西門子S120變頻器的調試和傳動控制研究

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和交流調速技術的發展，變頻器控制以成為當前電氣設備運行調節的主流化方式，其中西門子S120變頻器則是全數字變頻調速領域中的佼佼者，在如今的電氣設備傳動系統中有著廣泛的應用。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點，特別是在伺服控制和矢量控制方面更具優勢，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，極大提高了冷軋生產線生產的效率和產品質量。本文對西門子S120變頻器基本運行原理及系統的調試、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、高精度的變頻器產品。硬件上具有模塊化的結構設計，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。可進行矢量控制和伺服控制，位置控制、轉矩控制、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卡內軟件來實現。

1.2 西門子S120變頻器工作原理

西門子S120變頻器作為交變轉換裝置，能夠改變交流電的電壓與頻率，實現對電機速度的調整，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內所需要的參數值，DSP在計算出參數值相應脈寬并進行一系列的信號轉換后，最終形成可控制驅動功率模塊的信號，由逆變器輸出完成對電機運行功率的調節。在DSP進行信號轉換的時候，該信號還可以電信號的方式傳輸至監控系統，這樣既可實現對電氣設備運行情況的監控，又為設備維修提供了便利。

2 西門子S120變頻器的調試

冷軋機組傳動系統分為主機系統和輔機系統，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。傳動系統控制器由DP網絡連接至主控CPU，并由以太網將傳動數據傳輸至上位HMI顯示。S120變頻器傳動參數調試由Starter調試軟件來完成，內容包括電機優化、硬件組態、PLC通訊構建等。調試時先進行硬件組態，然后進行電機調試，最后是與PLC的網絡構建。

2.1 電源與逆變器的調試

單臺西門子S120整流回饋最大容量為1400kw，因此在設備調試前應先確定系統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的方式，組成十二脈沖結構；同時并聯線路需采用相同的電纜和進線電抗器，以保證電流平衡。

同時構建DP網絡以實現兩整流回饋單元之間的數據交換。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據交換。主機與從機分別為速度控制模式和轉矩控制模式。將主機轉矩輸出作為從機轉矩的設定值，從而使兩電機轉矩和速度保持一致。

2.2 對欠電壓和過電流的調試

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F30003字樣時，可初步判斷為變頻器欠電壓。對欠電壓的調試采用V/F控制方式，按照相應比例對電壓和頻率調節能夠減少欠電壓現象的發生。發生過電流現象時，主要應檢查變頻器的驅動和電流傳感器，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節。

2.3 對變頻器速度的調試

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

3 西門子S120變頻器的應用

邯鋼冷軋生產線過去采用6SE70控制器控制，雖然該方式控制穩定性較好，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奏、連續性的生產。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系統根據內置程序和設備運行參數對變頻器發出相應的操作指令信號，變頻器則會根據該信號進行相應的速度和轉矩輸出，從而使電機對軋輥的張力和速度等參數進行控制。

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，從而實現對生產線故障的實時檢測和及時的故障停車。變頻調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 結語

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