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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
萊鋼4300mm寬厚板熱處理生產線是萊蕪鋼鐵集團有限公司于2009年開始建設的年產180萬噸的生產線,它廣泛采用了當代厚板領域的新技術及的裝備,熱處理線作為后區重要的生產線,實時可靠的通信系統是的,因此采用Profibus—DP現場總線使全部控制設備通信網絡化。Profibus-DP現場總線把現場設備和PLC緊密集成為一個完整的控制系統; 現場操作臺由于采用了Profibus-DP通信接口, 節省了大量電器元件和電纜。作為眾多現場總線家族的成員之一,Profibus是在歐洲工業界得到較廣泛應用的一個現場總線標準,也是目前上通用的現場總線標準之一。[1]本文主要以預處理區域Profibus-DP網絡的實現來介紹Profibus-DP在寬厚板熱處理系統中的應用。
2 Profibus組成
2.1 Profibus概述
Profibus是一種具有廣泛應用范圍的、開放的數字通信系統,在集中自動化系統向分散自動化系統轉移方面是一種重大突破。Profibus由3部分組成,即Profibus-DP(分布式外圍設備),Profibus-PA(過程自動化),Profibus-FMS(現場總線報文)[2]。
Profibus-DP具有高速傳輸、價格低廉等特點,實現起來比較簡單,主要用于分散設備間的數據高速傳輸,傳輸速率可由9.6kbps至12Mbps。一般用于自動化控制系統和現場設備級間的開關量的通信,可滿足全數字交直流調速系統對于快速的時間響應要求。該總線具有適合于快速、時間要求嚴格的應用和復雜的通信任務的特點,成為能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應用的現場總線,特別適用于工廠自動化和過程自動化領域。在萊鋼寬厚板熱處理線中所采用的就是這種Profibus-DP現場總線。
2.2 Profibus網絡硬件
Profibus網絡主要涉及到的硬件包括:Profibus接口,通訊介質,Profibus插頭,中繼器,診斷中繼器,OLM, DP/DP COUPLER以及有源終端電阻等。當各站點通過插頭連接以及網線連接到網絡上時,根據RS485串口通訊的規范,每個物理網段支持32個物理設備,且在物理網段終端的站點應該設置終端電阻防止浪涌保證通訊質量。
2.3 Profibus接口
Profibus接口是RS485串口,一般采用SUB-D female的接口。一般CPU或者CP板卡都采用該接口。該接口外部的金屬部分一般連接到CPU或者CP的內部的“PE”。而當CPU安裝在底板上時,其“PE”與底板是連通的,此時如果將安裝底板在電氣柜內做接地處理,則該SUB-D接口的外部金屬部分也是接地的。
2.4 通訊介質
Profibus網絡支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質。當然,現在也有支持無線通訊的設備,但我們目前面對的主要還是有線介質。
3 Profibus-DP在預處理區系統中的應用
3．1 網絡拓撲的規則
在進行Profibus網絡連接之前,首先應當考慮拓撲結構的設計是否有問題。如果拓撲結構有問題,將來網絡通訊很可能出現問題。
另外,從波特率與距離的對應關系中可以看到,波特率越高,則對應的通訊距離越近,因而如果現場遇到Profibus的通訊有通訊不上或者通訊不穩定的情況,也可以考慮先將波特率降低,再進行觀察處理。
設計一條Profibus網絡,首先需要了解Profibus網絡的拓撲規則:
① Profibus網絡是RS485串口通訊,半雙工,支持光纖通訊;
② 每個網絡理論上多可連接127個物理站點,其中包括主站、從站以及中繼設備;
③ 網絡的通訊波特率9.6kbps-12Mbps;
④ 每個物理網段多32個物理站點設備,物理網段兩終端都需要設置終端電阻或使用有源終端電阻;
⑤ 每個網段的通訊距離或者設備數如果超限,需要增加RS485中繼器進行網絡拓展,中繼器多可串聯9個;
⑥ 每個中繼設備(RS485中繼器、OLM)也做為網絡中的一個物理站點,但沒有站號;
⑦ 網絡支持多主站,但在同一網絡中,不建議多于3個主站;
⑧ 一般0是PG的地址,1～2為主站地址,126為某些從站默認的地址,127是廣播地址,因而這些地址一般不再分配給從站,故DP從站多可連接124個,站號設置一般為3~125。
⑨ 如果網絡中涉及到分支電纜,則應注意分支電纜的長度應當嚴格遵守Profibus 的協議規定。
3.2 預處理區DP網絡構成
預處理區系統包括一套S7-400 PLC、兩套S7-300 PLC、一套S7-200 PLC、7套ET200站、變頻器、編碼器和兩臺上位機,同時系統還與1#熱處理爐、3#熱處理爐通過DP通訊,與2#熱處理爐通過工業以太網通訊。根據網絡拓撲的規則設計網格構成見圖1。
其中1#熱處理爐、2#熱處理爐、3#熱處理爐PLC是S7-400 PLC,磁盤上料PLC和拋丸機PLC是S7-300 PLC,H7是S7-200PLC,BWL是編碼器,每個設備后面括號里的數字是給這個設備分配的硬件地址。
在預處理區DP網絡中,S7-400 PLC主站與S7-300 PLC之間的通訊和與1#熱處理爐、3#熱處理爐之間的通訊采用的是通過DP/DP COUPLER連接的方法。對于DP/DP COUPLER連接的兩個網段,通訊速率可以不同,因此DP/DP COUPLER非常適用于不同通訊速率的兩個PROFIBUS-DP主站系統之間的數據通訊,但對于通訊數據區,網絡1的輸入區必須和網絡2的輸出區對應,同樣網絡2的輸入區必須和網絡1的輸出區對應,否則會造成通訊故障。
3.3 硬件組態
通過Profibus-DP網連接,整個系統構成了一個全數字、全網絡化系統,成為能完成組態、運行、操作等功能的完整的控制網絡系統。預處理區系統的硬件組態如圖2所示。
預處理區系統PLC主站由一塊電源模塊PS 407 10A、一塊CPU模塊 416-2 DP、6塊DP通訊模塊CP 443-5、1塊以太網通訊模塊CP 443-1、一塊數字量輸入模板和一塊數字量輸出模板組成。結合圖1和圖2可以看出,磁盤上料和拋丸機通過地址是8和6的兩塊DP/DP COUPLER與預處理區系統通訊,在此系統中直接掛在416-2 CPU自帶的DP端口;系統中所有設備的變頻器掛在塊CP 443-5模塊;與三號熱處理爐通訊的DP/DP COUPLER和ET200站RIO05掛在第二塊CP 443-5模塊;ET200站RIO04和6個編碼器掛在第三塊CP 443-5模塊;H7系統的EM277、ET200站RIO01、ET200站RIO02和7個編碼器掛在第四塊CP 443-5模塊;ET200站RIO03、ET200站RIO06、ET200站RIO02和2個編碼器掛在第五塊CP 443-5模塊;與一號熱處理爐通訊的DP/DP COUPLER掛在第六塊CP 443-5模塊。
在S7-400中,不需要為現場總線編寫通訊程序,只要通過STEP 7軟件包對DP主站和所有DP從站進行硬件組態,統一分配地址即可[3]。
由于在上述硬件組態過程中已經解決了網絡的通題,所以在編程時無須考慮通題,只要像對一臺PLC那樣對所有I／O地址編程即可。由此可見使用PROFIBUS—DP現場總線具有“硬件分散,軟件集中”的特點。
3.4 Profibus的故障診斷
Profibus是一種抗干擾性比較強的現場總線,但不時還會發生一些故障。在處理故障的過程中我們發現,造成Profibus通訊出現故障的原因,80％都是較簡單的原因,比如:現場沒有接地處理、布線時與動力電纜沒有分開等等。
現場診斷一般會使用到BT200和示波器等設備。BT200是西門子的提供的Profibus網絡診斷設備,可以進行網絡距離檢測,網絡連接的質量的檢查(比如斷線、短路等等);而示波器常常用于檢測Profibus通訊的波形[4]。
STEP7等編程工具也可以做為網絡診斷的一種工具。在STEP7軟件中,提供了“在線診斷”的功能,可以實時的對Profibus網絡進行直接的診斷。比如:哪些從站出現故障,可在STEP7的診斷緩沖區中直接得到故障信息。STEP7還提供了一些Profibus的診斷功能塊,比如FB125/FC125等,方便用戶通過編程的方式在程序運行中診斷ProfibusS網絡中出現的故障,同時可將故障信息直接顯示在上位機畫面上。
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