西門子6SE70系列變頻器升級與替代探索

梁飛 李永生 廖世銘 周又吾

[摘? ? 要]西門子6SE70變頻器由于其可靠性高，應(yīng)用范圍廣等原因，在我生產(chǎn)現(xiàn)場有大量使用。但其于2011年左右開始陸續(xù)停產(chǎn)，備件采購也于幾年無法正常采購，由于鄂鋼寬厚板廠是連續(xù)大型化軋鋼生產(chǎn)線，整線停機(jī)改造的可能性小，代價(jià)大。且由于自動系統(tǒng)采用西門子TDC裝置的原因，改造技術(shù)門檻也較高。于是保證備件正常供應(yīng)和高效可靠升級是本文探索的主要內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞]西門子;6SE70;變頻器升級;匯川MD880

[中圖分類號]TM921.51 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–0–03

Upgrading and Replacement of Siemens 6SE70 Series Frequency Converter

Liang Fei，Li Yong-sheng，Liao Shi-ming，Zhou You-wu

[Abstract]Siemens 6SE70 frequency converter is widely used in our production site because of its high reliability and wide application range. However， it began to stop production around 2011， and the procurement of spare parts could not be normally purchased in recent years. Because our plant is a continuous large-scale steel rolling production line， the possibility of shutdown and transformation of the whole line is small and the cost is high. Moreover， due to the adoption of Siemens TDC device in the automatic system， the technical threshold of transformation is also high. Therefore， the main content of this paper is to ensure the normal supply of spare parts and efficient and reliable upgrading.

[Keywords]siemens;6SE70;frequency converter upgrade;huichuan MD880

鄂鋼寬厚板廠于2009年建成投產(chǎn)，其生產(chǎn)線輔傳動系統(tǒng)均采用西門子6SE70系列變頻器，該變頻器為西門子推出的高端工程型變頻器，單機(jī)容量從2.2～4000 kW，該系列變頻器具有應(yīng)用范圍廣、可靠性高、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)。但其產(chǎn)品于2011年左右陸續(xù)開始宣布產(chǎn)品停產(chǎn)。隨著時(shí)間的推移，其備件價(jià)格逐步升高，同時(shí)備件采購的難度也越來越大。探索此變頻器的升級與替代方案顯得尤為重要。

1 升級方案探索與對比

針對此實(shí)際情況，鄂鋼寬厚板廠自2017年就開始探索和了解國內(nèi)同行業(yè)針對類似問題的解決方案;此系列變頻器的升級方案主要由6SE70系列升級到西門子S120系列和國產(chǎn)化替代方案，其中國產(chǎn)化替代方案一般情況下都具有替代門檻低，不需要改造自動化系統(tǒng)，改造方便，大多廠家產(chǎn)品尺寸都比原西門子6SE70尺寸小，改造快捷，可以一臺一臺利用日常檢修實(shí)施推進(jìn)等特點(diǎn);由此可見，由于國產(chǎn)化替代方案大多具備實(shí)施方便，技術(shù)門檻較合資產(chǎn)品技術(shù)門檻低、改造時(shí)間短，目前主流同類企業(yè)在備件替換的情況下多傾向于改造較為方便的國產(chǎn)化替代方案。但也由于國產(chǎn)化產(chǎn)品的產(chǎn)品周期大多不超過5a，故其可靠性還有待考驗(yàn)，部分產(chǎn)品對現(xiàn)場維護(hù)考慮不夠成熟等問題，大型技改或關(guān)鍵核心設(shè)備還是采用升級西門子S120或同類合資或進(jìn)口產(chǎn)品較多。

由于西門子S120系列無法實(shí)現(xiàn)對其上一代產(chǎn)品6SE70系列完全兼容，如果要從6SE70系列升級到S120系列，則需要對自動化TDC/PLC程序和HMI的Faceplate面板進(jìn)行重新開發(fā)和調(diào)試（見圖1），一方面此工作技術(shù)門檻較高，另一方面相對調(diào)試時(shí)間較長。故筆者廠對常規(guī)變頻器的升級和備件替代在沒有大型停機(jī)的前提下，重點(diǎn)考慮改造較為快捷的國產(chǎn)化替代方案，而大型核心傳動現(xiàn)階段還是利用每年大中修以實(shí)施西門子S120系列升級為主。

2018年上半年開始，鄂鋼寬厚板廠陸續(xù)在非關(guān)鍵位置對中冶京誠、匯川科技、英威騰等國內(nèi)品牌變頻器進(jìn)行了使用測試，經(jīng)測試中冶京誠和匯川科技能滿足不改變自動化的前提下實(shí)現(xiàn)變頻器的無縫替代，且替代過程簡單易操作。

2 方案過程實(shí)施

通過上述幾個(gè)廠家變頻器的對比，就鄂鋼寬厚板廠現(xiàn)場實(shí)際而言，匯川的MD880系列從產(chǎn)品安裝尺寸、改造難易程度、實(shí)施效率等角度綜合考慮均比較適合鄂鋼寬厚板廠的替代實(shí)施。本文以西門子6SE70系列中的一臺VC類型的變頻器改造為例，其主要過程如下。

2.1 參數(shù)分析

將原西門子變頻器通過DriveMonitor上傳到電腦，結(jié)合設(shè)備的控制工藝，對變頻器的參數(shù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)所有變頻器采用的都是閉環(huán)矢量（速度）控制模式。傳動接收一級系統(tǒng)的速度給定信號及內(nèi)部速度信號，未見轉(zhuǎn)矩限幅、轉(zhuǎn)矩窗口或軟化等功能使用;傳動裝置反饋給上位機(jī)信號包括狀態(tài)字、濾波后速度、編碼器速度、DI端子狀態(tài)及故障編碼等信號。主要參數(shù)數(shù)據(jù)見表1。

2.2 改造思路和單線圖

改造施工利用生產(chǎn)間歇的時(shí)間完成。由于新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全參照原系統(tǒng)的分布布局方式，因此施工內(nèi)容主要包括更換傳動裝置、鋪設(shè)通訊電纜、恢復(fù)I/O及電源電纜。

改造原則為替換傳動部分硬件和參數(shù)設(shè)值，不更改PLC自動化軟件程序，或者僅對STEP7中涉及的傳動Hardware硬件組態(tài)作簡單修改。替換后的新變頻器與原變頻器相比，有相同的PZD通訊字，包括控制字、狀態(tài)字、速度給定、轉(zhuǎn)矩給定等;有相同參數(shù)量綱，包括線速度、轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩等。

新控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)值完全參照原控制程序設(shè)計(jì)和移植，因此在完成I/O及電源接線的校對之后即可進(jìn)入冷負(fù)荷試車調(diào)試，各設(shè)備功能試驗(yàn)正常后即進(jìn)入熱負(fù)荷試車調(diào)試和恢復(fù)生產(chǎn)。系統(tǒng)替換后單線原理如圖2所示。

2.3 新變頻器參數(shù)設(shè)置

2.3.1 控制位定義的實(shí)現(xiàn)（見圖3）

B0-01——B0-08定義了傳動裝置運(yùn)行時(shí)需要接收到的狀態(tài)，選擇來源可為從總線或DI端子或其他狀態(tài)等

2.3.2 狀態(tài)位定義的實(shí)現(xiàn)

如圖4所示，對照6SE70的狀態(tài)字中每一個(gè)位的功能，通過內(nèi)部位轉(zhuǎn)字功能，將傳動的狀態(tài)組合成一個(gè)字。

2.4 設(shè)定通道的實(shí)現(xiàn)及基準(zhǔn)值設(shè)定

（1）依照上文中分析西門子6SE70給定數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)相關(guān)通道。

給定通道：主給定通道，C0-00——對照6SE70中P443;輔助給定通道，C0-01——固定給定值。

（2）給定值標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。

如圖5所示，過程數(shù)據(jù)輸入2通訊基值N1-37：對應(yīng)過程通道第二個(gè)字，也就是常用的速度給定通道，轉(zhuǎn)換成匯川的標(biāo)準(zhǔn)為16384×P107/P352。過程數(shù)據(jù)輸入5和6通訊基值N1-40及N1-41：對應(yīng)過程通道第二個(gè)字，也就是上節(jié)中分析的轉(zhuǎn)矩給定通道，轉(zhuǎn)換成匯川的標(biāo)準(zhǔn)為16384×P113/P354。

2.5 反饋值通道的實(shí)現(xiàn)及基準(zhǔn)值設(shè)定

N1-04：反饋值通道1，根據(jù)需要常規(guī)定義為狀態(tài)字，即通過位轉(zhuǎn)字功能實(shí)現(xiàn);

N1-05：反饋值通道2，根據(jù)需要常規(guī)定義為濾波后速度反饋，選擇U9-00即可;

N1-06：反饋值通道4，根據(jù)需要定義為輸出電流，選擇U6-01即可;

N1-07：位轉(zhuǎn)字功能，將變頻器DI端子信號組成字反饋給上位機(jī);

N1-08：當(dāng)前故障，將當(dāng)前變頻器報(bào)警代碼反饋給上位機(jī);

N1-09：編碼器實(shí)際速度反饋給上位機(jī)。

得益于匯川變頻器的控制器可以實(shí)現(xiàn)所有通訊字轉(zhuǎn)換成位功能，將所有位信號重新排列，再根據(jù)需要按順序轉(zhuǎn)成字信號。匯川變頻器可以實(shí)現(xiàn)在自動化端不改變?nèi)魏斡布渲煤涂刂七壿嫷那疤嵯聦?shí)現(xiàn)裝置的無縫替代，甚至西門子PLC端的GSD文件都可以繼續(xù)沿用，大大降低了改造周期和成本。且所有的改造和調(diào)試都是通過Inodrive Studio軟件來完成，改造技術(shù)門檻相對較低。

3 改造效果

隨著中國制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，在功率元器件領(lǐng)域也由從以前的完全進(jìn)口逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代，國產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用也更加考慮了國內(nèi)的需求和使用環(huán)境，通過此次探索，不僅解決了現(xiàn)場變頻器無備件所帶來的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，更是為以后的產(chǎn)品改造提供了不一樣的實(shí)施思路和經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐清書，薛龍，焦樣.SINAMICSS120變頻控制系統(tǒng)應(yīng)用指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.