場總線報文規范）、PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分散型外圍設備）、PROFIBUS-PA（Process Automation，過程自動化）。其中PROFIBUS-DP已廣泛適用于水電站自動化領域。
2 PROFIBUS-DP的特性及系統組成
2.1 PROFIBUS-DP的特性
PROFIBUS-DP使用物理層，數據鏈接層和用戶接口，用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站地輸入信息并周期地向從站發送輸出信息。總線循環時間必須要比主站程序循環時間短。此外，PROFIBUS-DP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理及復雜設備在運行中參數的確定。
PROFIBUS-DP基本功能和特性如下:
（1） 遠程離高速通信
支持9.6Kbps到12Mbps的傳輸速率; 12Mbps時大傳輸距離為100m，1.5Mbps時為200m，另外還可以用中繼器延長;
（2） 分布式結構
各主站間令牌傳遞，主站與從站為主－從傳送;每段可有32個站，用連接線可擴展到126個站;
（3） 易于安裝，開放式的通訊網絡;
（4） 可靠性高，具備自診斷功能。
PROFIBUS-DP主站分為一類主站和二類主站。一類主站完成總線通信控制與管理，完成周期性數據訪問，包括PLC、PC或可做一類主站的控制器。二類主站完成非周期性數據訪問，如數據讀寫、系統配置、故障診斷等，包括操作員工作站（如PC機加圖形監控軟件）、編程器、HMI等。PROFIBUS-DP從站主要進行輸入、輸出信號采集和發送，包括PLC或其他控制器、分散式I/O、智能現場設備等。
2.2 系統組成
為便于敘述和理解，現組成一個雙主站單從站的PROFIBUS-DP網絡，如圖1所示。具體配置如下:
圖1 PROFIBUS-DP網絡
（1） 硬件:帶Siemens CP5611卡的PC機兩臺，一臺配置為一類主站，另一臺配置為二類主站;從站為Siemens S7-200 系列PLC的CPU224一塊，帶Siemens EM277DP通訊模塊;三個網絡連接器;連接線為雙絞線。
（2） 軟件:用于軟件編程的STEP7-MICROWIN3.2和用于實現PROFIBUS-DP協議網絡配置的SIMATIC NET6.0。
3 PROFIBUS-DP主站和從站的組態
3.1 一類主站的組態
在PC1（一類主站）使用SIMATIC net 6.0軟件來組態整個PROFIBUS-DP網絡。具體步驟如下:
（1） 使用SIMATIC程序組中的Configuration Console設定PROFIBUS的模式為Configured Mode，插槽號隨意，如圖2所示:
圖2 Configuration Console
（2） 用PC Station Wizard進行一系列簡單的設置后新建一個工程
設置CP5611的參數:網絡類型設為PROFIBUS，站地址為1（也可為其他值，但不能重復，其他站點地址的設定與此類同）;加上PROFIBUS-DP總線（DP master system（1）），并把CP5611設為DP-Master（即一類主站）。導入EM277的GSD文件，在視窗右側的從站設備欄里面就可以找到EM277模塊了。將EM277圖標拖到DP總線上，站地址為設置2，V存儲器偏移量本例設置為4000，然后根據需要設定EM277的發送和接收緩沖區大小。后將配置結果下載到模塊。結果如圖3所示:
圖3 一類主站的組態
至此，本PROFIBUS-DP網絡結構一類主站與從站的主從關系已經確立了。下面接著配置二類主站。
3.2 二類主站的組態
（1） 同樣還是在PC1上，在圖3的界面中點擊圖標 （Configure Network），彈出如圖4的界面。添加一個SIMATIC PC Station（此時這個PC Station還沒有掛到DP網上），并雙擊它，彈出如圖5的窗口（此窗口與圖3類同）。手動添加OPC Server和CP5611，槽位隨意。將CP5611站點地址設為3，從屬于之前添加的DP網，并設定為DP Master Class 2（即二類主站），將配置結果下載到模塊。再次點擊 ，可看到PC Station掛到DP網上了。
圖4 Configure Network
圖5 二類主站的組態
（2） 現在操作對象轉到PC2上。同樣運行Configuration Console，設置也與PC1相同。打開PC Station Wizard新建一個工程。將CP5611設為DP Master Class 2，站地址設為3，同樣要從屬于DP master system（1）。將配置結果下載到模塊。
3.3 從站的組態
為了將EM277作為一個DP從站使用，必須設定與主站組態中的地址相匹配的DP端口地址（之前設定的地址為2）。從站地址是使用EM277模塊上的旋轉開關設定的。在變動旋轉開關之后，用戶必須重新啟動CPU電源。
EM277輸出和輸入數據緩沖區駐留在S7-200CPU變量存儲器（V存儲器）內，輸入緩沖區緊緊跟隨輸出緩沖器。緩沖區的大小是由DP主站組態設定的（之前設定為8 Bytes Out/8 Bytes In）。組態后，EM277可接收從主站來的輸出數據，并將輸入數據返回給主站。主從站緩沖區的關系如圖6:
圖6 主從站的緩沖區
若EM277 PROFIBUS-DP從站模塊為I/O鏈中的個智能模塊，則它的狀態信息從CPU224中的SMB200到SMB249獲得;若EM277為第二個智能模塊，其狀態從SMB250到SMB299獲得。只有DP主站才可以組態運行了DP 方式下的EM277 DP模塊，用戶不能通過改寫有關SMB存儲單元來組態EM277 DP模塊的緩沖區大小或位置。
由表1中存儲器字節的說明，不難寫出CPU224的DP通信程序，見表2。
4 通過OPC讀寫PLC數據
OPC（OLE for Process Control）是過程控制業中的新興標準，它的出現為基于Windows的應用程序和現場過程控制應用建立了橋梁。可以通過Siemens提供的OPC Server程序讀寫PLC中的數據。
（1） 一類主站PC1讀寫PLC
在PC1上打開SIMATIC程序組中的OPC Scout，新建一個組名。打開新建組的“OPC-Navigator”，在DP目錄下的Slave002就是從站CPU224，M00_I和M00_Q即對應從站的輸入和輸出緩沖區。將M00_I和M00_Q目錄下的變量按需求添加（如圖7），確認后OPC就開始運行了。如果變量的“Quality”顯示“good”，表示OPC Server程序已經通過PROFIBUS-DP總線協議和PLC建立了連接運行關系。此時不僅可以讀取PLC中的數據，還可以向PLC寫數據。
（2） 二類主站PC2的數據訪問
在PC2上同樣打開OPC Scout，新建組名。在該組名的“OPC-Navigator”下添加二類主站相應的輸入和輸出緩沖區，確認。PC2就可以訪問網絡中的數據了，各數據的變化同PC1中的是同步的。
要注意的是:當PC1的OPC Scout關閉的時候，PC2的OPC Scout對DP網絡的數據訪問也中斷了。這證明了CPU224僅僅從屬于一類主站PC1，而二類主站PC2不能控制它（僅能進行數據訪問）。
圖7 OPC-Navigator
5 PROFIBUS-DP在水電站中的應用
目前，PROFIBIS-DP總線技術在水電站小型自動化系統中應用較多，如水電站弧門監控系統和機組輔助設備控制系統就大量用到了PROFIBUS-DP網絡。這是因為PROFIBUS-DP實時性受到系統規模影響，系統規模越大實時性越差，所以PROFIBUS-DP總線技術較適合于小型自動化系統。
不過，PROFIBUS-DP在信號的傳輸精度、可靠性和抗干擾性有不俗的表現，其系統成本低、安裝簡單、維護調試方便且易于擴展。而且，各類傳感器和智能設備等都有支持DP網絡的標準通信口，硬件資源豐富;DP網絡本身靈活多變的主從結構，適應多種控制系統;各類組態軟件也都可以和OPC Server建立數據交換，減少了監控系統的開發周期;通過的通信協議轉換器或工控機，基于PROFIBUS-DP總線的控制系統可以掛靠到工業以太網上，成為綜合控制系統的一部分。因此，雖然現在工業以太網的技術有大普及之勢，但DP網較高的性價比還是被越來越多的用戶所認可。
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