变频技术及应用 课件全套 石磊 学习情境1-6 变频器的基础知识- 变频器的维护点检

学习情境1

变频器基础知识变频器基础知识一、电力拖动系统的认识二、电力电子器件的选择与检测三、变频器的组成原理分析一、电力拖动系统的认识

电力拖动系统的运行状态可分为稳定运行状态(静态)和不稳定运行状态(动态或过渡状态)两种。电动机工作的运行状态，决定于电动机的机械特性和生产机械的负载转矩特性，即决定于电动机所产生的电磁转矩与负载转矩是否平衡。为了分析和研究电动机的静态和动态特性，需要用数学模型来描述，应用动力学平衡条件建立系统运动方程式，作为分析系统运行状态的工具。由电动机带动生产机械运行的系统称做电力拖动系统;一般由电动机、传动机械、生产机械、控制设备等部分组成。异步交流电动机调速改变输入频率（无级调速）——变频器n=60f/P（1-S）P：磁极对数f：频率S：转差率改变转差率（方法多实现困难）调速原理：调速方法：改变磁极对数（机械的有级调速）负载的类型传动机构电动机生产机械负载特性摩擦恒转矩生产流水线起重行走速度势能恒转矩电梯起重机提升恒功率（速度越低，负载转矩越大）机床开卷机/收卷机变转矩（速度越低，负载转矩越小）风机水泵负载转矩大小于与转速无关二、电力电子器件

电力电子器件的分类

半控型器件--通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断，比如晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定。全控型器件--通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。如绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor--IGBT）、电力场效应晶体管（PowerMOSFET，简称为电力MOSFET）及门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor--GTO）等。不可控器件--不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路。比如电力二极管（PowerDiode），只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。典型电力电子器件电力二极管半控型器件--晶闸管典型电力电子器件IGBT图1=26IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号a)内部结构断面示意图b)简化等效电路c)电气图形符号三、变频器的组成原理分析交-直-交变频器主电路定义：交-直-交变频器又称为间接变频器，它是先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经逆变器将直流电变成频率和电压可调的交流电。学习情境2

认识变频器认识变频器一、了解通用变频器二、认识西门子SINAMICS变频器三、G120变频器的安装与接线一、了解通用变频器

1、电力电子器件是变频器发展的基础第一代电力电子器件是出现于1956年的晶闸管。

（半控型器件）第二代电力电子器件是以门极可关断（GTO）晶闸管和电力晶体管（GTR）为代表。（电流自关断器件）其开关频率仍然不高，一般在5kHz以下。第三代电力电子器件是以电力MOS场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为代表。（电压自关断器件）其开关频率可达到20kHz以上。第四代是以智能功率模块（IPM）为代表，IPM是以IGBT为开关器件，但集成有驱动电路和保护电路。1、在节能方面的应用（1）节能的前景：在2003年的中国电力消耗中，60-70％为动力电，而在总容量为5．8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦。

（2）节能的原理：（以风机水泵为例）根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，因而设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨大。

2、在自动控制系统方面的应用3、在产品工艺和质量方面的应用

由于变频器内置有32位或16位的微处理器，具有多种算术逻辑运算和智能控制功能，输出频率精度高达0.01%-0.1%，还设置有完善的检测、保护环节。因此，变频器在自动化控制系统中获得了广泛的应用。例如：化纤工业中的卷绕、拉伸、计量、导丝；玻璃工业中的平板玻璃退火炉、玻璃窑搅拌、拉边机、制瓶机；电弧炉自动加料、配料系统以及电梯的智能控制等。变频器还广泛用于传动、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域，它可以提高工艺水平和产品质量，减少设备的冲击和噪声，延长设备的使用寿命。采用变频调速控制后，使机械系统简化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改变原有的工艺规范，从而提高了整个设备的功能。变频器的应用4、在家用电器方面的应用变频器的应用除了工业相关行业，在普通家庭中，节约电费、提高家电性能、保护环境等方面也受到越来越多的关注，变频家电成为变频器的另一个广阔市场。带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调等，在节电、减小电压冲击、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的优势。变频器的分类二、认识西门子SINAMICS变频器

西门子G120变频器

G120内置式变频器由控制单元CU、功率模块PM、操作面板BOP/IOP以及变频器系统其他部件组成，通常称之为标准变频器。三、G120变频器的安装与接线

变频器的设置场所为了使变频器能稳定地工作，发挥所具有的性能，必须确保设置环境能充分满足IEC标准及国标对变频器所规定环境的允许值。总体要求是：电气室应湿气少、无水浸入；无爆炸性、燃烧性或腐蚀性气体和液体，粉尘少；装置容易安装；应有足够的空间，使维修检查容易进行；应备有通风口或换气装置以排出变频器产生的热量；应与易受变频器产生的高次谐波和无线电干扰影响的装置隔离；安装在室外必须单独按户外配电装置设置。G120变频器安装与接线

变频器的机械安装

（1）安装功率模块附件

G120变频器安装与接线

（2）安装功率模块

① 将功率模块安装在控制柜中。

② 保持与控制柜中其他组件之间的最小间距。

③ 垂直安装功率模块，电源和电机端子朝下。

④ 根据功率模块端子配置连接电机电缆和电源电缆。

⑤ 使用紧固件，按照要求的紧固扭矩（3Nm）对功率模块进行固定和安装。G120变频器安装与接线

（3）安装控制单元

G120变频器安装与接线

（4）安装操作面板

电气连接

（1）电磁兼容

G120变频器控制端子及接线

CU240E-2控制单元端子排及接线图学习情境3

变频器的基本调试BOP-2面板对变频器调试BOP-2面板对变频器调试任务概述：该任务要求使用BOP-2基本操作面板对G120变频器进行基本调试。具体包括安装控制面板、变频器工厂复位、进入快速模式、设置基本参数、输入电机参数、静态优化、使用面板操作变频器控制电动机点动、起停、按照设定速度运行等任务。所需设备：

G120变频器、G120控制单元、BOP-2基本操作面板、开关、三相异步电动机。所需工具和材料万用表、螺丝刀、拔线钳、扳手、电线。任务要求（1） 完成变频器主回路接线；（2） 安装BOP-2基本操作面板；（3） 使用BOP-2基本操作面板对变频器进行工厂复位；（4） 使用BOP-2基本操作面板进入变频器快速调试模式；（5） 输入三相异步电动机铭牌参数到变频器中；（6） 设置变频器基本参数；（7） 对电动机进行静态优化，建立电机模型；（8） 使用BOP-2面板操作变频器安全要求（1） 送电前检查变频器输入侧无对地短路现象；（2） 送电前检查变频器输出侧无对地短路现象；（3） 检查电动机无短路、断路、接地现象且三相电阻平衡；（4） 检测控制回路按照控制要求接线准确无误；（5） 保证接线正确牢固；（6） 送电后检查面板显示是否正常；（7） 主回路接线时要在变频器停电5分钟后进行，防止触电事故。BOP-2面板对变频器调试任务分析：

根据任务要求，要完成使用BOP-2面板对G120变频器进行基本调试，要熟悉BOP-2基本操作面板，熟悉PM240功率模块的主回路接线，熟悉BOP-2面板菜单。一、G120基本操作面板BOP-2

①释放制动片②LCD屏幕③门安装螺丝凹槽④连接变频器的接口⑤产品铭牌BOP-2面板按键功能（1）BOP-2面板按键功能（2）显示屏图标功率模块接线①解扣杆菜单结构BOP-2面板对变频器调试任务实施：

要完成任务，首先要进行硬件的接线，安装BOP-2面板，然后进行参数复位，基本参数的设置，最后进行变频器的运行。一、硬件接线

二、BOP-2的安装

三、上电前的检查在设备通电前要遵守说明书中要求采取的安全措施和给予的警告。（1）G120变频器是在高电压下运行。（2）电气设备运行时，设备的某些部件上存在危险电压。（3）变频器不运行时，电源、电动机及相关的端子仍可能带有危险电压。（4）“紧急停车设备”必须在控制设备的所有工作方式下都保持可控性。无论紧急停车设备是如何停止运转的，都不能导致电气设备不可控的或者未曾预料的再次启动。（5）必须采取附加的外部预防措施或者另外安装用于确保安全运行的装置（例如，独立的限流开关、机械联锁等），避免短路故障。（6）在输入电源故障并恢复后，一些参数设置可能会造成变频器的自动再启动。（7）为了保证电动机的过载保护功能正确动作，电动机的参数必须准确地配置。（8）可按照UL508C标准在变频器内部提供电动机过载保护。电动机的过温保护功能也可以采用外部PTC或KTY84来实现。四、参数复位G120变频器使用BOP-2面板恢复出厂设置有两种方法，第一种是使用操作面板利用参数复位，第二种是使用操作面板（BOP-2）利用菜单复位。五、快速调试在变频器第一次通电或者变频器参数与所控制电动机不适合时，需要对变频器进行闭环矢量控制或者时V/f控制，必须进行快速调试及电机参数识别操作。完成了快速调试，也就完成了电机-变频器的基本调试；您必须在调试开始之前拥有以下数据，或者已经把它们输入到了变频器：输入进线电源频率输入电动机铭牌数据命令/设定值来源最小频率/最大频率及上升斜坡/下降斜坡时间闭环控制方式电机参数识别。六、调试运行

电机数据静态识别后，G120变频器会退出快速调试模式，此时可以利用面板对变频器进行启动、设定值给定、点动和反向控制。记录以下下变频器和电动机的运行数据。IOP面板对变频器调试学习情境3

变频器的基本调试IOP面板对变频器调试任务概述：该任务要求使用IOP智能型操作面板对G120变频器进行基本调试。具体包括安装控制面板、变频器工厂复位、进入快速模式、设置基本参数、输入电机参数、静态优化、使用面板操作变频器控制电动机点动、起停、按照设定速度运行等任务。所需设备：

G120变频器、G120控制单元、BOP-2基本操作面板、开关、三相异步电动机。所需工具和材料万用表、螺丝刀、拔线钳、扳手、电线。任务要求（1） 完成变频器主回路接线；（2） 安装IOP智能型操作面板；（3） 使用IOP智能型操作面板对变频器进行工厂复位；（4） 使用IOP智能型操作面板进入变频器快速调试模式；（5） 输入三相异步电动机铭牌参数到变频器中；（6） 设置变频器基本参数；（7） 对电动机进行静态优化，建立电机模型；（8） 用IOP智能型面板操作变频器。安全要求（1） 送电前检查变频器输入侧无对地短路现象；（2） 送电前检查变频器输出侧无对地短路现象；（3） 检查电动机无短路、断路、接地现象且三相电阻平衡；（4） 检测控制回路按照控制要求接线准确无误；（5） 保证接线正确牢固；（6） 送电后检查面板显示是否正常；（7） 主回路接线时要在变频器停电5分钟后进行，防止触电事故。IOP面板对变频器调试任务分析：根据任务要求，要完成使用IOP面板对G120变频器进行基本调试，要熟悉IOP智能型操作面板，熟悉PM240功率模块的主回路接线，熟悉IOP面板菜单。一、G120智能型操作面板IOP

IOP面板按键功能（1）IOP面板按键功能（2）IOP面板按键功能（3）显示屏图标（1）显示屏图标（2）显示屏图标（3）菜单结构IOP-面板对变频器调试任务实施：

要完成任务，首先要进行硬件的接线，安装IOP面板，然后进行参数复位，基本参数的设置，最后进行变频器的运行。一、硬件接线

二、BOP-2的安装

三、上电前的检查在设备通电前要遵守说明书中要求采取的安全措施和给予的警告。（1）G120变频器是在高电压下运行。（2）电气设备运行时，设备的某些部件上存在危险电压。（3）变频器不运行时，电源、电动机及相关的端子仍可能带有危险电压。（4）“紧急停车设备”必须在控制设备的所有工作方式下都保持可控性。无论紧急停车设备是如何停止运转的，都不能导致电气设备不可控的或者未曾预料的再次启动。（5）必须采取附加的外部预防措施或者另外安装用于确保安全运行的装置（例如，独立的限流开关、机械联锁等），避免短路故障。（6）在输入电源故障并恢复后，一些参数设置可能会造成变频器的自动再启动。（7）为了保证电动机的过载保护功能正确动作，电动机的参数必须准确地配置。（8）可按照UL508C标准在变频器内部提供电动机过载保护。电动机的过温保护功能也可以采用外部PTC或KTY84来实现。四、参数复位G120变频器使用IOP面板恢复出厂设置有两种方法，第一种是使用操作面板利用参数复位，第二种是使用操作面板（IOP-2）利用菜单复位。五、快速调试在变频器第一次通电或者变频器参数与所控制电动机不适合时，需要对变频器进行闭环矢量控制或者时V/f控制，必须进行快速调试及电机参数识别操作。完成了快速调试，也就完成了电机-变频器的基本调试；您必须在调试开始之前拥有以下数据，或者已经把它们输入到了变频器：输入进线电源频率输入电动机铭牌数据命令/设定值来源最小频率/最大频率及上升斜坡/下降斜坡时间闭环控制方式电机参数识别。六、调试运行

电机数据静态识别后，G120变频器会退出快速调试模式，此时可以利用面板对变频器进行启动、设定值给定、点动和反向控制。记录以下下变频器和电动机的运行数据。使用STARTER软件进调试学习情境3

变频器的基本调试使用STARTER软件调试任务概述：

STARTER软件是一个用来调试西门子SINAMICS系列变频器的PC调试工具。STARTER调试工具易于操作，它可以用于西门子SINAMICS系列所有变频器的调试、优化和诊断。该软件不仅可以作为单独的PC应用程序运行，也可以通过DriveESBasic集成到与TIA兼容的SIMATICSTEP7中，或者还可以集成到SCOUT配置系统（用于SIMOTION）中。不管如何使用，它的基本功能和操作都不变。该任务要求使用STARTER软件对G120变频器进行基本调试。使用STARTER软件完成USB电缆与变频器的通讯连接，在线/离线创建项目，快速调试，使用软件中的controlpanel控制变频器的启停和转速。所需设备：

G120变频器、G120控制单元、安装有STARTER软件的计算机、USB编程电缆、开关、三相异步电动机。所需工具和材料万用表、螺丝刀、拔线钳、扳手、电线。任务要求（1） 完成变频器主回路接线；（2） STARTER软件的安装；（3） STARTER软件的USB通讯设置；（4） 用STARTER软件创建一个新项目；（5） 使用STARTER软件快速调试变频器；（6） 设置基本参数；（7） 电机辨识优化；（8） 用STARTER软件控制变频器。安全要求（1） 送电前检查变频器输入侧无对地短路现象；（2） 送电前检查变频器输出侧无对地短路现象；（3） 检查电动机无短路、断路、接地现象且三相电阻平衡；（4） 检测控制回路按照控制要求接线准确无误；（5） 保证接线正确牢固；（6） 送电后检查面板显示是否正常；（7） 主回路接线时要在变频器停电5分钟后进行，防止触电事故。使用STARTER软件调试任务分析：根据任务要求，要完成使用STARTER软件对G120变频器进行基本调试，要熟悉STARTER软件，熟悉STARTER软件的安装及界面。一、STARTER软件的安装

STRTER软件可以在西门子的官方网站下载，网址为/CN/view/en/26233208。STARTER软件可以单独安装，也可以与特定版本的STEP7软件安装到同一台计算机上，建议安装STARTER软件前先安装与之兼容的STEP7软件。兼容性也可以到上述网址查询。STARTER软件的安装需要注意以下几个问题：（1）安装前根据自己的操作系统选择STARTER的版本，如果要安装最新版STARTER软件最好选择Windows1064位操作系统；（2）安装前先安装与所安装版本兼容的STEP7软件；（3）将西门子官方网站下载的STARTER软件所有的安装包解压到同一个文件夹下，压缩包的解压路径不能有中文；（4）安装前最好能重启计算机；（5）安装时建议关闭其他程序，包括杀毒软件、其他西门子软件等；（6）安装路径不能有中文；（7）如果已经安装了STARTER软件以及其中一部分SSP,也可以单独安装其他的安装包。二、STARTER软件的界面二、STARTER软件的界面使用STARTER软件调试任务实施：

要完成任务，首先要进行硬件的接线，连接装有STARTER软件的PC与G120变频器，新建一个项目，基本参数的设置，最后使用controlpannel面板进行变频器的运行。一、硬件接线

二、通讯设置

在实现STARTER软件与变频器通讯前需要首先做好以下准备工作：将传动系统接好线，并将变频器送电；所使用的编程PC已经安装好STARTER软件；通过USB电缆连接PC和变频器。二、通讯设置

三、创建项目

在使用STARTER软件调试G120之前，需要先创建项目。项目创建的方法有四种：使用菜单离线创建、使用向导离线创建、使用向导在线创建上传创建。四、使用STARTER软件快速调试变频器

在STARTER软件中已经创建好项目，且与变频器联机并进入在线模式后，通常对一台新的变频器要进行三个步骤的调试我们主要介绍使用软件进行参数复位和快速调试。参数复位

初次使用G120变频器，在调试过程中出现异常或已经使用过需要再重新调试。需要将变频器恢复到出厂设置。快速调试在变频器第一次通电或者变频器参数与所控制电动机不适合时，需要对变频器进行闭环矢量控制或者时V/f控制，必须进行快速调试及电机参数识别操作。完成了快速调试，也就完成了电机-变频器的基本调试；您必须在调试开始之前拥有以下数据，或者已经把它们输入到了变频器：输入进线电源频率输入电动机铭牌数据命令/设定值来源最小频率/最大频率及上升斜坡/下降斜坡时间闭环控制方式电机参数识别。五、调试运行电机数据静态识别后，可以利用Controlpanel对变频器进行启动、设定值给定、和反向控制。记录以下下变频器和电动机的运行数据。G120变频器本地/远程控制的装调学习情境4

变频器的运行调试G120变频器本地/远程控制的装调任务概述：在某些应用中，变频器需要由不同的上级控制器操作。SINAMICSG120变频器支持多个命令参数组(CDS)的切换功能，通过该功能可实现多种不同控制方式的切换，为客户在实际的应用过程中提供了更灵活的选择。所需设备：

G120变频器、G120控制单元、安装有STARTER软件的计算机、USB编程电缆、开关、三相异步电动机、操作箱（带有开关、按钮、指示灯、电动电位计和指针表）。所需工具和材料万用表、螺丝刀、拔线钳、扳手、电线。任务要求（1） 完成变频器主回路接线；（2） 完成变频器控制回路的接线；（3） 完成CDS切换的设置；（4） 完成手自动切换的两路设置；安全要求（1） 送电前检查变频器输入侧无对地短路现象；（2） 送电前检查变频器输出侧无对地短路现象；（3） 检查电动机无短路、断路、接地现象且三相电阻平衡；（4） 检测控制回路按照控制要求接线准确无误；（5） 保证接线正确牢固；（6） 送电后检查面板显示是否正常；（7） 主回路接线时要在变频器停电5分钟后进行，防止触电事故。任务分析：要完成任务，必须了解变频器命令参数组（CDS）。CDS(CommandDataSet)：命令数据设置。代表不同的命令数据组。命令数据组里有多组参数值可以供用户选择。G120变频器本地/远程控制的装调一、CDS控制模式的切换

任务实施：

要完成任务，首先要进行主回路和控制回路的硬件的接线，USB通讯连接，然后按照控制回路接线图对变频器进行调试。G120变频器本地/远程控制的装调一、主回路硬件接线

二、控制回路的接线

按照任务要求，数字量输入0-4连接了5个开关，分别控制变频器的起停、本地/远程切换和速度的选择。模拟量输出连接了电流指示表和速度指示表，实现实际电流和速度的指示。数字量输出连接了指示灯，实现变频器运行和故障的状态显示。通讯的连接使用USB通讯电缆将装有STARTER软件的编程PC与G120变频器进行连接，并确保通讯正常。二、 电动机本地/远程电路的装调本任务是利用变频器的外部开关量端子实现电动机的本地/远程运行控制，由开关S2切换就地和远程控制的源。具体的要求是当S2打开时为本地模式，由开关S1控制变频器启动，由多圈电位计通过模拟量输入AI0实现速度的调节。当S2闭合式为远程模式，由开关S5控制变频器起动，由开关S3、S4改变变频器的转速，变频器的输出转速分别是300rpm、700rpm和1000rpm三种。就地/远程切换运行记录G120变频器的多段速装调任务3G120变频器的多段速运行任务概述：在很多应用中，只需要电机在通电后以固定转速运转，或在不同的固定转速之间来回切换。本任务采用外部开关量控制G120变频器完成电动机的多段速运行。。所需设备：

G120变频器、G120控制单元、安装有STARTER软件的计算机、USB编程电缆、开关、三相异步电动机、操作箱（带有开关、按钮、指示灯、电动电位计和指针表）。所需工具和材料万用表、螺丝刀、拔线钳、扳手、电线。任务要求（1） 完成变频器主回路接线；（2） 完成变频器控制回路的接线；（3） 完成直接选择的电动机三段速运行；（4） 完成直接选择的电动机七段速运行；（5） 完成二进制选择的电动机三段速运行；（6） 完成二进制选择的电动机七段速运行；安全要求（1） 送电前检查变频器输入侧无对地短路现象；（2） 送电前检查变频器输出侧无对地短路现象；（3） 检查电动机无短路、断路、接地现象且三相电阻平衡；（4） 检测控制回路按照控制要求接线准确无误；（5） 保证接线正确牢固；（6） 送电后检查面板显示是否正常；（7） 主回路接线时要在变频器停电5分钟后进行，防止触电事故。G120变频器的多段速装调任务分析：要完成任务，必须了解变频器固定给定的设置方法。G120变频器提供了两种选择转速固定设定值的方法：转速固定设定值的直接选择和转速固定设定值的二进制选择。一、转速固定设定值的直接选择

二、转速固定设定值的二进制选择

G120变频器的多段速装调任务实施：

要完成任务，首先要进行主回路和控制回路的硬件的接线，USB通讯连接，然后按照控制回路接线图对变频器进行调试。一、主回路硬件接线

二、控制回路的接线

按照任务要求，数字量输入0-3连接了4个开关，分别控制变频器的启停和速度的选择。模拟量输出连接了电流指示表和速度指示表，实现实际电流和速度的指示。数字量输出连接了指示灯，实现变频器运行和故障的状态显示。通讯的连接使用USB通讯电缆将装有STARTER软件的编程PC与G120变频器进行连接，并确保通讯正常。步骤1、新建项目2、连接变频器3、配置变频器并在线4、在线配置电机并做静态优化5、设置I/O6、按照要求调试设备并试车直接选择的三段速运行记录直接选择的七段速运行记录二进制选择的三段速运行记录二进制选择的七段速运行记录G120变频器的基础调试学习情境4

变频器的运行调试G120变频器的基础调试任务概述：本任务采用外部开关量控制G120变频器完成电动机的正向点动和反向点动，电动机的启动和可逆运行。调速采用模拟量输入实现。本任务不仅要完成外部开关量与变频器的硬件连接，还需要设置对应的开关量和模拟量端子参数，才能够实现。。所需设备：

G120变频器、G120控制单元、安装有STARTER软件的计算机、USB编程电缆、开关、三相异步电动机、操作箱（带有开关、按钮、指示灯、电动电位计和指针表）。所需工具和材料万用表、螺丝刀、拔线钳、扳手、电线。任务要求（1） 完成变频器主回路接线；（2） 完成变频器控制回路的接线；（3） 完成电动机的正向点动和反向点动；（4） 完成电动机的启动和可逆运行；（5） 完成采用电动机电动电位计实现电机调速；（6） 完成采用模拟量输入1实现电机调速；安全要求（1） 送电前检查变频器输入侧无对地短路现象；（2） 送电前检查变频器输出侧无对地短路现象；（3） 检查电动机无短路、断路、接地现象且三相电阻平衡；（4） 检测控制回路按照控制要求接线准确无误；（5） 保证接线正确牢固；（6） 送电后检查面板显示是否正常；（7） 主回路接线时要在变频器停电5分钟后进行，防止触电事故。任务分析：要完成任务，首先要了解G120变频器的I/O端子。西门子G120变频器I/O（输入输出）端子主要有四种：DI（数字量输入）端子、DO（数字量输出）端子、AI（模拟量输入）端子和AO（模拟量输出）端子。G120变频器的基础调试一、变频器的I/O

数字量输入DI数字量输出DO模拟量输入AI模拟量输出AO任务实施：

要完成任务，首先要进行主回路和控制回路的硬件的接线，USB通讯连接，然后按照控制回路接线图对变频器进行调试。G120变频器的基础调试一、主回路硬件接线

二、控制回路的接线

按照任务要求，模拟量输入0连接了一个多圈电位计，实现模拟量给定。数字量输入DI0、DI1分别连接了两个手动开关，实现变频器的启停和可逆运行。数字量输入DI2-DI3分别连接了一个自复位按钮，实现变频器的点动和电动电位计给定升降速运行。模拟量输出连接了电流指示表和速度指示表表，实现实际电流和速度的指示。数字量输出连接了指示灯，实现变频器运行和故障的状态显示。通讯的连接使用USB通讯电缆将装有STARTER软件的编程PC与G120变频器进行连接，并确保通讯正常。步骤1、新建项目2、连接变频器3、配置变频器并在线4、在线配置电机并做静态优化5、设置I/O6、按照要求调试设备并试车单向运行记录序号电位计输入电压（V）输出频率（Hz）输出电流速度表转速电流表电流运行指示灯故障指示灯10

22

34

46

58

610

变频器可逆运行记录序号电位计输入电压数字输入状态输出频率（Hz）输出电流速度表转速电流表电流运行指示灯故障指示灯SA1SA21010

01

2210

01

3410

01

4610

01

5810

01

61010

01

点动运行记录序号数字输入状态输出频率（Hz）输出电流速度表转速电流表电流运行指示灯故障指示灯SB1SB2100

210

301

学习情境4

变频器的运行调试认识G120变频器功能

认识G120变频器功能任务概述：变频器进行完基本调试后，需要根据电气原理图和工艺要求对变频器进行进一步的调试，也就是扩展调试。在进行扩展调试前需要了解G120变频器的一些主要功能，变频器的主要功能如图4-1所示，主要包括：驱动控制器、安全功能、设定值和设定值处理、工艺控制器、电机控制、驱动及负载装置保护、提升驱动的可用性、节能等任务要求该任务要求了解变频器的主要功能、变频器的变频器中的信号互联（BICO连接）、控制字和状态字、G120变频器的各种宏和变频器的指令源和设定值源。任务要求如下：1、 了解G120变频器的各主要功能；2、 掌握G120变频器的BICO连接；3、 掌握G120变频器的控制字与状态字；4、 了解G120变频器的宏设置；5、 掌握G120变频器的指令源和设定值的源认识G120变频器功能任务学习：1、主要功能

2、bico连接

3、控制字与状态字

4、宏设置

5、指令源与设定值源。一、主要功能

驱动控制器安全功能设定值和设定值处理工艺驱动器电机控制驱动及负载装置保护提升驱动的可用性节能BICO互联控制字与状态字---控制字1（1）控制字与状态字---控制字1（2）控制字与状态字---状态字1（1）控制字与状态字---状态字1（2）显示屏图标G120的宏SINAMICSG120为满足不同的接口定义提供了多种预定义接口宏，每种宏对应着一种接线方式。选择其中一种宏后变频器会自动设置与其接线方式相对应的一些参数，这样极大方便了用户的快速调试。在选用宏功能时请注意以下两点：1.如果其中一种宏定义的接口方式完全符合您的应用，那么按照该宏的接线方式设计原理图，并在调试时选择相应的宏功能即可方便的实现控制要求。2.如果所有宏定义的接口方式都不能完全符合您的应用，那么请选择与您的布线比较相近的接口宏，然后根据需要来调整输入/输出的配置。G120指令源和设定值源（1）1、 指令源指令源指变频器收到控制指令的接口。在设置预定义接口宏P0015时，变频器会自动对指令源进行定义。表4-5所列举的参数设置中的参数r722.0、r722.2、r722.3、r2090.0、r2090.1均为指令源。指令源的参数一般为变频器控制字的参数，例如：P840（OFF1）、P844（OFF2）、P848（OFF3）等。G120指令源和设定值源（2）2、 设定值源设定值源指变频器收到设定值的接口，在设置预定义接口宏P0015时，变频器会自动对设定值源进行定义。主设定值P1070的常用设定值源见表4-6，r1050、r755.0、r1024、r2050.1、r755.1均为设定值源。认识G120变频器功能一、单选题1.西门子G120变频器一种把变频器内部输入和输出功能联系在一起的设置方法叫（）功能。A．BIB.CIC.CO.D.BICOE.CI2.在西门子G120变频器的参数表中有（）种BICO参数。3B.4C.5D.63.西门子G120变频器的控制字1有（）种停车方式。1B.2C.3D.44.G120变频器用（）来表示变频器目前的状态。A.控制字B.状态字C.参数D.面板5.G120变频器的宏是通过（）参数来进行修改的。P0003B.P0004C.P0010D.P00156.G120变频器CU240E-2有1（）种宏。8B.10C.15D.187.（）指变频器收到控制指令的接口。参数B.指令源C.设定值源D.控制字8.（）源指变频器收到设定值的接口。A.参数B.指令源C.设定值源D.控制字二、多选题1.在西门子G120变频器的参数表中BICO参数有哪些类型（）。BIB.BOC.CID.COE.CO/BO2.G120变频器的停车方式有（）。A.OFF1B.OFF2C.OFF3D.OFF4三、简答题1.G120变频器常见的设定值的源有哪些？2.修改G120变频器的宏的步骤是什么？G120变频器与S7-300PLC的profinet通信学习情境5

G120变频器的通信技术G120变频器与S7-300PLC的profinet通信任务概述：本任务采用S7-300PLC通过PROFINET通信实现对G120变频器的控制。完成G120变频器与S7-300PLC的网络连接和通信配置，配置G120变频器和S7-300PLC的PROFIdrive通信报文，在PLC中编写程序，通过PLC的I/O点实现对电动机的启动、停止、速度给定的控制。所需设备：

G120变频器、G120控制单元（带有PN通信接口）、CPU带有PROFINET通信接口的S7-300PLC、安装有STARTER软件和STEP7软件的计算机、profinet网线、USB编程电缆、开关、三相异步电动机、与S7-300PLCI/O连接的按钮和指示灯、操作箱（带有开关、按钮、指示灯、电动电位计和指针表）。所需工具和材料万用表、螺丝刀、拔线钳、扳手、电线。任务要求（1） 完成变频器主回路接线；（2） 完成变频器和S7-300PLC的网络连接；（3） 完成电动机的正向点动和反向点动；（4） 完成按钮、指示灯与S7-300PLCI/O的连接；（5） 完成G120变频器与S7-300PLC的通信配置；（6） 完成G120变频器和S7-300PLC的PROFIdrive通信报文的配置；（7） 实现使用S7-300PLCI/O通过通信控制G120变频器的启停和转速调节。安全要求（1） 送电前检查变频器输入侧无对地短路现象；（2） 送电前检查变频器输出侧无对地短路现象；（3） 检查电动机无短路、断路、接地现象且三相电阻平衡；（4） 检查PLC输入侧无对地短路现象；（5） 检测网线和控制回路按照控制要求接线准确无误；（6） 保证接线正确牢固；（7） 送电后检查面板显示是否正常；（8） 主回路接线时要在变频器停电5分钟后进行，防止触电事故。G120变频器与S7-300PLC的profinet通信任务分析：要完成任务，首先要要建立变频器和控制器之间的PROFINET通信。在建立通信前，首先要完成网络的连接之后，通过以下步骤建立通信，并完成调试：1. 在STEP7中配置G120变频器；2. STEP7硬件组态；3. G120变频器参数设置；4. STEP7编程控制变频器。G120变频器与S7-300PLC的profinet通信任务实施：

要完成任务，首先要进行主回路和控制回路的硬件的接线，USB通信连接，S7-300plc与G120变频器的网络连接。通信设置，然后按照控制回路接线图对变频器进行调试。一、主回路硬件接线

二、控制回路的接线

由于是网络控制，因此变频器只是通过PROFINET网与PLC连接到同一个网络当中即可。三、通信的连接

使用网络电缆将装有STARTER软件的编程PC与G120变频器及S7-300PLC进行连接，并确保通信正常。四、

通信调试

G120和S7-300之间的PN连接和设置设置编程器PC的通信接口打开STEP7软件新建一个s7-300PLC项目设置PG/PC分别对CPU和驱动装置G120分配相应的网络地址PLC项目硬件组态G120变频器通信配置PLC编程控制变频器运行记录学习情境5

G120变频器的通信技术认识PROFIBUS和PROFINET任务概述：该任务要求了解PROFIBUS和PROFINET通信的知识，知道西门子变频器的PFOFIdrive报文行规和西门子通信的状态字及控制字定义。任务要求如下：1、 了解PROFIBUS通信；2、 了解PROFINET通信；3、 了解PROFINET和PROFIBUS的区别；4、 了解西门子变频器的PFOFIdrive报文行规；5、 掌握G120变频器通信的控制字与状态字；认识PROFIBUS和PROFINET任务要求（1） 了解PROFIBUS和PROFINET通信，以及它们之间的区别；（2） 掌握G120变频器的PFOFIdrive报文行规；（3） 掌握G120变频器通信的控制字与状态字；（4） 能够按照要求选择G120变频器的PFOFIdrive报文；（5） 能够理解G120变频器通信的控制字与状态字，并能熟练应用认识PROFIBUS和PROFINET任务学习：1、PROFIBUS介绍

2、PROFINET介绍3、PROFINET和PROFIBUS的区别4、西门子PROFIdrive行规5、控制字和状态字6、扩展报文一、 PROFIBUS介绍

PROFIBUS(ProcessFieldbus的缩写)是由以西门子为首的13家公司和5家科研机构在联合开发的项目中制定的标准化规范，是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等自动化领域。PROFIBUS有PROFIBUSDP、PROFIBUSFMS和PROFIBUSPA三种通信协议类型。PROFIBUS中最早提出的是PROFIBUSFMS（FMS代表FieldbusMessageSpecification），是一个复杂的通信协议，为要求严苛的通信任务所设计，适用在车间级通用性通信任务。后来在1993年提出了架构较简单，速度也提升许多的PROFIBUSDP（DP代表DecentralizedPeripherals）。PROFIBUSFMS是用在PROFIBUS主站之间的非确定性通信。PROFIBUSDP主要是用在PROFIBUS主站和其远程从站之间的确定性通信，但仍允许主站及主站之间的通信。而PA则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。二、PROFINET介绍基于传统的以太网底层标准协议IEEE802.3的工业以太网PROFINET，是一种新一代工业自动化通信标准，主要是面向工业现场自动化领域。是由PROFIBUS国际组织(PROFIBUSInternational，PI)推出，新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(如PROFIBUS)技术，保护现有投资。三、 PROFINET和PROFIBUS的区别1.数据传输的带宽PROFIBUS数据传输的带宽最大为12Mbps，PROFINET数据传输的带宽为100Mbps。

2.数据传输的方式PROFIBUS数据传输的方式为半双工，PROFINET数据传输的方式为全双工。3.数据最大长度PROFIBUS一致性数据最大为32bytes，PROFINET一致性数据最大为254bytes。4.用户数据最大长度PROFIBUS用户数据的最大为244bytes，PROFINET用户数据的最大为1400bytes。5.总线最大长度PROFIBUS12Mbps的最大总线长度为100m，PROFINET设备之间的总线长度为100m。6.引导轴PROFIBUS引导轴必须在DP主站中运行，PROFINET引导轴可以运行在任意SIMOTION中。

7.组态和诊断PROFIBUS组态和诊断需要专门的接口模板（例如CP5512），PROFINE可以使用标准的以太网网卡。8.抗干扰性能PROFIBUS如果一个PG接入可能引起通信问题，PROFINETRT一个PG接入可能产生极小的反应，而对于PROFINETIRT接入不会引起任何问题。9.网络诊断PROFIBUS需要特殊的工具进行网络诊断，PROFINET使用IT相关的工具即可。10.主站数PROFIBUS总线上一般只有一个主站，多主站系统会导致DP的循环周期过长；PROFINET任意数量的控制器可以在网络中运行，多个控制器不会影响IO的响应时间。11.终端电阻PROFIBUS总线上的主要故障来源于总线终端电阻不匹配或者较差的接地，PROFINET不需要总线终端电阻。12.通信介质PROFIBUS使用铜和光纤作为通信介质，PROFINET无线WLAN可用于额外的介质。13.站点类型PROFIBUS一个接口只能做主站或从站，PROFINET所有数据类型可以并行使用，PROFINET一个接口可以既做控制器又做IO设备。14.设备位置PROFIBUS不能确定设备的网络位置，PROFINET可以通过拓扑信息确定设备的网络位置。四、 西门子PROFIdrive行规五、控制字和状态字1、控制字控制字就是起到对变频器的工作运行进行控制的一个字。一个16进制的字可以分为16个位，每个控制位都对应不同的含义，例如：启动、停止控制位、OFF2停车控制位、变频器使能控制位、故障复位控制位等。可以通过端子控制的方式或者通信控制的方式控制控制字的各个控制位，从而可以达到控制变频器的目的。G120变频器通过通信接收到的控制字中每一位都有其特定的功能2、状态字变频器的状态字表示的是变频器目前的状态，是运行还是停机，是报警还是故障等。一个16进制的字可以分为16个位，每个控制位都对应不同的含义。通过硬线连接端子的方式或者通信的方式来读取状态字的各个状态位，就可以知道变频器目前的状态。G120变频器通过通信发送的状态字中每一位都代表了变频器不同的状态六、 扩展报文选择一个报文后，变频器会将现场总线接口和相应的信号互联在一起。但是在选择固定报文后，该互联无法被修改。如果要修改互联，则需要选择自由报文999，即扩展报文来实现通信参数的自由互联。通过修改通信参数，不但可以实现报文的扩展，而且可以真正实现报文的自由互联，使调试人员调试通信参数时更加灵活。一、单选题1.PROFIBUSDP的通信速率最大为（）。A．9.6kb/sB.1.5Mb/sC.387.5kb/sD.12Mb/s2.PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统，在一个总线上，最多可连接（）个站点。8B.16C.126D.1283.PROFIBUSDP的通信无中继的一个网络段最长可以有（）。200mB.0.5kmC.1kmD.1.2km4.PROFINET的通信速率最大为（）。A．1.5kb/sB.12Mb/sC.387.5kb/sD.100Mb/s认识PROFIBUS和PROFINET5.G120变频器的PROFIdrive报文（）是自由报文。报文1B.报文20C.报文352D.报文999G120变频器PROFIdrive报文PZD表示（）。参数通道B.过程数据C.控制字D.状态字7.G120变频器PROFIdrive报文PKW表示（）。参数通道B.过程数据C.控制字D.状态字8.控制字1的第（）位可以切换指令组数据CDS0。A.0B.7C.10D.15二、多选题1.PROFIBUS有（）通信协议类型PROFIBUSDPB.PROFIBUSFMSC.PROFIBUSPAD.PROFINET2.PROFINET网络布局自由灵活，拓扑形式可以为（）多种形式。A.总线型B.星型C.树形D.环型三、简答题1.PROFIBUS和PROFINET的区别是什么？2.G120变频器的PROFIdrive报文都有哪些？学习情境6

G120变频器的维护G120变频器的维护G120变频器的维护任务概述：该任务要求了解G120变频器的维护，掌握G120频器的参数备份及G120变频器的故障、报警及系统信息。任务要求如下：知识目标：1、掌握G120频器的参数备份；2、 掌握G120变频器的故障、报警及系统信息；任务要求能力目标1、能够对G120变频器进行参数备份；2、熟悉变频器的故障、报警信息，判断处理故障；G120变频器的维护任务学习：1、G120变频器的参数备份

2、G120变频器的故障、报警及系统信息

3、变频器的点检

4、变频器的维护保养

5、通用型变频器点检故障处理案例一、 G120变频器的参数备份

G120变频器在调试结束后，虽然所设置的参数在掉电时会地长久保存在变频器中，但是仍然存在设备损坏或变频器出现故障时造成参数丢失。因此建议在每次调试完成之后，将这些设置数据备份到变频器外部的一个存储介质上。（一）将变频器的数据备份到PG/PC上（二）通过存储卡备份和传送设置（三）通过IOP面板备份参数二、G120变频器的故障、报警及系统信息西门子G120变频器提供了多种故障诊断方式。可以根据以下各种方式的信息显示来诊断变频器的状态。

LED变频器正面的LED会提供最重要的变频器状态信息。 系统运行时间系统运行时间是变频器自通电开始初次调试起的总时间。 报警和故障每个报警和每个故障都有一个唯一的编号。二、G120变频器的故障、报警及系统信息（一）通过LED指示灯来判断变频器状态（二）系统运行时间（三）报警和故障简答题1.将变频器的数据备份到PG/PC上？学习情境6

G120变频器的维护变频器的维护点检变频器的维护点检任务概述：该任务要求了解使用变频器的安全注意事项及检测标准，变频器的日常点检。。任务要求如下：知识目标：1、 了解使用变频器的安全注意事项及检测标准；2、 了解变频器的点检维护的技术要求；3、了解变频器的日常点检；任务要求能力目标1、能够掌握使用变频器的安全注意事项；2、熟悉变频器的点检维护内容，能够完成变频器的日常点检；变频器的维护点检任务学习：1、使用变频器的安全注意事项及检测标准

2、影响变频器的因素

3、变频器的点检

4、变频器的维护保养

5、通用型变频器点检故障处理案例一、 使用变频器的安全注意事项及检测标准

1.安全注意事项（1）在安装、电路连接（配线）、运行、维护检查变频器前，必须熟悉产品说明书内容，以保证正确使用。（2）变频器的安放应符合标准要求（温度、湿度、振动、尘埃）的场所。（3）变频器和电动机接地端（PE）必须可靠接地。（4）变频器必须安装好外盖后，才能接通电源。接通电源后，不能取去外盖。（5）变频器接通电源后，即使处于停止状态，端子上仍带电，不能触摸。（6）不能采用接通和断开主电路电源的方法操作变频器的运行和停止。（7）不能让纱头、纸、木片、尘土、金属屑等异物掉入变频器，更不能让这些物质附着于散热片上。（8）变频器的散热板、制动电阻等有时温度很高，不要触摸。（9）变频器较长时间不使用时，必须切断变频器的电源。（10）接通电源后因变频器内电路板及其它装置有高电压，不能用手触摸。一、 使用变频器的安全注意事项及检测标准

2.检测标准（1）外观、构造检查检查变频器的型号正确无误、安装环境无问题、装置有无脱落或破损、电缆直径和种类合适、电气连接无松动、接线无错误、接地可靠等。（2）绝缘电阻的检查，测量变频器主电路绝缘电阻时，必须将所有输入端(R、S、T)、直流母线（DC+、DC-）端和输出端(U、V、W)都连接起来后，再用500V兆欧表测量绝缘电阻，其值应在5MΩ以上。而控制电路的绝缘电阻应用万用表的高阻挡测量，测量时断开所有控制电路端子对外的连接，在控制电路端子和接地端之间进行连续测试，测量值大于或等于1M