西门子S120变频器的应用与排故

姚小宁

（北京首钢股份有限公司，河北 迁安 064404）

1 绪论

西门子S120变频装置是西门子公司变频器主打品牌之一，它在实际应用过程中具有很多优势。由于它具有相对稳定的系统性能、极佳的矢量控制技术以及接触的市场动态等特点，使其拥有很高的市场占有率，被广泛应用于各行各业之中，具有非常美好的发展前景。

2 西门子S120变频装置概述

西门子SinamicsS120是一款各项性能都非常突出的全新变频器，也是顺应市场多机传动发展的产物。此系列中引进了许多革新技术，并对传动理念进行了创新，在性能方面也进行了一定的提高，变频器在运行过程中的噪音被大大降低了，更加符合环保理念并且其体积也被相应缩小了。该系列变频器的组成硬件比较多，主要有直流中间电路、逆变电路以及整流电路等，对正弦脉冲宽度进行调节的一款变频装置，当下被积极应用于造纸印刷、机床等设备及试验台中[1]。变频装置的硬件配置包括外部编码器、数据存储终端的电机模块与制动单元等。然而，变频器的外部编码器既能有效跟踪CPU变量，而且还能实现对闭环系统、驱动器等执行改进和调试操作，帮助变频系统实现实时诊断以及对故障进行定时检测。信号模块装置作为对操控器进程进行操作的关键接口，通常比较简易，不同模拟和数字量进行融合也不会传出输入输出请求给命令，同时兼具参数设定简易与拼装密度较高等特点。数据/程序储存器在实际工作过程当中会选出最匹配的CPU，完成这一操纵的关键在于集成作业存储区的巨细。S120系列的变频器只需要借助很小的启动电流便能够获得相当大的启动转矩，在实际运行中会将单项及三项交流电转化成直流电随后再转换回单线及三项交流电，为了促使电机运行曲线一直处于平行下移状态，需要对输出电压与电流进行变化以达到曲线转速发生变化的目的。在转速一样的情况下，转速调节范围相对比较宽泛，此时交流异步电机能够对电机的电源频率进行有效改变，进而实现高效控制的目的。

西门子S120变频器分为DC/AC与AC/AC两种，同时兼具矢量控制和伺服控制等性能[2]。此系列在复杂协同转动、高动态响应和高精度控制等情况也有所应用。其中AC/AC单轴驱动不仅能对常见三相异步电机实行控制时，而且还能控制同步伺服机、异步伺服机、直线电机以及扭矩单机等设备，与此同时还能确保伺服控制的高精度性，其中包含对一般V/F与矢量进行控制，是集整流与逆变于一体的一款新型驱动器，可以对进给轴执行绝对与相对定位功能。这款驱动器，其整体结构是由整流与逆变共同构成的，而DC/AC驱动器在整流与逆变部分都是相对独立的模块，A其功率处于0.12kW～250kW之间，每个轴都有相应的独立单元进行控制，而DC/AC驱动器的功率范围则是在0.9kW～1200kW之间，可以在相同时间有效控制4个矢量轴抑或是1个整流与6个伺服轴。

S120变频器的驱动系统完成数据传递操作主要是采用了与西门子全新一代PLC研制出来的PROFINET通讯协议有关的DRIVE- CLIQ通讯协议，该通讯协议的总线缆在传递速度方面明显更快、在抗干扰方面变现出来的性能更强大，其硬件接口所使用的网线全部都是人们所熟知的RJ45型号网线。RJ45网线无论是在通讯速率方面还是在稳定性方面都得到了很大程度的提升。无论是想了解驱动系统的各个细节，还是对该系统的控制图纸进行深入探究都必须要借助STARTER软件才能得以实现，它为相关研究人员简化了排查驱动故障的繁琐程度。现阶段，越来越多精准传动行业如企业工厂等都强烈推荐应用S120系列变频装置，选择的原因都是因为该系列的变频器在操作方面更加具有人性化，并且简单易学、方便快捷等优点。

3 西门子S120系列变频装置在调试方面的应用

变频器调试工作主要涉及以下几个步骤：审查传动系统、建立传动系统、构建齐全的传动系统配置项目，设置有关参数、设定启动模式、优化电机参数以及设置调速值等步骤[3]。其中系统审核、系统创建、系统配置项目的形成都是准备工作范畴。只要S120系列变频器存在一定的组件，并且设备各个组件的固件版本信息被完好的储存到了CF卡中，变频器才能对传动系统执行调试操作。在调试过程中设备传动系统的检查工作又能够细分为：机器外观检查、动力电缆绝缘性能审查以及机器电机的接地绝缘性检查，必须要让系统设备同图纸配置相一致，同时确保接线接地工作万无一失。以上检查工作全部完成以后开始构建传动系统，Drive- C liq网不仅络能与系统中的每个组件都进行有效连接，而且还是系统内部控制网络满足相应配置规则的基准。根据设计人员当时的设计初衷借助Drive - C liq网络帮助输入/输出接口模块、功率模块及控制器等完成连接。相关工作全部落实完成后，传动系统的配置项目也就自然而然的生成了。将所有系统组件中含有的固件版本信息全部储存到CF卡中，控制器就会对它进行有效扫描和必要升级，在此过程中要确保供电正常，完成升级用时大约1min，完成后还应断开控制电源重新给电，然后再使用。这样一个具有工厂设置的S120变频器项目便出现了。对变频装置进行基础调试操作时，会涉及到对装置相应参数的设置、启动模式、调速设定以及电机相关参数的改进等。西门子公司对S120系利变频装置进行调试所使用的软件为Scout/Starter，其中Starter软件在使用过程中可以不用授权。对装置参数以及控制形式等进行设置与读取时，STARTER软件所具有的优势更加明显，最大的优点在于便于实现修改跟踪与监控操作，同时还方便执行查找与故障处理操作。对相关参数进行设置与监控操作主要是通过对PG/PC串口与西门子320系列通讯加以利用来实现的，在实际通讯当中还需要使用标准232电缆才能得以实现。要想让S120变频器的DCC发挥作用，还需要安装CFC软件并获得使用授权。

对变频装置进行调试的时候，最开始应该对需要进行参数设置的有关配置按照实际情况进行设定，可能会涉及到的参数项目有：系统控制方式、电源电压、负载类型、电机额定电压等参数[4]。然后还应该对变频器的启动频率实行设置，一般会将启动频率设定为0Hz。如果输出转换成与启动频率相适应的交流电压后，在变频器启动频率未规定值之前，参照加速曲线持续提高输出频率与输出电压。

为了规避变频装置产生过流以及启动冲击，应该将其启动频率控制到适合范围内，可以按照先制动然后再启动频率的顺序进行，多用于一些无法对负载初始状态进行明确的场合。又因为给定速度或者负载变化会影响到转速，为此应该借助控制“V/F”或“矢量”的方式方法对速度进行调整，此时可以对“速度限幅”、“转矩限幅”进行合理设定，一般来说正向规定为最大速度、反向也规定为最大速度，正向最大转矩与反向最大转矩都为100%。停车程序结束后，还应该对系统电机的相关参数进行合理优化。对电机参数进行优化的时候应该满足以下条件：负载脱开、抱闸闭合以及电机冷态，只有达到这几个条件才能进行优化操作。优化参数主要有三步骤：生成全新参量，对变频器进行精准计算；静态分析辨识；对电机动态进行优化。在对S120系列变频器开展静态辨识的时候应该保障轴端不存在转矩、没有电压输出也不存在电流输出的状态下进行。这些步骤全部完成后意味着调试工作完成了。

4 西门子S120变频器常见故障及排除方法

4.1 过电流

过电流问题是S120系列故障中最普通的一种。发生这类故障时其主要表现为变频器接通电源后无异常表现，但是运行显示出过流，哪怕是处于空载状态仍旧还是处于这一现象，并且控制面板上显示出来的故障代码为F30001。经过仔细研究故障代码说明书发现，此类故障属于过电流抑或是变频器漏电一类。出的原因，一般是因供电电压波动较大或者是变频器反复发生过载进而导致脉动电流高于主控板电流，并且没有及时进行保护导致的。为了更好的解决此类故障现象，应该对回路器件进行逐一检查，借助加电测试的形式对回路器件进行检查分析确定有无问题。如果是电流传感器存在问题，应该及时对其进行更换或者维修；如果是回路输出存在问题，就应该及时对回路中的故障原件进行更换以此来确保变频器处于正常工作状态。与此同时，还可以对变频器有关参数作出适当修改，比如当其发生过电流问题时，技术人员可以对变频器的输出载频进行修改以免出现过电流现象；再比如对输出频率进行适当降低抑或是减少高频消耗等。再一个就是，还能在变频器的输出端口安置相应的交流电抗器，实行这一操作的目的主要是为了对电流突变进行有效控制，以达到防止过电流的目的。选择电抗器的过程中应该积极与相应厂家进行良好沟通，选择与变频器功率相适应的电抗器。

4.2 过电压故障与排除办法

发生过电压时的代码为F3000，当电路中元件发生故障时，极有可能会出现输出端持续呈现高电压的输出状态，此时就可断定该变频装置的电压发生了故障。当对电压问题实施检测的过程中，一般会对电路逐个进行诊断。所谓放大电路就是对依照规定好的比例进行放大后的电压取样信号开展故障分析，其主要器件为运放集成电路［5］。发生电压故障的原因一般为集成电路故障并输出高电平，这时候存在的高电平就是S120系列变频器存在过电压故障的信号，并且电压问题将会显示在控制面板上。对于此类问题，最直接的处理方法就是对运放集成电路进行及时更换，从而帮助系统快速回到正常运行的状态。

4.3 欠电压故障与排除办法

欠电压也是常见故障之一。当发生欠电压时，控制面板会因为输出信号不正常而展现出故障情况。如果发生这类情况应该对高压直流电、低压直流电集成放大电路以及取样电路等进行检查，从而确定发生故障的准确位置。比如，对集成电路进行检查时发现电压不正常，而对集成放大电路进行检查却显示正常。但是过几分钟后停止工作，并且机器内部散发出异味，当断开电源后，发现变频器内部带有的限流电阻存在发热的状况。在此种情形下，能够断定此次故障是继电器与限流电阻发生短接未发挥作用造成的。对于这类情况，应该及时对集成电路进行有效更换从而达到解除故障的目的。除此之外，限流电阻如果存在发热情况还会造成变频器在实际运行过程中也发生过热故障，产生这一故障的主要原因在于继电器没有发生作用，进而致使变频器不能很好地发挥作用。

5 结语

由此可见，西门子S120变频器是集弱电、强电于一体的设备，广泛应用于各个领域。因为变频器在运行过程中时常会发生故障，阻碍了生产过程的有序推进。所以，必须要对变频器故障以及处理措施加强研究，确保变频器功能能够得到良好发挥。就西门子S120系列变频器来说，基于其有一定的使用优势，在使用过程中已经获得了极佳的使用效果，所以更应该重视分析变频器问题解决对策，从而更好地保证经济效益。