西门子 S120 变频器应用与实践 课件 第1-3章 S120变频器概述、S120变频器的硬件基础、S120变频器的调试基础

S120系统概述西门子SINAMICS系列驱动产品概述SINAMICS系列驱动器是西门子公司推出的新型驱动产品，应用范围很广。西门子SINAMICS系列驱动产品概述——在自动化系统中的集成西门子SINAMICS系列驱动产品概述——S120简介S120是一种带有V/f控制、矢量控制和伺服控制功能的模块化传动系统，可用于实现单机或多机变频调速的传动应用，也可用于实现单轴或多轴的运动控制。S120可以使用STARTER、SCOUT及博途软件（V15及以上）软件进行调试。S120的上位控制器可以是SIMOTIONP、SIMOTIONC、SIMATICHMI、数控系统以及PLC等。S120的通讯方式可以是PROFIBUS-DP或PROFINET西门子SINAMICS系列驱动产品概述——S120特点1.模块化系统，适用于要求苛刻的驱动任务2.配有中央控制单元的系统架构3.多种功能提升运行效率4.部件之间使用数字式接口DRIVE-CLiQ5.所有组件都具有电子铭牌感谢您的学习第2章S120变频器的硬件基础S120变频器硬件基础——S120驱动控制系统结构

SINAMICSS120驱动控制系统最基本的功能是实现转速电流双闭环控制，还可以实现基本的位置转速电流三闭环控制。包括给定环节、偏差比较、控制器、执行机构、被控对象、检测反馈，还包括速度预控制和转矩预控制环节。S120的功率部分组件主要实现执行机构功能，S120的控制系统组件主要实现速度、电流和基本位置控制器的功能。S120变频器硬件基础——驱动系统组件结构

西门子变频器均为电压型交直交变频器，包括整流单元、直流回路、逆变单元。AC/AC单机驱动系统是整流单元和逆变单元集成在一起，DC/AC多机驱动系统中整流单元和逆变单元分开。单机驱动AC/AC系统组件结构多机驱动DC/AC系统组件结构S120变频器硬件基础——功率部分组件①进线侧组件（进线电抗器、进线滤波器）②电源模块（或整流单元）③直流回路组件（制动单元+制动电阻、电容模块、控制电源/压模块CSM、电压限制模块VCM、直流母线适配器等）④电机模块（或逆变单元）⑤输出侧组件（输出电抗器、dv/dt滤波器、正弦滤波器）S120变频器硬件基础——进线侧组件

进线电抗器通常串联在电源和变频器进线端之间，依靠线圈的感抗来阻碍电流变化，具体作用：1.

减少电源浪涌对变频器的冲击2.降低变频器产生的谐波电流对电网的干扰3.实现变频器与电网解耦4.实现变频器并联时的电流平衡

进线滤波器安装在电网和进线电抗器之间，用于限制由变频调速系统产生的150kHz～30MHz的高频干扰。降低高频干扰的手段：①加进线滤波器（无线频率干扰RFI抑制滤波器或EMC滤波器）②屏蔽良好接地。使用和连接需注意事项：1.进线电抗器的选取需与电源模块相匹配2.进线电抗器连接电缆要尽可能的短使用和连接需注意事项：1.进线滤波器和进线电抗器协同使用2.不同驱动系统中的进线滤波器选择不同3.不同整流装置对应的进线滤波器允许电缆最大长度限制不同进线滤波器进线电抗器S120变频器硬件基础——功率模块PM240-2（AC/AC变频装置）AC/AC单机驱动系统的整流和逆变单元集成在一起，称之为功率模块。PM340功率模块全线已于2019年进入产品取消阶段，仅作为备件提供，替代产品为PM240-2，PM340与PM240-2产品对应关系图如下。S120变频器硬件基础——功率模块PM240-2（AC/AC变频装置）单轴应用多轴应用

对于单轴应用，可以使用控制单元（CU310-2）配合功率模块来执行控制功能。对于多轴应用，在已经有控制单元（如CU320-2）实现多轴控制的情况下，可以使用一个适配器，通过DRVIE-CLiQ网络将功率模块连接到控制单元，增加一个单轴控制功能，如下表所示。CU310DP和PM240-2CU310DP和PM240-2CU310+PM240-2S120变频器硬件基础——电源模块（整流单元）S120变频器硬件基础——基本型电源模块(BLM)主要特点：1.采用晶闸管技术的整流器（B6电路）2.没有能量回馈功能3.可选预充电回路4.必选制动单元和制动电阻S120机架型和机柜分段型，具有通过触发角控制实现的预充电功能。S120书本型和G130/G150，具有通过二极管整流器和预充电电阻实现的预充电功能。S120变频器硬件基础——智能型电源模块(SLM)主要特点：1.采用IGBT技术的不可控的整流/回馈单元3.内含预充电回路2.具有回馈能力4.可选制动单元和制动电阻S120变频器硬件基础——主动型电源模块(ALM)主要特点：1.采用IGBT技术的可控的整流/回馈单元3.升压操作可以控制直流链路电压和正弦电源电流2.自由的能量回馈运行模式4.功率因数可调，最大可达cosφ=1S120变频器硬件基础——直流回路组件

直流母线组件中包含制动单元和制动电阻、电容模块、控制电源模块CSM、电压限制模块VCM、直流母线适配器、24V端子适配器等。1.制动单元可分为以下几种：①模块性（内置式）②书本型③装机装柜型④中央制动柜（S120柜机使用）⑤电机模块作为三相制动单元。每种制动单元有对应的制动电阻。

2.电容模块用于提高直流母线电容，在主电源失电情况下能够实现短时间供电，实现能量缓冲，以抵抗电源的瞬时故障。3.控制电源模块（CSM）可以提供24～28.8V直流电压输出，为控制回路提供辅助的电源，输出电压可以由集成的电位器调节。4.电压限制模块（VCM）可以用于扩展总电机的电缆长度。5.直流母线适配器用于连接装机装柜型电源模块（或电机模块）与书本型电机模块之间，或两书本型电机模块之间远距离或多个电机模块并行连接，是实现线缆和铜排母线之间的转换。6.

+24V端子适配器是用于线缆与+24V母线之间的转换。制动单元制动电阻电容模块直流母线适配器+24V端子适配器S120变频器硬件基础——电机模块（逆变单元）电机模块（PowerUnit/MotorModule）又叫逆变装置，是一个逆变器，将直流母线电压通过IGBT逆变桥转换成频率和大小可变的交流电，拖动电动机运行。紧凑书本型单轴电机模块和双轴电机模块书本型双轴电机模块装机装柜型单机电机模块（FX/GX和HX/JX）书本型单轴电机模块S120变频器硬件基础——输出侧组件电机模块中的快速开关器件IGBT迅速导通关断会产生高dv/dt的共模电压，从而产生高频传导性干扰，共模电压还会在电机上产生轴电流和过压现象，导致电机绝缘失败，降低电机使用寿命。输出侧组件（输出电抗器、dv/dt滤波器、正弦滤波器）都是从不同方面降低变频器高开关频率导致的电压和电流尖峰对电机绝缘的损伤。带VPL的dv/dt滤波器带VPL的紧凑型dv/dt滤波器正弦滤波器输出电抗器S120变频器硬件基础——控制系统组件和CU控制单元CU310-2PN和CU310-2DPCU320‑2

DP(安装有BOP20基本操作员面板)CUA31和CUA32

S120的控制系统组件包括CU控制单元，及相关的CF卡、通讯板卡、I/O扩展板、DRVIE-CLiQ电缆，用于连接编码器的编码器模块等。CU310-2控制单元用于AC/AC单机驱动，与PM340电源模块组合使用。CU320-2DP用于DC/AC多机驱动，CUA31或CUA32适配器用于多机系统的扩展。

只有订货号为6SL3040-0PA00-0AA1且硬件版本为D或更高的CUA31支持PM240-2。只有订货号为6SL3040-0PA01-0AA0且硬件版本为C或更高的CUA32支持PM240-2。老版本的CUA31和CUA32不支持PM240-2。S120变频器硬件基础——CF卡SINAMICSS120CF卡的订货号可以确定固件版本、是否带扩展功能。CF卡是SINAMICSS120的控制单元工作时必需的存储设备，其中保存了固件（Firmware）、用户数据、授权等信息，在断电情况下数据也能够永久保存。SINAMICSS120CF卡的选型：1.固件版本是否通用2.CF卡的扩展性能是一个授权，用于多轴驱动系统的扩展3.CF卡的安全集成功能也是一个授权，用于控制单元扩展集成安全功能使用CF卡时的注意事项有以下几点：1.SINAMICSS120只能使用产品样本中提供的产品，不能使用第三方CF卡；2.只能在断电情况下进行插拔操作；3.可以使用读卡器访问CF卡数据，不允许进行格式化，修改数据前做好备份；4.CU310-2、CU320-2与CU310、CU320的CF卡固件版本不同，不能互换；5.在CF卡的...\SIEMENS\SINAMICS\DATA\CFG文件夹内含有GSD文件。S120变频器硬件基础——通讯板卡、端子扩展I/O板通讯板卡：1.CAN总线通讯板卡（CBC10）2.PROFINET通讯板卡（CBE20）S120的I/O扩展有两种方式：1.插拔式端子板（TB30）2.端子模块（TM15、TM31、TM41、TM120、TM54F）S120变频器硬件基础——电压检测模块、DRIVE-CLiQ集线器电压检测模块VSMDRIVE-CLiQ集线器DMC20DRIVE-CLiQ集线器DME20DME20与DMC20的差别在于，DME20是在控制柜外部安装使用，其外壳的防护等级为IP67。另外，DME20的固件版本不低于V2.6。

只有在驱动对象星形连接到控制单元、或连接到DRIVE-CLiQHubDMC20/DME20上时，才允许热插拔。系统不支持其余DRIVE-CLiQ组件之间DRIVE-CLiQ热插拔。电压检测模块VSM用于采集电压实际值，可以极精确地测定电网电压。与主动型电源模块（ALM）配合使用。S120变频器硬件基础——编码器模块

在SINAMICSS120驱动系统中，电机模块只能连接带DRIVE-CLiQ通讯接口的编码器，不带DRIVE-CLiQ接口的电机和不带集成DRIVE-CLiQ接口的外部编码器，需要通过编码器模块实现编码器信号和温度信号转换成DRIVE-CLIQ的通讯方式。S120系统编码器模块连接示例如下。S120变频器硬件基础——信号电缆DRVIE-CLiQ普通的DRVIE-CLiQ电缆Motion-Connect的DRVIE-CLiQ电缆Motion-Connect的预装配DRVIE-CLiQ电缆DRVIE-CLiQ电缆：用于将输入模块/电机模块与控制单元连接在一起的DRIVE-CLiQ电缆。MOTION-CONNECTDRIVE-CLiQ电缆：具有24VDC芯线，防护等级更高。MOTION-CONNECTDRIVE-CLiQ预装配电缆：可根据没有DRIVE-CLiQ接口的电机编码器接口定制。S120驱动系统与上位控制器之间的通讯多采用profinet或profubus，而SIMANICS系统各个组件之间全部通过内部的DRVIE-CLiQ通讯接口进行连接。DRVIE-CLiQ电缆具有以下属性：1.通过控制单元自动识别组件。2.是所有组件上统一的接口。3.可对组件进行诊断和维修。4.基于以太网技术，遵循profibus协议的连接。

感谢您的学习S120变频器的调试基础目录1.S120的调试软件——STARTER2.STARTER项目的创建3.S120的存储结构4.STARTER项目中站点的比较5.S120系统的驱动组件、驱动对象及拓扑结构6.S120系统的参数7.BICO信号互联8.功能图9.项目归档与恢复S120的调试软件——STARTERSTARTER软件可用于西门子部分传动装置（SINAMICS、ET200FC、MICROMASTER4）的现场调试。能够实现驱动装置参数的设置、下载、上传、比较、查询、修改及监控，能够实现快速调试、查询故障信息以及参数数值跟踪记录等功能。1——项目树区2——工作区3——详细列表区4——目录及工作栏区STARTER项目的创建STARTER中项目创建的方法有三种：离线创建、在线创建以及上载创建。离线创建一般适合创建项目时暂时没有实际硬件的情况——先一步步的离线创建，然后再连接下载。在线创建一般适合创建项目时有实际硬件的情况——先进行在线连接，然后恢复出厂设置，再创建默认的伺服或矢量轴，最后再根据需要对伺服或矢量轴进行进一步的配置修改等。上载并创建项目一般适用于S120系统中有项目文件，但电脑中没有项目文件或没有最新的项目文件的情况。S120的存储结构·下载（DownLoad）将使数据从电脑（编程器）的内存传送到S120的内存（RAM）；·“CopyRAMtoROM”将使数据从S120的内存存储到S120的CF卡；·上载（UpLoad）将使数据从S120的内存传送到电脑的内存；·“保存”（在线状态下）将使上载到电脑内存的数据存储到电脑的硬盘。STARTER项目中站点的比较STARTER项目中站点比较的方法有两种：离线/在线比较，离线/离线比较。通过比较可确定离线或在线参数的正确性。A处——选择待比较站点的不同来源B处——启动比较S120系统的驱动组件、驱动对象及拓扑结构驱动对象（DriveObject）：·一个具有独立的参数、故障报警以及独立的通讯并自成一体的软件功能单元。·常见的驱动对象有：控制单元、整流装置、逆变单元、编码器模块、端子扩展模块等。·每个驱动对象在项目树中都有一个唯一的名称和唯一的对象编号。S120系统的驱动组件、驱动对象及拓扑结构驱动组件（DriveComponents）·是以某种方式连接至驱动系统的全部硬件组件，例如功率单元、传感器模块和电机等等。·每个驱动组件均被分配给至少1个驱动对象（DO），驱动对象承担着驱动组