第1章 系統概述

1.1 SINAMICS驅動系統

1.1.1 SINAMICS產品概述

SINAMICS系列驅動器是西門子公司推出的新型驅動產品，它應用范圍很廣，適用于工業領域的機械和設備制造。SINAMICS系列驅動產品提供的解決方案可以應對下列驅動應用：

● 流程工業中泵和風機等的基本應用。

● 離心機、擠出機、升降機、傳送帶和運輸等設備中的單軸驅動應用。

● 紡織機械、塑料機械和造紙機械以及軋鋼等設備中的多軸驅動系統應用。

● 機床、包裝機械和印刷機械等的高動態伺服驅動系統應用。

SINAMICS系列驅動產品主要分為V系列、G系列、S系列以及DCM系列，如圖1-1所示。

SINAMICS V系列是基礎性能的驅動產品，它的特點是易于安裝、易于使用，并且投入成本與運行成本都較低，操作簡便，應用環境簡單。

SINAMICS G系列是標準性能的驅動產品，它的特點是能夠拖動感應電動機實現各種標準應用，這些應用對電動機的轉速的動態性能要求不太高，應用環境較復雜。

SINAMICS S系列是高性能的驅動產品，它的特點是能夠拖動感應電動機和同步電動機完成難度系數更高的應用，這些應用有著高動態性能和高精度要求，應用環境最為復雜。

SINAMICS DCM（6RA80）是新一代的直流調速器，是一款既可用于基本應用、也可用于要求苛刻的直流應用的調速器系統。它不但保留了上一代SIMOREG DC MASTER的優點，而且將許多以交流技術而知名的SINAMICS工具和組件用在了直流技術中，與以往產品相比更具有通用性和可擴展性。

1.1.2 SINAMICS產品與全集成自動化（TIA）

SINAMICS系列驅動產品是西門子公司“全集成自動化（TIA）”的核心組成部分。SINAMICS產品在組態、數據管理以及與上層自動化系統通信等方面的集成性，可確保其與SIMATIC、SIMOTION和SINUMERIK控制系統組合使用時成本低廉，SINAMICS產品在自動化系統中的集成如圖1-2所示。

1.1.3 SINAMICS S120驅動系統簡介

SINAMICS S120產品分類如圖1-3所示。

SINAMICS S120是一種帶有V/f控制、矢量控制和伺服控制功能的模塊化傳動系統，可用于實現單機或多機變頻調速的傳動應用，也可用于實現單軸或多軸的運動控制。

SINAMICS S120還可對所有的傳動軸進行轉速和轉矩控制，并執行其他智能驅動功能。

圖1-4所示為SINAMICS S120系統組成示意圖。

SINAMICS S120可以使用STARTER、SCOUT軟件進行調試，其中SCOUT軟件還可用來調試SIMOTION，而STARTER軟件相當于SCOUT軟件的一部分，STARTER軟件不能用來調試SIMOTION。現在也可以使用V15及以上版本的博途軟件對SINAMICS S120進行調試，但本書涉及的調試以STARTER軟件為主。

SINAMICS S120的上位控制器可以是SIMOTION P、SIMOTION C、SIMATIC HMI、數控系統以及P LC等。

SINAMICS S120的通信方式可以是PROFIBUS-DP或PROFINET（這里可以統稱為PROFIdrive）。

SINAMICS S120產品功率范圍覆蓋0.12～4500kW，可實現幾乎所有控制要求苛刻的驅動應用。

SINAMICS S120可以用于驅動西門子整個低壓電動機系列的傳動產品，也可以用于驅動第三方的電動機。

SINAMICS S120變頻調速柜組配備的專業機柜組非常適合安裝于各個生產環節，其總功率可達4500kW。通過標準化的接口，可快速地將這些變頻調速裝置隨意連接，組成應對多電動機復雜驅動的各種解決方案。

1.1.4 SINAMICS S120驅動系統的特點

1. 模塊化系統，適用于要求苛刻的驅動任務

SINAMICS S120可以勝任各個工業應用領域中要求苛刻的驅動任務，并因此設計為模塊化的系統組件。大量部件和功能相互之間具有協調性，用戶因此可以進行組合使用，以構成最佳方案。可以使用組態工具SIZER進行選型和驅動配置的優化計算。

豐富的電動機型號使SINAMICS S120的功能更加強大。不管是扭矩電動機、同步電動機、異步電動機或直線電動機，都可以獲得SINAMICS S120的最佳支持。

2. 配有中央控制單元的系統架構

在SINAMICS S120上，驅動器的智能控制、閉環控制都在控制單元中實現，它不僅負責矢量控制、伺服控制，還負責V/f控制。另外，控制單元還負責所有驅動軸的轉速控制、轉矩控制，以及驅動器的其他智能功能。各驅動軸的互聯可在一個控制單元內實現，并且只需在STARTER調試軟件中進行組態即可。

3. 多種功能提升運行效率

1）基本功能：轉速和轉矩控制、伺服定位功能。

2）智能啟動功能：電源中斷后自動重啟。

3）BICO互聯技術：可以根據功能的需要，靈活地重組連接驅動器的各種參數。

4）安全集成功能：低成本實現安全標準。

5）可控的整流和回饋：避免在進線側產生噪聲、控制電動機制動時產生的再生回饋能量，提高進線電壓波動時的適用性。

4. SINAMICS S120部件之間的數字式接口DRIVE-CLiQ

DRIVE-CLiQ通用串行接口用于連接SINAMICS S120的主要組件，包含電動機和編碼器。統一的電纜和連接器規格，可減少零件的種類和倉儲成本。對于其他廠商的電動機，可使用轉換模塊將常規編碼器信號轉換成DRIVE-CLiQ。DRIVE-CLiQ電纜建議使用官方專用電纜，不推薦自行制作。

5. 所有組件都具有電子銘牌

每個組件都有一個電子銘牌，在進行SINAMICS S120驅動系統的組態時會起到非常重要的作用。它使得驅動系統的組件可以通過DRIVE-CLiQ電纜被自動識別。因此，在進行系統調試或系統組件更換時，就可以省掉數據的手動輸入，使調試與維護變得更加安全、便捷。

該電子銘牌包含了相應組件的全部重要技術數據，例如：等效電路的參數和電動機集成編碼器的參數。

除了技術數據之外，在電子銘牌中還包含物流數據，如訂貨號和識別碼。由于這些數據既可以在現場獲取，也能夠通過遠程診斷獲取，所以在機器內使用的組件可以隨時被精確檢測，使得維護工作得到了簡化。

1.1.5 SINAMICS S120驅動系統的應用

SINAMICS S120驅動系統可廣泛應用于各種需要調速或需要進行位置控制的場合。

SINAMICS S120 AC/AC單軸驅動系統，如控制單元CU310-2DP+功率模塊PM340+編碼器模塊SMC20的架構，可應用于轉爐煉鋼工藝中的轉爐傾動及氧槍升降的控制，使得轉爐控制更加快速、平穩、可靠；也可應用于電梯中永磁同步電動機的驅動控制，使產品性能和電梯乘坐舒適度滿足客戶要求，同時，DCC編程和BICO互聯功能的加入也大大提高了系統功能的靈活性和可擴展性。

SINAMICS S120 DC/AC多軸驅動系統，如智能型電源模塊（SLM）+電動機模塊^[1]的架構，可應用于高爐煉鐵工藝中高爐上料主卷揚機的控制，使得主卷揚機能夠頻繁起動、制動、停車、反向，調速范圍廣，運行快速平穩，系統工作可靠；也可應用于熱軋生產過程中的橫切機組控制，電動機模塊均配置編碼器模塊SMC30，大大減少了柜體的數量，通過控制單元CU320通信減少了DP從站的數量，從而減少了故障率；還可應用于熱軋生產過程中的鋼卷托盤運輸控制，采用矢量控制，模塊之間通過DRIVE-CLiQ電纜連接，使得控制系統的控制方式更靈活、投資更少、維護更容易。

SINAMICS S120集成了基本定位功能，可使設備通過內部預先編寫好的程序步或外部控制系統來實現復雜的定位。SINAMICS S120支持動態伺服控制功能（DSC），其位置環在驅動器中（速度值由驅動器而不是上級控制器生成），使得位置控制的快速性和穩定性更好。

SINAMICS S120還集成了安全功能，可實現安全扭矩關斷、安全抱閘、安全停止、安全操作停止、安全方向監控、安全速度監控及安全限位等功能。

除此之外，SINAMICS S120的主動型電源模塊（ALM）還可以作為光伏并網的逆變裝置應用于光伏行業等。由于篇幅所限，本小節僅列出SINAMICS S120的部分應用，敬請諒解。