西门子G120变频器在纸机传动中的应用

西门子G120变频器在纸机传动中的应用

冯仰彬路世昊张子元刘增敢

江苏宿迁223800；江苏宿迁223800

江苏宿迁223800

摘要：SINAMICSG120是隶属于西门子变频器家族SINAMICS系列，是一款全新的具有能量回馈的模块化变频器，G120是一种高性能、高精度的驱动器，SINAMICSG120标准型变频器覆盖功率范围从0.37kW到250kW，且可配用多种控制单元，可以用于所有复杂的传动，适用于各类系统集成和各种工程应用。变频器日常使用中出现的一些问题，很多情况下都是因为变频器参数设置不当引起的。

关键词：西门子；G120变频器；纸机传动；应用；分析

1导言

SINAMICSG120变频器的设计针对三相交流电机，用于实现精确而又经济的转速/转矩控制。以其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的BiCo（内部功能互联）功能以及无可比拟的灵活性，在变频器市场占据着重要的地位

2西门子变频器概述

西门子变频器在中国市场的使用最早是在钢铁行业，然而在当时电机调速还是以直流调速为主，变频器的应用还是一个新兴的市场，但随着电子元器件的不断发展以及控制理论的不断成熟，变频调速已逐步取代了直流调速，成为驱动产品的主流，西门子变频器因其强大的品牌效应在这巨大的中国市场中取得了超规模的发展，西门子在中国变频器市场的成功发展应该说是西门子品牌与技术的完美结合。

SINAMICSG120是一款全新的模块式变频器系统，其主要包含两个功能单元（控制面板可选配）：

?控制单元(CU)

?功率模块(PM)

控制单元可以控制和监控功率模块和与它相连的电机，有多种控制模式，按需选择使用，该组件能够支持与本地或中央控制系统以及监控设备的通讯；功率模块用于对电机供电，功率范围为0.37kW至250kW，该模块采用了最先进的IGBT技术和脉宽调制功能，从而确保可靠而又灵活的电机运行，丰富的保护功能为功率模块和电机提供了高度保护。在中国市场上我们能碰到的早期的西门子变频器主要有电流源的SIMOVERTA,以及电压源的SIMOVERTP，这些变频器也主要由于设备的引进而一起进入了中国的市场，目前仍有少量的使用，而其后在中国市场大量销售的主要有MICROMASTER和MIDIMASTER,以及西门子变频器最为成功的一个系列SIMOVERTMASTERDRIVE,也就是我们常说的6SE70系列。它不仅提供了通用场合使用的AC变频器，也提供了在造纸，化纤等特殊行业要求使用的多电机传动的直流母线方案。当然西门子的G120系列变频器在运动控制方面的卓越性能及高性价比，在工商业领域、汽车、纺织、印刷、化学、钢铁、原油、天然气和近海工业以及再生能源行业中的输送技术应用也越来越广泛。

3G120变频器的控制方式

3.1V/F控制方式（电压/频率控制方式）

V/f控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制，这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类、压缩机、水平输送机等节能型变频器。

3.2矢量控制方式

性能优良，可以与直流调速媲美。模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。矢量控制方式：分为矢量开环和矢量闭环。

3.3基本定位控制方式

基本定位器功能(EPos)可计算出轴的运行特性，使轴以最佳的方式移动到目标位置。SinamicsG120和S7-1500通过Profinet通讯，通过对变频器报文的读写，将运行速度、目标位置、运行方式等信息传送给变频器的控制单元，控制单元接到指令后自动计算加速度、加加速度、加速位置、减速位置等来控制功率模块的输出，进而控制整个轴的平稳快速运行。

4西门子G120变频器纸机传动应用的调试

4.1G120变频器的快速调试

接通变频器电源；将带有STARTER软件的电脑与变频器用网线相连接；启动调试软件STARTER；在STARTER中点击按钮（Accessablenodes）；对话框Accessablenodes中会显示可访问的变频器，选中变频器点击按钮（Accept）；设置PG/PCinterface端口为以太网（记得将变频器的IP地址与电脑的IP地址设置在同一网段）；启动快速调试向导对设备进行配置，包括电机铭牌数据、开闭环控制、编码器数据、通讯协议等基础参数；选中项目并进入在线模式，进入时点击（online）；点击按钮（Loaddatatodrive）选中对话框AfterloadingcopyRAMtoROM，将配置好的数据下载到变频器里，快速调试完成。

4.2电机数据检测

设置电机数据检测选择P1910=1；在ＳＴＡＲＴＥＲ中双击Controlpanel控制面板；点击Assumecontrolpriority获取变频器的控制权；勾选Enables；接通电机，变频器启动电机数据检测，检测过程中可能持续数分钟，检测后变频器会关闭电机；电机测侧结束后点击Giveupcontrolpriority重新交还控制权；点击按钮（CopyRAMtoROM）进行保存；设置电机旋转检测选择P1960=2重复上述步骤完成电机的旋转测量；设置电机旋转检测选择P1960=4重复上述步骤完成转速控制器的自动优化（为保证测量准确，测量时请脱开负载进行）。

4.3将变频器连接到现场总线的参数设置

一是选择报文方式：P922=999（自由报文）；

二是选择将要发送给现场总线控制器的字格式PZD：P2051.0=r2089(PZD1),

PZD:P2051.1=r63.1(PZD2),P2051.2=r27.5(PZD3),P2051.3=r80.1(PZD4),P2051.4=r2132(PZD5),P2051.5=r2131(PZD6),P2051.6=r722(PZD7),P2051.7=r1482(PZD8);

三是设置主设定值的信号源：P1070=r2050，连接器输出，用于连接现场总线控制器接收到的字格式PZD，在一个CO有多个接线时，所有的CI必须为Integer型或者FloatingPoint型，单个PZD的BICO互联只能在r2050或r2060上进行。

四是设置用于附加转矩1的信号源：P1511=r2050.4(PZD5)，P1503=r2050.5(PZD6)，P1552=r2050.6(PZD6)，P1554=r2050.7(PZD7)；当在p1300中选择了转阵控制时，或者在选择转换源时选择了p1501时，将转换到转矩控制，在运行时也可以通过p1501进行转换。

4.4G120变频器常见故障故障

F30001功率单元过电流，首先检查输出电缆及电机的绝缘性，看看是否有接地故障，其次要检查电机与功率单元模块的额定电流是否匹配；

F31118转速差值超出公差，出现此故障时应检查编码器电缆是否断线或接线松动，检查编码器的屏蔽层接地是否良好，必要时可改变每个采样循环的最大转速差值P0492。

5结论

在以往的标准纸机传动中，通常选用共直流母线控制方案，采用单独的整流回馈装置，为系统提供一定功率的直流电源，调速用逆变器直接挂在直流母线上。当系统工作在电动状态时，逆变器从母线上获取电能；当系统工作在发电状态时，能量通过母线及回馈装置直接回馈给电网，以达到节能的目的。共直流母线控制方案直接解决了变频器工作在发电状态时由于中间直流过电压而产生故障，如采用制动电阻消耗能量又有能量损失问题。

参考文献：

[1]辛兴.西门子S120变频器在钢管生产线上的应用[J].电子测试,2018(11):78-79.

[2]黄智坚.西门子S120变频器对麦尔兹窑上料小车的保护[J].自动化应用,2018(05):46-47.