西门子交流6SE7028-6EC85-1AA0

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SIEMENS西门子上海朕锌电气设备有限公司

：郑鑫

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1引言
风机是工矿企业的主要动力设备，据有关部门的统计，全国风机，水泵电动机装机容量约35000MW，耗电量约占全国电力耗电量的40% 左右。目前，风机和水泵运行中还有很大的节能潜力。在风机运行中应用变频器调速，其节电率一般可在20%~60%，投资回收期为1~3 年，不仅节电*，而且能满足生产工艺的要求，保产品质量,经济效益十分显著。
风机在锅炉中也是重要设备，工业锅炉根据采用的燃料不同，通常分为燃煤，燃油和燃气三种。这三种锅炉的控制系统基本相同，只是燃料量的调节手段有所区别。变频器在控制系统中可以调节送风机的送风量，引风机的引风量和燃料的进给量，即实现对锅炉的精确控制，又达到了节电和节省燃料的目的。

2西门子新一代变频器G150 的特点
G150 是西门子新一代变频器SINAMICS 家族中的一员，它不仅继承了Master Drive 的特点，而且具有自身的优点。G150 是柜体式单传动的变频器，功率范围75KW~2700KW，进线电压分为380V~480V，500V~600V，660V~690V 三个电压等级，控制方式为无速度传感器的矢量控制 (sensorless vector control) 和矢量控制。无速度传感器的矢量控制是矢量控制的一种，只是没有速度传感器，通过电机模型的计算来估测电动机的速度反馈值。无速度传感器的矢量控制的控制精度和系统的动态性能不如带速度闭环的矢量控制，但也有系统简单，无需维护速度传感器，价格便宜的优点，尤其适用于风机泵类电机。
传统的V/f 控制也无需速度传感器，但对于大功率的风机泵类电机，如用V/f 控制无电流环控制，容易引起电流的波动。无速度传感器的矢量控制，不仅有速度闭环而且有电流闭环, 电机的稳态电流更稳定。
G150 具有丰富的客户端子，包括8 个数字量输入(DI)，4 个双向输入/输出(DI/DO)，2 点继电器输出(DO)，2 个模拟差分输入(AI)，2 个模拟输出(AO)，1 个KTY84 温度传感器或PTC 敏电阻，±10V 辅助电源用于模拟给定输入，24V 辅助电源用于数字量输入，所有的DI/DO ，AI/AO 都可以自由编程定义功能。与MasterDrive 不同，G150 的客户端子，不在控制板上，而是在客户端子板TM31 上。当有端子损坏时，只须更换TM31，节约了维修成本。
PROFIBUS 接口是G150 的标准配置，无需选件。通过PROFIBUS 可以将G150 连接到更高层的自动化系统。通过PROFIBUS 可以与调试软件Starter 连接，便于调试和存储参数。G150 的程序和参数存储于Flashcard 中，Flashcard 中的数据可用Flashcard 适配器读取，存储在硬盘中，或刻成光盘存档。如有相同功率，相同功能的设备，可将数据直接拷贝
到新的Flashcard 中，不需设置任何参数.。另外如旧设备的参数被调乱，或Flashcard 损坏也可用以上的方法进行恢复。

3系统简介
在这个锅炉中共有四台电机使用了G150 变频器，分别控制蒸汽、热油、热烟气。热烟气由2 台315KW 的电机控制，经管道送入主风机，用于干燥木浆。2 台315KW 的G150 变频器分别控制这两台风机，通过调节G150 的输出频率，来控制风机的输出功率，实现对热烟流量的精确调控，不仅满足了工艺的要求，而且比用挡风板调节热烟流量更节能。另两台132KW 的电机分别将蒸汽发生器中的蒸汽和热油发生器中的热油送入混合室中。蒸汽发生器中的蒸汽输出量的调节可以控制蒸汽发生器中的压力和温度，热油发生器中的热油输出量的调节可以控制热油发生器的温度。G150 也是通过控制电机的输出功率来调节蒸汽输出量和热油输出量，实现对蒸汽发生器的压力和温度，热油发生器的温度的控制。

2 台132KW 的电机参数和变频器型号如下:
132KW 电机参数:
额定功率: 132KW 额定电压:400V 额定频率:50HZ
额定电流: 228A 额定转速:1485 r/min 功率因数:0.88
选用的G150 型号:
6SL3710-1GE32-6CA0-Z
输入: 380V~480V 294A
输出: 0~480V 260A

2 台315KW 的电机参数和变频器型号如下:
额定功率: 315KW 额定电压:400V 额定频率:50HZ
额定电流: 585A 额定转速:990 r/min 功率因素:0.81
选用的G150 型号:
6SL3710-1GE36-1CA0-Z
输入: 380V~480V 639A
输出: 0~480V 605A

2 台132KW 电机用端子控制启停和模拟量输入频率给定。2 台315KW 电机PROFIBUS 控制，PLC 使用西门子公司的S7-300。

3.1用端子控制的G150 的端子图如下:
端子X520:1 是DI0 用于控制变频器的启/停(即ON/OFF)。端子X542:5， X542:6 是DO1，输出变频器的故障信号 (DO1 是继电器输出)。 端子X522:1， X522:2 是AO0， 输出实际速度值。端子X522:4、 X522:5 是AO1，输出实际电机电流值。端子X521:1，X521:2 是AI0，作为频率给定.这些端子的功能是出厂设定，无需修改参数。
(1) Main Setpoint
(2) ON/OFF command
(3) Analog output actual speed
(4) Analog output motor current
(6) Inverter release
(7) Converter no fault

模拟输入0(AI0)默认是-10V~10V 的电压输入，用户需要4~20mA 的输入，所以修改一些参数。P4056[0]=3，将模拟输入0 设置为4~20mA， 因为该模拟输入波动较大,会影响系统的稳定性，所以我加了10mS 的滤波(P4053[0]=10)，从而给定值相对稳定。这些设置如用调试软件Starter 修改就十分的简单、清晰、明了。如下图所示:

1. 选择模拟输入的类型
2. 模拟输入的端子
3. 模拟输入的自由标定
4. 一阶滤波

3.2用PROFIBUS 控制G150 系统图如下:

将X530:1 端子的接线断开，G150 就设置为PROFIBUS 控制。首先要设置G150 的PROFIBUS 从站地址，参数是P0918，该参数的设置必须与Step 7 中硬件组态的地址*。
G150 的PROFIBUS 从站地址也可通过拨码开关进行设置。这两种设置中拨码开关的硬件设置优先，如拨码都在OFF 的位置，则以参数P0918 的设置为准。G150 的GSD 文件在随机光盘可找到，文件名是si018105 .GSD。G150 与MasterDrive 的PROFIBUS 数据定义相似，PZD1 是控制字/状态字，PZD2 是给定值/实际值.控制字的各位定义如下:

4结束语
该系统用于亚洲创建(河源)木业有限公司的生产线中，亚洲创建集团致力于中国强化地板事业的发展，成功地塑造了”圣象”，”MOBIFLOOR” 等强化地板，河源项目的建设将打破以往基材*依赖进口，成本居高不下的局面，进一步提升产品的竞争力。该生产线中的锅炉系统是由Vyncke 公司做的系统集成，Vyncke 是一家比利时公司，成立于1912 年，在燃烧工艺，锅炉系统自动化控制系统中有着丰富的设计、制造、安装、调试的经验。西门子新一代变频器G150 在该项目中,以其丰富的系统功能，可靠的产品性能，精确的控制系统，得到了用户的*认可。

ET200Pro系列产品做为西门子分布式IO系列产品中的一种，具有zui高IP67的防护等级，成为特殊行业应用的主要产品之一。同时，ET200Pro还提供了故障安全模板：F-DI/F-DO以及电机启动器（MotorStarter）、故障安全型变频器（F-FC）等，满足了行业中的故障安全应用的需求。本文将主要介绍ET200Pr*安全型变频器的调试和使用的方法。

1 ET200Pr*安全系统介绍
与ET200S系统类似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型输入/输出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型输入/输出的模板的使用与ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）电机启动器（MotorStarter）
ET200Pro的电机启动器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，电机启动器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以达到SIL3(Cat.4)的安全等级（图1）。

图1 故障安全型电机启动器（MotorStarter）系统配置(Cat.4)

具体配置列表请参照手册：SIMATIC ET 200pro Motor starters

3）故障安全型变频器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系统中的紧凑型的故障安全型变频器。工作电压为3 AC 400V 50/60Hz，连接3相交流电机，zui大1.1KW，温度允许的情况下，可以连接1.5KW电机。
该变频器可以通过PROFIBUS/PROFINET的接口模板进行连接调试，也可以使用光纤转串口的电缆进行连接。
ET200Pro变频器需要与前面提到的电机启动模块中的特殊模块一起使用来对其关断信号进行评估，因而系统中需要F-Switch 或F-RSM（图2）。

图2 故障安全变频器与F-RSM的配置

其中主要的模板包括：
③接口模板
可以连接变频器模板的接口模板包括：
1) IM154-4 PN HF Cu V6.0 (6ES7 154-4AB10-0AB0)
2) IM154-2 DP HF (6ES7 154-2AA00-0AB0)
④F-RSM或者F-SWITCH
⑤故障安全型变频器（F-FC）
⑥终端模块

2 ET200Pro F-FC的调试方法
ET200Pro F-FC的组态可以通过Step7软件来实现。但变频器模板的调试工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等软件。如果系统中使用了F-Switch，则需要MotorStarter ES软件来设置相关Switch的参数。

2．1 Step7的组态
（1）新建一个S7 300站，这里选择CPU 317F-2 PN/DP做为F主机，IM154-4 PN HF Cu V6.0做为F设备。（图3）

图3 新建S7 300站

硬件组态中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC没有Profisafe报文，因而只能添加标准报文F-FC 1.1/1.5KW Standard egram1。(图4)

图4 添加硬件

分别双击两个模板，打开属性框，将诊断选项使能。

（2）双击CPU，设置CPU的参数。

选择F 参数，为故障安全程序设置密码（图5），防止有未经*的人修改F程序。

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图5 设置F程序的密码

选择“Protection”，设定CPU程序的访问保护密码，同时将“CPU contains safety program”激活（图6）。

图6 保护选项

保存编译后，我们可以看到在Step7的Block下，出现了一些相关F系统的功能块，但由于ET200Pro F-FC没有Profisafe的报文，因而这里实际上并没有关于ET200Pro F-FC的F系统块，这也是ET200Pro F-FC与ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之处，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通过F-RSM或F-Switch来实现的。
至于如何建立Step7的F程序，这里不再详细介绍，请参考相关手册。

2．2 F-FC的调试
ET200Pro F-FC的调试需要用到Drive的一些软件。通过Step7界面，双击变频器模板，则可以打开相应的调试软件的界面。

（1） 双击打开调试界面，选择“在线”。

图7 选择在线连接到F-FC

如果无法在线操作，则检查“Option”菜单下的“Set PG/PC interface”的设置，选择合适的接口用于连接F-FC。

（2） 选择“上载”，将系统配置自动上传到PG。

图8 上传参数

在“Functions”下选择“Safety Integrated”进行安全功能的设置。注意这个选项只有在“在线”的模式下才可以操作。

图9 选择安全功能设置

（3） 打开设定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3种安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的内部，有两条F功能总线“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”。可以通过“Enables”选择这两条安全总线回路中的安全功能。如图10所示，由于F-RSM只提供一个安全回路开关(F0)，故这里只选择了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系统中使用了F-Switch，则可以设置两个安全功能回路。

图10 选择安全功能

（4） 分别设定安全功能的参数

STO：安全转矩关断。该功能激活后，变频器内部的电源被切断，电机进入自由停车状态。（图11）

图11 STO的参数设置界面

这里的设置都是关于安全回路测试的：当系统恢复正常时，是否进行回路测试，用来保证系统正常运行，以及及时检查系统错误。T=8小时的设置也是保证系统的自检测的时间。
SS1:安全停车指令1。当SS1被激活时，系统按照设定的参数进行停车。否则进入故障状态，并zui终进入STO。

图12 SS1的参数设置界面

Standstill:截止频率。当停车过程中，频率达到该设定值时，进入STO状态。
Tr：停车时间设定；
Tv: 延时监控时间。超出该设定值，变频器进入故障状态，同时马上进入STO状态。

SLS：安全限速。安全限速有4种模式，分别对应4种安全限速的动作。这里需要定义安全限速的设定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和选择模式。

图13 SLS的参数设置界面

参数设定和修改都需要“Accept settings”才能生效。这里需要输入密码和进行验证。

图14 参数修改和生效

2．3 F-RSM的调试

ET200Pro F-FC的F功能需要通过F-RSM或者F-Switch来实现（见图15），因而需要对F-RSM进行设置。

图15 ET200Pro F-FC与F-RSM/F-Switch的配置原理图

（1）F-RSM的连线

图16 F-RSM组件

其内部原理图为：

图17 F-RSM的原理图

F-RSM内部为一个3TK2841的安全继电器，其中输入端子为IN1/IN2，可以用于连接急停按钮；IN3做为3TK2841的“monitered START”输入端，当选择“自动启动”时，该端子可以不接。
输出“OUT”做为3TK3841的功能输出连接端子，内部busbar总线将“F0”输出到F-FC,做为安全功能的激活信号。

a.IN1可以连接一个单通道或者双通道的“急停”信号，其端子接线方式为：

图18 IN1的连接

b.“Start”信号的接线方式： c. “OUT”信号的接线：

                

图19 启动信号的连接                 图20 输出信号的连接

单通道以及双通道的选择，自动启动与手动启动的选择是通过切换开关实现的：

图21 选择开关的模式设置

（2） 激活安全功能
当急停信号为“1”时，系统正常工作，此时“F0”状态为“1”。当急停被按下时，表示系统运行出现危险状况，应当启动相应的安全功能，此时“F0”变为“0”，此时，应通过busbar将F0信号传送至F-FC，变频器激活相应的安全功能。

注意：系统中的F-RSM的供电是通过电源端子提供的，因而在连接接口模板的电源端子时，应当连接两路电源（DC 24V），否则F-RSM内部的3TK2841处于失电状态，从其运行灯的状态可以判断该路电源是否有连接（图22）。

图22 电源的连接

S7200CPU
6ES7211-0AA23-0XB0
6ES7211-0BA23-0XB0
6ES7212-1AB23-0XB8
6ES7212-1BB23-0XB8
6ES7214-1AD23-0XB8
6ES7214-1BD23-0XB8
6ES7214-2AD23-0XB8
6ES7214-2BD23-0XB8
6ES7216-2AD23-0XB8
6ES7216-2BD23-0XB8
扩展模块
6ES7 221-1BH22-0XA8
6ES7 221-1BF22-0XA8
6ES7 221-1EF22-0XA0
6ES7 222-1BF22-0XA8
6ES7 222-1EF22-0XA0
6ES7 222-1HF22-0XA8
6ES7 222-1BD22-0XA0
6ES7 222-1HD22-0XA0
6ES7 223-1BF22-0XA8
6ES7 223-1HF22-0XA8
6ES7 223-1BH22-0XA8
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6ES7 277-0AA22-0XA0
6GK7 243-2AX01-0XA0
6ES7 253-1AA22-0XA0
6ES7 241-1AA22-0XA0
6GK7 243-1EX00-0XE0
6GK7 243-1GX00-0XE0
附件
6ES7 291-8GF23-0XA0
6ES7 291-8GH23-0XA0
6ES7 297-1AA23-0XA0
6ES7 291-8BA20-0XA0
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6ES7 901-3DB30-0XA0
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6ES7 292-1AG20-0AA0
6AV6 640-0AA00-0AX0
6ES7272-0AA30-0YA1    
6EP1 332-1SH31
6EP1332-1LA00  
6EP1332-1LA10
6ES7 231-7PF22-0XA0
6ES7 231-0HF22-0XA0
6ES7 231-7PC22-0XA0
6ES7 232-0HD22-0XA0

S7-1200
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