1.2　　西門子V20與G系列變頻器

1.2.1　西門子V20變頻器概述

SINAMICS V20變頻器（以下簡稱V20變頻器）允許并排安裝，無論是采用穿墻式安裝還是壁掛式安裝。在控制上采用 USS 和 Modbus RTU 通信端子，同時7.5～15kW的變頻器集成內置制動單元。在使用上，無需連接主電源即可實現參數載入，同時內置應用宏與連接宏，并且以異常不停機模式可以實現無間斷運行。該變頻器具有較寬的電壓范圍、先進的冷卻設計以及涂層 PCB板，大大提升了變頻器的穩定性。圖1-16為V20變頻器的外觀。

1.2.2　西門子V20變頻器的主電路與控制電路

西門子V20變頻器提供了進線為230V或400V兩種電壓等級，具體主電路接線如圖1-17所示。而對于不同的功率段，規格FSA～FSC即0.37～5.5kW需要選配制動單元后才能接制動電阻，而規格FSD即7.5～15kW則內置制動單元，直接可以連接制動電阻。

圖1-18為V20變頻器的控制電路，其中數字量輸入可以采用PNP或NPN方式，共4組；數字量輸出有一個晶體管輸出DO1和一個繼電器輸出DO2；模擬量輸入共2組，即AI1和AI2；模擬量輸出1組為AO1；同時提供RS485接口一對。

1.2.3　西門子V20變頻器的BOP面板

西門子V20變頻器內置有BOP面板，其外觀與功能鍵如圖1-19所示。

（1）按鈕介紹

以下是各個按鈕的功能介紹：

① 停止按鈕：單擊該停止按鈕，變頻器為OFF1 停車方式，即負載電機按參數P1121 中設置的斜坡下降時間減速停車。如果雙擊（<2s）或長按（>2s）該停止按鈕，變頻器為OFF2 停車方式，即負載電機不采用任何斜坡下降時間而是按慣性自由停車。

② 運行按鈕：若變頻器在“手動”/“點動”運行模式下啟動，則顯示變頻器運行圖標；若當前變頻器處于外部端子控制（P0700=2，P1000=2）并處于“自動”運行模式，該按鈕無效。

③ 功能按鈕：短按（<2s）該按鈕，則進入參數設置菜單或轉至下一顯示畫面，或就當前選項重新開始按位編輯，如在按位編輯模式下連按兩次即返回編輯前畫面。長按（>2s）該按鈕，則返回狀態顯示畫面或者進入設置菜單。

④ OK按鈕：短按（<2s）該按鈕，在狀態顯示數值間切換，進入數值編輯模式或換至下一位，也表示清除故障。長按（>2s）該按鈕，表示快速編輯參數號或參數值。

⑤ 向上按鈕：當瀏覽菜單時，按下該按鈕即向上選擇當前菜單下可用的顯示畫面；當編輯參數值時，按下該按鈕增大數值；當變頻器處于“運行”模式時，按下該按鈕增大速度；長按（> 2 s）該按鈕快速向上滾動參數號、參數下標或參數值。

⑥ 向下按鈕：跟向上按鈕的功能剛好相反。當瀏覽菜單時，按下該按鈕即向下選擇當前菜單下可用的顯示畫面；當編輯參數值時，按下該按鈕減小數值；當變頻器處于“運行”模式時，按下該按鈕減小速度；長按（>2s）該按鈕快速向下滾動參數號、參數下標或參數值。

⑦ 組合按鈕+：表示手動、點動、自動三者之間的切換，如圖1-20所示。

⑧ 組合按鈕+：表示使電機反轉。 按下該組合鍵一次啟動電機反轉，再次按下該組合鍵撤銷電機反轉。變頻器上顯示反轉圖標（ ）表明輸出速度與設定值相反。

（2）狀態圖標

V20變頻器狀態圖標主要有五種，具體如下：

① 狀態圖標：說明變頻器存在至少一個未處理故障。

② 狀態圖標：說明變頻器存在至少一個未處理報警。

③ 狀態圖標：該圖標一直點亮，表示變頻器在運行中（電機轉速可能為0r/min）；如果該圖標閃爍，表示變頻器可能被意外通電（例如霜凍保護模式時）。

④ 狀態圖標：表示電機反轉。

⑤ 狀態圖標：該圖標一直點亮，表示變頻器處于“手動”模式；如果該圖標閃爍，表示變頻器處于“點動”模式。

1.2.4　西門子V20變頻器的參數調試

（1）西門子變頻器的參數

西門子各種系列變頻器的參數大致類似，參數分為P參數（可以寫入和顯示的參數）和r參數（只讀的參數）兩種。參數的訪問級別可以在P0003中進行選擇，如表1-3所示。

按照參數功能的不同，參數被細分為不同的參數組，這樣會使參數更加明確，可以更快捷有效地找到所要找的參數。參數 P0004 就是用來對操作面板上所顯示的特定參數組進行控制的。

（2）V20變頻器的菜單結構

西門子V20變頻器主要有四種菜單結構，分別為：

① 50/60Hz 頻率選擇菜單：此菜單僅在變頻器首次通電時或者工廠復位后可見；

② 顯示菜單（默認顯示）：顯示諸如頻率、電壓、電流、直流母線電壓等重要參數的基本監控畫面；

③ 設置菜單：通過此菜單訪問用于快速調試變頻器系統的參數；

④ 參數菜單：通過此菜單訪問所有可用的變頻器參數。

以上四種菜單關聯圖如圖1-21所示。

（3）50/60Hz 頻率選擇菜單

50/60Hz頻率選擇菜單僅在變頻器首次開機時或工廠復位后（P0970）可見。用戶可以通過BOP 選擇頻率或者不做選擇直接退出該菜單。在此情況下，該菜單只有在變頻器進行工廠復位后才會再次顯示。用戶也可以通過設置P0100 的值選擇電機額定頻率，如表1-4所示。

圖1-22為“50/60Hz 頻率選擇菜單”的操作步驟。

（4）設置菜單

設置菜單將會引導用戶執行快速調試變頻器系統所需的主要步驟，該菜單由以下四個子菜單組成：

① 電機數據，設置用于快速調試的電機額定參數；

② 連接宏選擇，選擇所需要的宏進行標準接線；

③ 應用宏選擇，選擇所需要的宏用于特定應用場景；

④ 常用參數選擇，設置必要的參數以實現變頻器性能優化。

圖1-23為“設置菜單”的操作步驟。

在電機數據中，如常見的P0304[0]為電機額定電壓（V）、P0305[0]為電機額定電流（A）、P0307[0]為電機額定功率（kW或hp）、P0308[0]為電機額定功率因數（cosΦ）、P0309[0]為電機額定效率（%）、P0310[0]為電機額定頻率（Hz）、P0311[0]為電機額定轉速（r/min）、P1900為選擇電機數據識別等，具體可以參考《西門子變頻器V20操作手冊》。

連接宏是西門子V20變頻器一個非常有特色的功能，它為變頻器工程的典型應用提供了快速接線和參數設置的可能性，表1-5為參數P0717的具體連接宏數值。當調試變頻器時，連接宏設置為一次性設置。 在更改上次的連接宏設置前，務必執行以下操作：先對變頻器進行工廠復位（P0010=30，P0970=1），然后重新進行快速調試操作并更改連接宏。如未執行上述操作，變頻器可能會同時接受更改前后所選宏對應的參數設置，從而可能導致變頻器非正常運行。

在電機數據、連接宏之后，便是應用宏選擇。西門子V20變頻器的每個應用宏均針對某個特定的應用提供一組相應的參數設置。在選擇了一個應用宏后，變頻器會自動應用該宏的設置從而簡化調試過程。參數P0507的應用宏參數缺省值為“AP000”（表1-6），即應用宏0。如果用戶的應用不在下列定義的應用之列，請選擇與用戶的應用最為接近的應用宏，并根據需要做進一步的參數更改。

最后一步，就是設置常用參數。這些常用參數有P1080[0]最小電機頻率、P1082[0]最大電機頻率、P1120[0]斜坡上升時間、P1121[0]斜坡下降時間、P1058[0]正向點動頻率、P1060[0]點動斜坡上升時間、P1001[0]固定頻率設定值1、P1002[0]固定頻率設定值2、P1003[0]固定頻率設定值3等。

1.2.5　西門子G系列變頻器概述

在工業應用中，西門子SINAMICS G 系列變頻器（以下簡稱G系列變頻器）展示了非凡的技術功能性，其功率范圍為 0.12～2700kW，它有G120、G130、G150等分系列產品。

（1）G120變頻器

西門子G120變頻器是一種包含各種功能單元的模塊化變頻器系統，主要有控制單元（CU）和電源模塊（PM），如圖1-24所示。其中CU 在多種可以選擇的操作模式下對 PM 和連接的電機進行控制和監視。通過控制單元，可與本地控制器以及監視設備進行通信。電源模塊的功率范圍為 0.37～250kW。G120變頻器可在汽車、紡織、印刷、化工等領域以及一般高級應用（如輸送應用）中使用。

（2）G130變頻器

G130變頻器提供了高性能大功率單電機驅動的通用解決方案，其功率涵蓋75～800kW，其硬件構成與G120變頻器相同。可以應用在各種風機、泵類和壓縮機、帶式輸送機、粉碎機、攪拌機、回轉爐、擠壓機等重載設備中。

（3）G150變頻器

G150變頻器為高性能單機驅動變頻柜，功率涵蓋75～2700kW，特別適用于針對恒轉矩負載、平方轉矩負載、高性能要求但無需再生反饋的傳動應用場合。

1.2.6　西門子G120變頻器的安裝與調試

（1）G120變頻器的安裝與接線

G120變頻器的控制單元與功率模塊是分開的，可以按照圖1-25進行拆卸與安裝。

如圖1-26所示，在G120變頻器中，所有型號的 CU240 控制單元的接線端子接好線后，仍可以將端子塊分別從變頻器接線母板上拆下來。這樣，在熱插拔的方式下進行同型號的控制單元的更換時，就可以不需要再重新接線。

圖1-27是基于工廠設定的 CU240S 控制單元接線，具體接線說明如下：

① 運行停止命令：可以由數字輸入 0和5 號端子給出。

② 頻率設定值：所需的頻率設定值可以通過在 3和 4 號端子的模擬量輸入端連接一個電位器來完成。

③ 反轉：反轉可以通過數字輸入1和6號端子來實現。

④ 故障確認（Ack）：變頻器的故障確認可以由數字量輸入 2 和 7 號端子來完成。這樣就可以將故障信號復位。

⑤ 輸出頻率：實際的輸出頻率可以通過 12 和 13 號端子的模擬量輸出進行顯示。

⑥ 故障：通過繼電器輸出 1（RL1）的 19 和 20 號端子可以指示故障狀態。例如接一個小燈泡，當它點亮時則表示有故障發生。

⑦ 報警：通過繼電器輸出 2（RL2）的 21 和 22 號端子可以指示報警狀態。例如接一個小燈泡，當它點亮時則表示有報警發生。

G120變頻器能通過接線端子實現頻率的主輔設定，以電壓輸入為例（圖1-28），AI0 和 AI1為電壓信號輸入，這種接線方式通過在模擬量輸入 AI0 和 AI1上加裝電位器，達到使頻率的設定由一個主設定值和一個附加設定組合的目的。另外把 DIP 開關 1和 2 設置到 OFF 位置。

（2）G120變頻器的參數設置

G120變頻器參數數量比較多，可以在P0004中進行相應設置，如表1-7所示。

圖1-29為G120變頻器的OP，即操作面板，其上的按鈕含義與V20變頻器基本一致，其中按鈕與V20變頻器的功能按鈕一致、按鈕與V20變頻器的功能按鈕一致。

（3）G120變頻器的快速調試

G120變頻器提供了快速調試，即P0010=1，以下是快速調試的基本流程。

① P0100 歐洲、北美輸入電機頻率。

0：歐洲（kW），電源頻率 50Hz；1：北美（hp），電源頻率60Hz；2：北美（kW），電源頻率60Hz。

② P0205變頻器的應用（輸入負載的類型）。

0：重載（例如壓縮機、過程機械等）；1：輕載（例如水泵和風機等）。

③ P0300選擇電機類型。

1：異步電機；2：同步電機（說明：僅可采用 V/f 控制即P1300 < 20）。

④ 電機銘牌參數（與V20變頻器大致相同）。

P0304 額定的電機電壓、P0305額定的電機電流、P0307 額定的電機功率、P0308額定的電機功率因數、P0309額定的電機效率、P0310額定的電機頻率、P0311額定的電機轉速、P0314電機的極對數。

⑤ 電機其他參數。

P0320電機的磁化電流、P0335電機的冷卻方式、P0400選擇編碼器類型、P0408編碼器每轉的脈沖數、P0500選擇技術要求上的應用場合（重載為0，輕載為1）、P0610電機 I²t 過溫的響應、P0625電機環境溫度、P0640電機的過載因子。

⑥ P0700命令源的選擇。

0：工廠默認設置；1：OP（操作面板）；2：接線端子（CUS240S 默認為此設置）；4：RS232口上的USS；5：RS485口上的USS；6：現場總線（CUS240S DP 和 CUS240S DP-F 默認為此設置）。

⑦ P0727 確定由端子控制時所采用的信號類型，即2/3線制的選擇。

⑧ P1000 設定值來源的選擇。

0：無主設定值；1：MOP 設定值；2：模擬量設定值（CUS240S 默認為此設置）；3：固定頻率；4：RS232 口上的 USS；5：RS485 口上的 USS；6：現場總線（CUS240S DP 和 CUS240S DP-F 默認為此設置）；7：模擬量設定值 2。

⑨ 變頻器頻率曲線參數設置。

P1080最小頻率、P1082最大頻率、P1120上升斜坡時間、P1121下降斜坡時間、P1135 OFF3 下降斜坡時間。

⑩ P1300變頻器控制方式。

0：線性的 V/f 控制；1：基于 V/f 的 FCC 控制；2：拋物線的 V/f 控制；3：可編程的 V/f 控制；20：無傳感器的矢量控制；21：有傳感器的矢量控制；22：無傳感器的轉矩控制。

? P1500轉矩設定值選擇。

? P3900結束快速調試。

0：放棄快速調試（不進行電機參數計算）；1：進行電機參數計算并將在快速調試中未被修改的參數復位為出廠設置；2：進行電機參數計算并將 I/O 參數設置復位為出廠設置；3：只進行電機參數計算—其余參數不進行復位。

除了“快速調試”之外，還應該進行“電機參數識別”和在矢量控制方式（P1300= 20/21）下進行“速度控制優化”，這兩個過程需要運行（ON）命令進行電機參數識別。