S120单传培训 第6章 西门子S120变频器应用4.docx
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S120单传培训第6章西门子S120变频器应用4
第6章西门子S120变频器的各种应用
（四）两地控制水泵启停的应用
实验内容：
通过S120变频器从操作箱和PLC来控制水泵的启停。
实验目的：
掌握通过端子方式（使用自由功能块）实现两地控制水泵的方法。
实验工具：
S120变频器+BOP20+控制单元CU320-2DP+TM31。
1控制要求：
（1）通过TM31的DI端子实现水泵的启停。
操作箱启停和PLC启停分别采用不同的启停端子。
（2）通过TM31的DO端子实现运行、故障、准备好等显示；
（3）操作箱和PLC采用不同的AI实现实现速度给定，其中操作箱AI0（0-10V）；PLCAI1（4-20mA）；
（4）速度和电流通过AO端子经一入两出的隔离器反馈给PLC或现场显示仪表。
2负载特性：
（1）只能朝一个方向转动；
（2）启动时间长，由于水泵功率大，约15秒-60秒；
（3）停车方式采用自由停车方式；
（4）立即启动，采用跟踪再启动。
3控制原理图
4根据控制原理图，结合S120变频器确定各个端子的含义。
序号
端子号
所属设备
类型
端子含义
类型
1
TM31
DI0
水泵启动/停止命令
操作箱启停
2
TM31
DI1
水泵启动/停止命令
PLC启停
3
TM31
DI2
选择操作箱或PLC
操作地点
4
TM31
DI3
水泵故障复位
5
TM31
DI4
水泵方向
操作箱
6
TM31
DI5
水泵方向
PLC
7
TM31
AI0
水泵速度给定
PLC4-20mA
8
TM31
AI1
水泵速度给定
操作箱0-10V
9
TM31
DO1
水泵准备好
10
TM31
DO2
水泵运行
11
TM31
DO3
水泵故障
12
TM31
AO1
水泵速度
4-20mA
13
TM31
AO2
水泵电流
4-20mA
5根据下表，列出详细的参数设定。
（注意：
这个表在调试之前要准备好）。
设备名称
变频器型号
系统程序
时间
1#水泵
标准程序
2013.10.27
（1）方式、电机的类型、电机的铭牌参数，负载的类型，电机优化的方法。
对于电机控制方式来说，不同的变频器是不一样的。
对于西门子变频器S120来说：
A变频器系统的拓扑结构：
控制单元+功率模块+TM31
控制单元采用CU320-2DP，TM31是扩展I/O模块，主要使用它的AI和AO。
这些已在前面讲过。
B电机的控制方式：
P1300
C电机的类型：
P300
D电机的铭牌数据：
P304、P305、P307、P308、P310、P311
E负载的类型P500：
通过STARTER软件，组态变频器、电机、编码器等，完成基本设置和电机优化。
Controlstructure:
控制方式P1300:
[0]U/fcontrolwithlinearcharacteristic
Powerunit:
Componentname:
Motor_Module_2
Componenttype:
AC-PowerModule
Orderno.:
6SL3210-1SE22-5Uxx
Ratedpower:
11kW
Ratedcurrent:
25A
Powerunitsupplementarydata:
Nofilter/choke
Adaptermodule:
CUA31
Drivesetting:
Standard（P100=0）:
IECmotor（50Hz,SIunits）
Connectionvoltage（P210）:
400V
Powerunitapplication（P205）:
[0]Loaddutycyclewithhighoverloadforvectordrives（含重载的矢量驱动变频器）
Motor:
Motorname:
Motor_6
电机类型（P300）:
[1]Inductionmotor（rotating）
Motordata:
p304[0]:
Ratedmotorvoltage380Vrms（电机额定电压P304）
p305[0]:
Ratedmotorcurrent9.00Arms（电机额定电流P305）
p307[0]:
Ratedmotorpower4.00kW（电机额定功率P307）
p308[0]:
Ratedmotorpowerfactor0.830（电机功率因数P308）
p310[0]:
Ratedmotorfrequency50.00Hz（电机额定频率P310）
p311[0]:
Ratedmotorspeed1460.0rpm（电机额定转速P311）
p335[0]:
Motorcoolingtype[0]Non-ventilated
OptionalMotorData:
p320[0]:
Motorratedmagnetizingcurrent/short-circuitcurrent0.000Arms
p322[0]:
Maximummotorspeed0.0rpm
p341[0]:
Motormomentofinertia0.016880kgm2
p342[0]:
Ratiobetweenthetotalandmotormomentofinertia1.000
p344[0]:
Motorweight（forthethermalmotormodel）37.0kg
p352[0]:
Cableresistance0.00000ohm
p353[0]:
Motorseriesinductance0.000mH
EquivalentCircuitDiagramData:
p350[0]:
Motorstatorresistance,cold0.84972ohm
p354[0]:
Motorrotorresistancecold/dampingresistancedaxis0.48861ohm
p356[0]:
Motorstatorleakageinductance7.73621mH
p358[0]:
Motorrotorleakageinductance/dampinginductance,daxis8.10210mH
p360[0]:
Motormagnetizinginductance/magn.inductance,daxissaturated171.30635mH
CalculationoftheMotor/ControllerData（P340）:
Nocalculation
Motorholdingbrake:
Motorholdingbrake（P1215）:
Notavailable（在电机优化前，不要使用抱闸功能，若有，在电机优化完毕后，再加上。
）
Encoder:
Noencoderconfigured.
Drivefunctions:
Technologicalapplication（工艺应用P500）:
[1]Pumpsandfans
Motoridentification（P1900）:
[0]Inhibited
（注：
通过设置P340、P1900、P1960完成电机优化）。
Processdataexchange（drive）:
设置PROFIBUS通讯
PROFIdrivetelegram（P922）:
[999]FreetelegramconfigurationwithBICO
Importantparameters:
Currentlimit:
13.50Arms（电机最大电流P640）
Minimumspeed:
0.000rpm（电机最小转速P1080）
Maximumspeed:
1500.000rpm（电机最大转速P1082）
Ramp-uptime:
10.000s（加速时间P1120）
Ramp-downtime:
10.000s（减速时间P1121）
Ramp-downtimew.OFF33.000s（快停时间P1135）
由于在前面的应用中，对S120有了一定的了解，因此在本例中，只叙述主要的关键的，在本例中，主要实现两地选择控制。
（2）电机启动/停止/方向（通过“控制字”）；
在本例中,主要是两地控制（控制字是独立的），因此必须使用“选择”命令进行选择。
即当DI2=0时，选择操作箱控制；当DI2=1时，选择PLC控制；
参考如下功能图
A功能图2501（控制字，顺序控制）
B功能图2546（控制字，故障/报警）
C功能图9550（TM31的电位隔离输入端DI0-DI3）
D功能图9552（TM31的电位隔离输入端DI4-DI7）
我们事先不知道P840和P844是什么值，只知道是经过选择后的值。
参数号
参数值
来源
含义
备注
P840
？
DI0或DI1后的值
水泵启动/停止命令
第0位
P844
？
DI0或DI1后的值
水泵启动/停止命令
第1位
参数号
参数值
来源
含义
备注
P1113
？
DI4或DI5后的值
速度设定值取反
这里，需要使用S120“自由功能块”的功能。
SINAMICS自由功能块包括逻辑运算、算术运算等52个自由功能块。
S120自由功能块有下面几种:
逻辑运算:
功能图7210（“与”功能块AND0、AND1、AND2、AND3）；
功能图7212（“或”功能块OR0、OR1、OR2、OR3）；
功能图7214（“异或”功能块XOR0、XOR1、XOR2、OR3）；
功能图7216（“取反”功能块NOT0、NOT1、NOT2、NOT3）；
算术运算：
功能图7220（“加”功能块ADD0、ADD1；“减”功能块SUB0、SUB1）；
功能图7222（“乘”功能块MUL0、MUL1；“除”功能块DIV0、DIV1）；
功能图7224（“取绝对值”功能块AVA0、AVA1）；
时间功能块：
功能图7230（MFP0、MFP1；PCL0、PCL1）；
功能图7232（PDE0、PDE1；PDF0、PDF1）；
功能图7234（PST0、PST1）；
内存功能块：
功能图7240（RSR0、RSR1，DFR0、DFR1）；
切换功能块：
功能图7250（BSW0、BSW1，NSW0、NSW1）；
控制功能块：
复杂功能块：
对于DI或DO，由于有“没有取反”或“取反”之分，因此，应确定合适的BICO；
BICO
DI0
r4022.0
没有取反
DI1
r4022.1
没有取反
DI2
r4022.2
没有取反
DI4
r4022.4
没有取反
DI5
r4022.5
没有取反
选取合适的自由功能块（这和在PLC里选用指令是一回事），使用BSW0和BSW1。
BSW0用于选择“启动/停止”命令（来自操作箱或PLC）；
BSW1用于选择“方向”命令（来自操作箱或PLC）；
从功能块BSW0上需要设置如下参数
参数号
参数值
来源
含义
P20208[0]
r4022.0
DI0
操作箱启/停命令
P20208[1]
r4022.1
DI1
PLC启/停命令
P20209
r4022.2
DI2
0=操作箱，1=PLC
P840[0]
r20210
P844[0]
r20210
P20211
0
运行时间组
P20212
580
运行顺序
为了使用自由功能块，必须先激活“自由功能块”，如何激活呢？
通过“STARTER”软件激活“自由功能块”的功能。
为了让“BSW0”功能块起作用，设置P20211和P20212两个参数。
P20211的默认值是9999，表示不执行功能块。
参数号
参数值
来源
含义
P20213[0]
r4022.4
DI4
操作箱的方向命令
P20213[1]
r4022.5
DI5
PLC的方向命令
P20214
r4022.2
DI2
0=操作箱，1=PLC
P1113[0]
r20215
P20216
0
运行时间组
P20217
590
运行顺序
（3）电机速度给定以及给定的限幅
速度给定的来源有很多。
可以是来自“操作面板BOP20”或“AI”（比如本例中的TM31的AI1）或“变频器的内部固定速度”或“通过端子的多段速”或“PROfiBUS-DP通讯”等。
速度给定的目的是什么？
从变频器CPU运算的角度看，将我们需要的速度通过人机接口经过选择、速度给定限幅、给定方向后作为“斜坡发生函数”的输入，然后经过“斜坡函数的运算（加减速时间）”，其输出作为“速度控制器（PID）的给定一个过程，进而达到控制电机的速度的目的。
我们通过功能图来了解“速度给定值”是如何一步步，最终作为“速度控制器”的输入的？
功能图（3030）主设定值/附加设定值。
功能图（3040）方向限制和换向。
功能图（3050）跳转频带和转速控制。
功能图（3060）简单斜坡函数发生器。
（功能图（3070）扩展斜坡函数发生器）。
功能图（3080）斜坡函数发生器选择。
看功能图的顺序是：
3030------〉3040-----〉3050-----〉3060-----〉3080-----〉6030（到速度控制器）
功能图3030功能图3040功能图3050功能图3060功能图3080
功能图（3030）主设定值/附加设定值
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P1070
r1024
?
r20220
速度主设定值
P1075
0
--------
不变
速度附加设定
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P1055
0
--------
不变
JOG1
控制字第8位
P1056
0
--------
不变
JOG2
控制字第9位
P1058
0
--------
不变
JOG1速度设定值
P1059
0
--------
不变
JOG2速度设定值
现在我们所要解决的是如何让P1070和TM31的AI0和AI1关联起来。
现在我们看TM31的功能图。
通过TM31的功能图9566，AI0经过一系列转化成r4055[0]。
通过TM31的功能图9568，AI1经过一系列转化成r4055[1]。
从本例知道，当DI2=0时，让P1070=AI0；当当DI2=1时，让P1070=AI1。
所以，我们需要用到的自由功能块如下：
参数号
参数值
来源
含义
P20218[0]
r4055[1]
AI0
操作箱的速度给定
0-10V
P20218[1]
r4055[0]
AI1
PLC的速度给定
4-20MA
P20219
r4022.2
DI2
0=操作箱，1=PLC
P1070[0]
r20220
P20221
0
运行时间组
P20222
610
运行顺序
功能图（3040）方向限制和换向。
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P1113
0
------
r20215
速度设定值取反
P1110
0
------
0
禁止负方向
P1111
0
------
0
禁止正方向
P1063
1000
1500
设定值通道速度极限
绝对值
功能图（3050）跳转频带和转速控制。
有4个危险频率范围可以设定，主要避免“共振点”。
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P1091
0
------
不变
速度跳跃点1
P1092
0
------
不变
速度跳跃点2
P1093
0
------
不变
速度跳跃点3
P1094
0
------
不变
速度跳跃点4
P1101
0
------
不变
转速跳跃点带宽
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P1083
40000
------
1500
正转转速极限
P1086
-40000
------
0
反转转速极限
功能图（3060）简单斜坡函数发生器。
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P1142
1
------
不变
使能设定值
控制字的第4位
P1140
1
------
不变
使能斜坡函数发生器
控制字的第5位
P1141
1
------
不变
继续斜坡函数发生器
控制字的第6位
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P1122
0
------
不变
不跨接斜坡函数发生器
P1120
10s
------
60s
加速时间
P1121
10s
------
60s
减速时间
P1135
3s
------
不变
OFF3快停时间
功能图（3080）斜坡函数发生器选择。
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P1115
0
------
不变
选择斜坡函数发生器
简单斜坡函数
（4）模拟量输入的工程量整定（如何组态AI0，其目的是4-20mA对应0-100%）
AI0组态：
首先把TM31的硬件拨码开关，将S5.0拨到“I”位置，表示AI0是电流信号。
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P4063[0]
0
------
不变
TM31模拟输入偏移
P4056[0]
------
3
TM31模拟输入类型
4-20MA
P4097[0]
0
------
不变
TM31模拟输入模拟模式
P4057[0]
------
4mA
TM31模拟输入特性曲线值x1
P4058[0]
0%
TM31模拟输入特性曲线值y1
P4059[0]
20mA
TM31模拟输入特性曲线值x2
P4060[0]
100%
TM31模拟输入特性曲线值y2
P4066[0]
0
不变
TM31模拟输入绝对值计算激活
P4067[0]
0
不变
TM31模拟输入端取反信号源
P4068[0]
0%
不变
TM31模拟输入窗口用来抑制噪声
P4069[0]
1
不变
TM31用于使能的模拟输入信号源
需要改变的参数为P4056（此参数组态为4-20MA），
然后P4057（4MA）对应P4058（0%），P4059（20MA）对应P4060（100%），
有时候，因为阻抗不匹配的原因，尽管PLC发过来4MA信号是正常的，例如3.98MA；但是发过来的20MA不正常，变频器接受到的只有19mA,那么怎么办呢？
此时，有两种方法：
一个是使用隔离器进行隔离，另外一个，修改参数，让19MA对应100%，即P4059=19MA。
AI1组态：
首先把TM31的硬件拨码开关，将S5.1拨到“V”位置（默认是电压），表示AI1是电压信号。
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P4063[1]
0
------
不变
TM31模拟输入偏移
P4056[1]
------
0
TM31模拟输入类型
0-10V
P4097[1]
0
------
不变
TM31模拟输入模拟模式
P4057[1]
------
0V
TM31模拟输入特性曲线值x1
P4058[1]
0%
TM31模拟输入特性曲线值y1
P4059[1]
10V
TM31模拟输入特性曲线值x2
P4060[1]
100%
TM31模拟输入特性曲线值y2
P4066[1]
0
不变
TM31模拟输入绝对值计算激活
P4067[1]
0
不变
TM31模拟输入端取反信号源
P4068[1]
0%
不变
TM31模拟输入窗口用来抑制噪声
P4069[1]
1
不变
TM31用于使能的模拟输入信号源
（5）通过DO端子实现运行、故障、准备好等显示。
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
CU320的DI/DO8
？
准备运行
CU320的DI/DO9
？
运行
CU320的DI/DO10
？
故障
看功能图CU320的输入/输出端子。
功能图2130双向数字输入/输出端（DI/DO8、DI/DO9）。
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P738
0
CU320的DI/DO8
r899.1
准备运行
状态字
P748.8
0
不变
P728.8
0
1
使之为DO8
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P739
0
CU320的DI/DO9
r899.11
运行
状态字
P748.9
0
不变
P728.9
0
1
使之为DO9
功能图2131双向数字输入/输出端（DI/DO10、DI/DO11）
参数号
默认值
来源
参数值
含义
备注
P740
0
CU320的DI/DO10
r2139.3
故障
故障/报警状态字
P748.10
0
不变
P728.10
0
1
使之为DO10
升级会员 