西门子 SIMATIC WinCC 代理6FC5251-0AD06-0AA0

西门子S120传动装置的接地应用


摘 要：主要介绍了西门子SINAMICS S120传动系统在宣钢*三棒材生产线调试阶段和生产初期出现的问题，并提出了相关问题的解决方案，以期为日后的相关工作提供参考和借鉴。
S120系统；传动装置；


1 SINAMICS S120系统
宣钢*二棒材生产线生产工艺是由意大利达涅利公司提供的，自动化是由中冶京城负责设计的，传动采用西门子的SINAMICS S120系统。SINAMICS S120是西门子较新推出的全新变频器系列，被广泛应用于工厂制造和工程应用中。SINAMICS系列中的S120是集V/F控制、矢量控制、伺服控制为一体的多轴驱动系统，具有模块化设计的特点。各模块之间利用高速驱动通讯接口DRIVE-CLIQ相互连接。SINAMICS S120系统机分为DC-AC和AC-AC2种类型。所谓“DC-AC”，是指控制单元，整流、逆变都为独立模块。目前，DC-AC类型控制范围为0.9～1 200 kW。AC-AC模块是由控制单元和功率模块组成的，功率范围为0.12～250 kW。由于*二棒材生产线采用DC-AC类型，所以，本文主要介绍了DC-AC类型。在DC-AC类型中，中心控制单元为CU320模块，控制单元的Firmware存储在CF卡内，可以利用CF卡里的软件版本对整个S120进行Firmware升级。1个带扩展性能卡的CU320可以驱动6个伺服轴或4个矢量轴、8个V/F轴。但是，矢量轴与伺服轴不能混合。
2 三棒生产线传动系统
三棒生产线采用交-直-交的传动方式，这种传动方式提高了设备的运行效率，确保了设备的高温定性，并大大降低了维修成本。传动装置主要分为轧机主传动、炉前辅助传动、冷床辅助传动和收集辅助传动4个区域。每一个区域都采用直流母线供电，整流单元采用可控硅整流为直流母线供电，直流母线下挂多个逆变单元分别用于各种机械设备的控制。装置的制动方式采用回馈制动。
2.1 公共直流母线的优点
公共直流母线系统用电效率高，电机的反馈能量可以被利用，瞬间停电不会跳脱停机，功率因数较高，通常可达95%以上，电网谐波低，可以急降速，允许频繁启动，一条母线下电机功率可以不相同。
2.2 主要设备组成
轧机主传动包括轧线所有的主电机和4台飞剪电机。共采用4段直流母线供电，一共使用了1 400 kW整流单元16台，800 kW逆变模块10台，900 kW逆变器模块6台，1 000 kW模块12台，1 200 kW模块1台。

3 三棒生产线存在的问题及原因分析
3.1 传动装置的接地问题
三棒车间生产线以生产中小棒材为主，轧制以切分轧制为主，所以，生产工艺要求要精确地控制和监控轧机的转速。在设备调试阶段，仅单机运行时编码器反馈的转数就与给定的转数有很大的误差，有个别电机干扰严重的甚至没有反馈读数。经过调试人员的现场勘查和与西门子公司的*交流后发现，出现这种情况的原因在于传动装置的接地问题。
为了**设备能够正常运行，解决传动系统的接地干扰问题，采取了多项措施：①重新设计接地路由，将每段传动柜的接地电缆由2根?90 mm2的电缆增加为4根?90 mm2的电缆，并联使用，减小接地电阻值，降低接地电流；②将传动柜引出的接地扁钢直接焊接到厂房接地网格引出的扁钢上，实现EMC等电位要求，消除电位差，消除环流；③编码器信号线屏蔽层双端接地，防止传输信号受到干扰；④将动力电缆的外皮剥开，将2端屏蔽层牢靠接地，一端接到传动侧接地铜排或变频器外壳上，另一端接到电机外壳上，抑制高频干扰。

通过采取上述技术方案后，在装置运行时，测量接地电流为1 A左右，基本消除了干扰。
在生产初期，偶尔会因为突然出现的强干扰造成编码器反馈不准，传动装置报F31118故障（转速值**出容差）。为了**生产的顺利进行，修改了参数，基本上保证了设备的正常运行。
3.2 传动装置的其他问题
传动系统在三棒车间的运行期间，还出现过“限制控制器激活”“母线欠电压”“设定工间值休息”等小故障。针对装置出现的各种问题，对装置进行了多项改进，使装置能够满足正常的生产需要，而在使用过程中也反映出了装置反应过于灵敏的性能。曾经有一次，装置报接地故障，但是，现场电机保护箱并没有跳闸的空开，较终靠电工挨个电机确认才发现问题电机。

S120传动系统在生产初期还出现过许多问题，但是，大多数问题与装置本身并无太多关系。由于前期施工时配线不够仔细，施工质量不高，甚至还出现了选用的空开太小，导致出现了整流跳闸的问题。同时，S120系统在我厂是**使用，各方面对系统都不是特别熟悉，所以，在日常维护和抢修过程中也经常出现各种问题。随着生产的顺利进行和人员对其的熟悉度逐渐提高，系统故障率在逐月下降，系统也变得越来越可靠。
4 结束语
西门子SINAMICS S120传动系统在宣钢三棒车间投入使用后，在各单位的精心钻研和维护下，故障发生率越来越低，优势越来越明显。采取了多项改进措施后，S120系统能够在车间内稳定运行。

这是前几个月的事了，一天，我们的技术接到一个用户的电话，一台西门子MM430变频器有故障，故障内容是变频器的模拟量输出没有。


到了现场后看到西门子变频器 12端 13端 连接的是用户的模拟量表，断开12端和13端的导线，单独测量端子12和端子13之间的阻值是1欧姆左右。马上告知客户您的12端和13端的模拟量负载短路了。仔细检查后发现了问题。下图是用户接在变频器12端和13端的表。


它实际是一块满度电流20毫安的纯电流表只是把刻度改成了hz，而且是8块这种表串接放在不同的地方，它们的总电阻加起来也就是1欧姆左右，直接接在变频器模拟量口，肯定是短路了模拟量口，经检测模拟量口已经坏了，变频器一共有两路模拟量口，另一个口，他们也这样接过，所以也坏了。

下图是用户的图纸表HZ是在柜门上安装的，HZ1-----HZ7 是在室外。



变频器维修好后，我给用户说如果还是这个接法模拟量口还会坏，需要改进。


1 表的回路中需要串入500欧姆电阻。
2 多个电流表串联使用是不准的，虽然可以显示，因为是多表内阻串联，误差大。


最后没办法，找不到合适的电阻，找了一个近600欧姆的电阻串入了表中，虽然不准，但不会坏变频器了。
经常有用户打电话说模拟量输出口用万用表电流档为什么量不出电流，只能告诉用户测量时要串入500欧姆电阻，不然会坏模拟量口的。

s7-300 编辑




S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。




中文名s7-300 生产商德国西门子公司 类 型可编程序控制器系列产品之一 优 点性价比高、电磁兼容性强 特 点 循环周期短、处理速度高 应 用工业控制领域中



目录


1 产品介绍
2 产品特性
3 产品特点
4 工作原理
5 编程工具
6 组成部件






产品介绍


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S7-300
S7-300
S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。




产品特性


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· 针对低性能要求的模块化中小控制系统


· 可配不同档次的CPU


· 可选择不同类型的扩展模块


· 可以扩展多达32个模块


· 模块内集成背板总线


· 网络连接 - 多点接口 (MPI), -PROFIBUS或-工业以太网


· 通过编程器PG访问所有的模块


· 无插槽限制


· 借助于“HWConfig”工具可以进行组态和设置参数






产品特点


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· 循环周期短、处理速度高


· 指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能


· 产品设计紧凑，可用于空间有限的场合


· 模块化结构，设计更加灵活


· 有不同性能档次的CPU模块可供选用


· 功能模块和I/O模块可选择


· 有可在露天恶劣条件下使用的模块类型






工作原理


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· PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1 是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。


·在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1 中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC 或SFC)。


·循环程序处理过程可以被某些事件中断。


·在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU 内部的输入/输出过程映像区（在CPU的系统存储区）






编程工具


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使用STEP7软件对S7-300进行编程，目前S7-300较新的编程软件版本为STEP7 V5.5 SP2。 [1]


STEP7包含了自动化项目从项目的启动、实施到测试以及服务每一个阶段所需的全部功能。


STEP7中的编程语言


1、顺序功能图


2、梯形图


3、语句表


4、功能块图


5、结构文本






组成部件


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导轨（Rail）


S7-300的模块机架（起物理支撑作用，无背板总线），西门子提供一下五种规格的导轨： [2]



导轨长度

产品订货号



160mm

6ES7390-1AB60-0AA0



482mm

6ES7390-1AE80-0AA0



530mm

6ES7390-1AF30-0AA0



830mm

6ES7390-1AJ30-0AA0



2000mm

6ES7390-1BC00-0AA0



电源模块（PS）


将市电电压（AC120/230V）转换为DC24V，为CPU和24V直流负载电路（信号模块、传感器、执行器等）提供直流电源。输出电流有2A、5A、10A三种


●正常：绿色LED灯亮


●过载：绿色LED灯闪


●短路：绿色LED灯暗（电压跌落，短路消失后自动恢复）


●电压波动范围：5%


CPU模块


各种CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有数字量和模拟量输入/输出点，有的CPU集成有PROFIBUS－DP等通信接口。CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）


信号模块（SM）


数字量输入模块：24V DC，120/230V AC


数字量输出模块：24V DC，继电器


模拟量输入模块：电压，电流，电阻，热电偶


模拟量输出模块：电压，电流


功能模块 (FM)


功能模块主要用于对时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。


-计数：计数器模块


-定位：快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块等


-闭环控制：闭环控制模块


-工业标识系统：接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。


接口模块 (IM)


接口模块用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7－300通过分布式的主机架和3个扩展机架，较多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。


连接：


IMS 360发送、IMR 361接收；对于双层组态，常用硬连线的IM 365 接口模块


距离：


采用IM 365 、两层机架，电缆较大长度可达1米；采用IM 360 / 361 、多层机架，机架之间电缆较大长度10米


通讯处理器(CP)


扩展处理单元的通讯任务，提供以下的连网能力：


-点到点连接


-PROFIBUS


-工业以太网


附件


总线连接器和前连接器

中国是世界上较大的能源消费国。随着经济增长，中国对能源的需求将持续飙升，其能源系统结构也日渐复杂，将给环境带来巨大压力。为了应对这一挑战，我们需要建设可持续的能源系统。


西门子为客户提供多样化的解决方案，包括：石油和天然气解决方案、火力发电技术、风能及可再生能源系统、电力传输和分配解决方案、高效用电、智能数据解决方案和电力服务等，并竭力帮助客户优化其能源业务，降低成本，使操作更高效、更安全。同时，西门子也努力提高能源的使用效率和可靠性，降低废气排放。


在中国，西门子已在能源领域积累了**过140年的经验，能够更有效地利用能源，帮助中国实现一个可持续能源的未来。石燃料到可再生能源的利用，从集中到分布式能源，我们提供创新产品和解决方案，助力可持续能源系统的发展。


凭借先进的集成数字化和自动化技术，我们还致力于使能源运营更高效、可持续和环保。


与此同时，伴随中国城市的迅猛发展，涌现出越来越多的**高建筑。西门子凭借先进的能源管理和智能楼宇解决方案，实现更高的舒适性、安全性，并节约更多能源。