西門子S120變頻器的調(diào)試和傳動控制研究

王兵義

（河鋼邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

隨著電氣自動化控制技術(shù)和交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，變頻器控制以成為當前電氣設備運行調(diào)節(jié)的主流化方式，其中西門子S120變頻器則是全數(shù)字變頻調(diào)速領域中的佼佼者，在如今的電氣設備傳動系統(tǒng)中有著廣泛的應用。相比于其它品牌類型變頻器，西門子S120變頻器更適用于低電壓等級的傳動控制，可靠性好、適用性強、傳動響應迅速、控制精度高的諸多優(yōu)點，特別是在伺服控制和矢量控制方面更具優(yōu)勢，具有很強的綜合性能。邯鋼冷軋熱鍍鋅機組各電機設備全部采用了西門子S120變頻器，與西門子PLC相配合，組成了完整的自動化控制系統(tǒng)，極大提高了冷軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。本文對西門子S120變頻器基本運行原理及系統(tǒng)的調(diào)試、應用進行了探討。

1 西門子S120變頻器及其控制原理介紹

1.1 西門子S120變頻器介紹

SINAMICS S120是SINAMICS家族中最新一代高性能、高精度的變頻器產(chǎn)品。硬件上具有模塊化的結(jié)構(gòu)設計，安裝、維護簡單易行；強大的軟件功能，使其適用于各種復雜應用的場合?？蛇M行矢量控制和伺服控制，位置控制、轉(zhuǎn)矩控制、速度控制等多種控制方式，同時能滿足運動控制的要求。

此外，變頻器還具有多種冷卻方式，使其能夠適應于各種工業(yè)控制場合的應用。SINAMICS S120可分為AC-AC和DC-AC兩種模塊類型，其中AC-AC模塊功率主要分布在0.12KW～250KW，由控制單元和功率模塊組成；DC-AC模塊功率在0.9KW～1200KW，由控制單元、逆變、整流組成。DC-AC中心控制模塊固件版本存儲于CF卡，S120固件版本的升級可通過升級CF卡內(nèi)軟件來實現(xiàn)。

1.2 西門子S120變頻器工作原理

西門子S120變頻器作為交變轉(zhuǎn)換裝置，能夠改變交流電的電壓與頻率，實現(xiàn)對電機速度的調(diào)整，從而保證電動機較高的運行效率。變頻器運行時，可先通過芯片鍵盤在系統(tǒng)內(nèi)所需要的參數(shù)值，DSP在計算出參數(shù)值相應脈寬并進行一系列的信號轉(zhuǎn)換后，最終形成可控制驅(qū)動功率模塊的信號，由逆變器輸出完成對電機運行功率的調(diào)節(jié)。在DSP進行信號轉(zhuǎn)換的時候，該信號還可以電信號的方式傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，這樣既可實現(xiàn)對電氣設備運行情況的監(jiān)控，又為設備維修提供了便利。

2 西門子S120變頻器的調(diào)試

冷軋機組傳動系統(tǒng)分為主機系統(tǒng)和輔機系統(tǒng)，采用整流回饋與逆變輸送的方式控制機組各部分電機運行。傳動系統(tǒng)控制器由DP網(wǎng)絡連接至主控CPU，并由以太網(wǎng)將傳動數(shù)據(jù)傳輸至上位HMI顯示。S120變頻器傳動參數(shù)調(diào)試由Starter調(diào)試軟件來完成，內(nèi)容包括電機優(yōu)化、硬件組態(tài)、PLC通訊構(gòu)建等。調(diào)試時先進行硬件組態(tài)，然后進行電機調(diào)試，最后是與PLC的網(wǎng)絡構(gòu)建。

2.1 電源與逆變器的調(diào)試

單臺西門子S120整流回饋最大容量為1400kw，因此在設備調(diào)試前應先確定系統(tǒng)電源容量是否與其向匹配，如超過其最大容量則需采用兩臺整流回饋單元并聯(lián)的方式，組成十二脈沖結(jié)構(gòu)；同時并聯(lián)線路需采用相同的電纜和進線電抗器，以保證電流平衡。

同時構(gòu)建DP網(wǎng)絡以實現(xiàn)兩整流回饋單元之間的數(shù)據(jù)交換。機組各單元基本采用雙電機配置，控制電機的逆變器一般采用主從連接方式，利用軸間變量進行數(shù)據(jù)交換。主機與從機分別為速度控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式。將主機轉(zhuǎn)矩輸出作為從機轉(zhuǎn)矩的設定值，從而使兩電機轉(zhuǎn)矩和速度保持一致。

2.2 對欠電壓和過電流的調(diào)試

變頻器欠電壓多是由于集成電路放大器損壞，限流電阻故障所致，當控制面板出現(xiàn)F30003字樣時，可初步判斷為變頻器欠電壓。對欠電壓的調(diào)試采用V/F控制方式，按照相應比例對電壓和頻率調(diào)節(jié)能夠減少欠電壓現(xiàn)象的發(fā)生。發(fā)生過電流現(xiàn)象時，主要應檢查變頻器的驅(qū)動和電流傳感器，采用矢量坐標方式控制電機磁通和電流分量，進而對過電流進行調(diào)節(jié)。

2.3 對變頻器速度的調(diào)試

電機轉(zhuǎn)速在一定程度上受變頻器運行速度影響，而變頻器速度調(diào)試則依賴于對內(nèi)部功率和電流的調(diào)節(jié)，同時采用V/F控制方式進行調(diào)試。變頻器速度的調(diào)試時，只需對“速度限幅”和“轉(zhuǎn)矩限幅”進行設置，同時保證正、反向速度和轉(zhuǎn)矩最大不超過100%。

3 西門子S120變頻器的應用

邯鋼冷軋生產(chǎn)線過去采用6SE70控制器控制，雖然該方式控制穩(wěn)定性較好，但隨著機組設備自動化水平的提高，該種控制方式已無法滿足快節(jié)奏、連續(xù)性的生產(chǎn)。因此，機組逐漸開始采用變頻器控制方式。西門子S120變頻器與西門子PLC是配套使用的。

應用時由PLC系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)置程序和設備運行參數(shù)對變頻器發(fā)出相應的操作指令信號，變頻器則會根據(jù)該信號進行相應的速度和轉(zhuǎn)矩輸出，從而使電機對軋輥的張力和速度等參數(shù)進行控制。

此外，為了便于對設備故障的檢測和維護，我們還可以將變頻器控制與故障診斷、消除復位等操作模塊相連接，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)線故障的實時檢測和及時的故障停車。變頻調(diào)速的傳動控制方式操作簡便，運行可靠，可以及時準確地按照PLC的控制指令對電氣設備進行傳動控制。

4 結(jié)語

西門子S120變頻器在速度和轉(zhuǎn)矩控制等方面相比于其它的變頻器產(chǎn)品具有顯著的優(yōu)勢，很好地適應了現(xiàn)代工業(yè)自動控制中高精度、高響應速度的控制要求。其良好的適用性已在生產(chǎn)實踐中得到檢驗，從而保證了生產(chǎn)線工藝參數(shù)的穩(wěn)定，為產(chǎn)品質(zhì)量的提高提供了保障。