西門子監(jiān)控設(shè)備代理商

工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域致力于為客戶提供高品質(zhì)的服務(wù)，追求客戶的滿意是我們始終如一的目標(biāo)。在中國，工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域擁有一支技術(shù)過硬、經(jīng)驗豐富的工程師隊伍，為客戶提供7x24小時全天候服務(wù)。專業(yè)的服務(wù)人員和遍布全國的服務(wù)及備件網(wǎng)絡(luò)將對客戶的服務(wù)需求迅速作出響應(yīng)，將由設(shè)備故障引起的損失降低到最小的程度。

ASi網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品做為西門子分布式傳感器層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，具有安裝簡易，維護(hù)方便，價格低廉等特點，同時，做為網(wǎng)絡(luò)通訊的一種，還為傳感器在現(xiàn)場的大規(guī)模應(yīng)用提供了快速，安全的信號傳輸方式。其最小安裝節(jié)點只有1個，因而能夠滿足現(xiàn)場絕大多數(shù)的工藝要求。同時，做為現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的一種，ASi網(wǎng)絡(luò)也提供了故障安全產(chǎn)品和協(xié)議（ASi Safe），還提供了能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)，使得故障安全產(chǎn)品還能應(yīng)用在Profibus或者ProfiNet網(wǎng)絡(luò)中。本文將介紹ASi網(wǎng)絡(luò)中如何實現(xiàn)ASi safe 以及在如何使用網(wǎng)關(guān)通過ASi網(wǎng)絡(luò)控制G120F 型變頻器的安全功能。

1 ASi網(wǎng)絡(luò)介紹
AS-interface(AS-i) 是執(zhí)行器（actuator）與傳感器（sensor）接口（interface）的簡稱。是工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)中最底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要用于連接現(xiàn)場的傳感器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)。
ASi總線連接電纜為黃色的扁平電纜，電源電纜為黑色的扁平電纜，由于ASi網(wǎng)絡(luò)即能傳輸電源又能傳輸信號，因而節(jié)省了大量的現(xiàn)場布線。同時，由于ASi連接方便，又節(jié)省了大量的人力成本以及維護(hù)成本，因而是現(xiàn)場總線應(yīng)用中非常經(jīng)濟(jì)實用的一種。

圖1 現(xiàn)場總線的“金字塔”模型

1．1 ASi 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
ASi具有多種組網(wǎng)方式，使用非常靈活，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢允切切?，總線型以及樹型。整個網(wǎng)絡(luò)可以從任何一個節(jié)點向外擴(kuò)展。例如（圖3、圖4、圖5）：

圖2 線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

圖3 星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

圖4 樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

其中線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詈唵?，所有的連接的從站節(jié)點均串聯(lián)在ASi總線上；星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，較廣泛分布的從站節(jié)點均連接到主站上，其中少量的節(jié)點還可以串聯(lián)在一起；而樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是星形網(wǎng)絡(luò)的一種拓展，所有的網(wǎng)絡(luò)分支均可連接到“根”節(jié)點。

1．2 ASI網(wǎng)絡(luò)連接
ASi網(wǎng)絡(luò)中至少應(yīng)包括主站，電源以及ASi從站，ASi網(wǎng)絡(luò)是一種單主站系統(tǒng)（圖5）。
一個AS-Interface網(wǎng)絡(luò)可以支持31個標(biāo)準(zhǔn)站或62個A/B站。其中標(biāo)準(zhǔn)站和A/B站可以結(jié)合在一起使用。網(wǎng)絡(luò)中最多可以使用4個沒有地址的站點： 例如safety monitors，ground fault monitoring module等。如果網(wǎng)絡(luò)中使用中繼器將網(wǎng)絡(luò)隔離成不同的網(wǎng)段，則每個網(wǎng)段最多可以有4個沒有地址的站點。但這些站點都需要占用標(biāo)準(zhǔn)從站的地址，即此時標(biāo)準(zhǔn)站的數(shù)目將相應(yīng)的減少。

圖5 ASi網(wǎng)絡(luò)

ASi網(wǎng)絡(luò)還可以做為一個子網(wǎng)，通過網(wǎng)關(guān)連接到上層的Profibus或者ProfiNet網(wǎng)絡(luò)中（圖6）。此時ASi主站既做ASi網(wǎng)絡(luò)的主站，同時又是上層網(wǎng)絡(luò)的從站。

圖6 ASi網(wǎng)絡(luò)連接到Profibus或者ProfiNet網(wǎng)絡(luò)

1．3 ASI網(wǎng)絡(luò)拓展
（1）在沒有額外中繼設(shè)備的情況下，每個ASi網(wǎng)段的通訊距離是100米。如果通過中繼器進(jìn)行拓展，則最多可以串聯(lián)2個中繼器，線型網(wǎng)絡(luò)距離達(dá)到300米。但每個網(wǎng)段都需要一個單獨的電源供電（圖7）。

圖7 每個網(wǎng)段100米西門子監(jiān)控設(shè)備代理商

（2）使用“Extension Plug（拓展插頭）”進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓展時，可將網(wǎng)絡(luò)距離加倍，增加到200米，但中間不能使用任何中繼設(shè)備（圖8）。

圖8 使用拓展插頭進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓展

（3）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中既有“Extension Plug（拓展插頭）”又有中繼器時，可以將中繼器加在“Extension Plug（拓展插頭）”的后面，但不能串聯(lián)，因而最多可將網(wǎng)絡(luò)拓展到600米（圖9）。

圖9 網(wǎng)絡(luò)中同時使用拓展插頭和中繼器

問題：
一臺電機帶兩個PTC溫度傳感器，一個是電機過溫故障檢測信號，一個是電機過溫報警檢測信號，這兩個信號的不同之處是溫度值門限值不同，報警的溫度門限值要比故障的溫度門限值低10度，如何將兩個溫度檢測信號都送給G150變頻器？如何設(shè)置參數(shù)？

答：

（1）G150變頻器可以檢測一個電機的二個溫度傳感器信號，第一個檢測點是G150的功率模塊上X41端子，X41端子3和4是用于檢測電機溫度的，如表1所示；第二個是端子模塊TM31上X522端子，X522的端子7和8也是用于檢測電機溫度的，如圖1所示。
表1 X41端子

圖1 TM31接線原理圖

（2）溫度檢測原理：G150功率模塊上的X41端子和TM31的X522端子對溫度傳感器的信號檢測原理相同，如圖2所示。下面以PTC溫度傳感器為例說明：如果選擇傳感器類型是PTC，則說明只檢測電機溫度的門限，不檢測電機實際溫度值。把實際檢測到的PTC阻值和1650歐姆做比較，如果PTC的實際阻值小于1650歐姆，則說明電機溫度在正常值范圍內(nèi)，沒有超過報警和故障門限值，G150不會出現(xiàn)任何故障和報警；如果PTC實際阻值高于1650歐姆，則G150馬上會報A07910報警，延時時間P0606到達(dá)后，G150馬上會出現(xiàn)F07011故障而停機。詳細(xì)情況請見G150參數(shù)手冊功能圖，功能圖圖號是8016。

圖2

（3）兩個PTC的接線方法：電機過溫故障檢測的PTC信號線連接到功率模塊X41端子的3和4，電機過溫報警檢測的PTC信號線連接到TM31上的X522端子的7和8。

推薦的調(diào)試方法

正確地輸入電機參數(shù)以及完成電機識別對于SLVC的正確工作極其重要，執(zhí)行的順序也很重要，因為快速調(diào)試生成初始電機模型，而電機識別則對這一模型進(jìn)行改進(jìn)。

實現(xiàn)過程如下：


1. 快速調(diào)試與初始電機模型

P0003 = 2 (訪問級別 2)

P0010 = 1 (快速調(diào)試)

P0300 及接下來的電機參數(shù)根據(jù)電機銘牌進(jìn)行設(shè)置。

P0700, P1000, P1080/P1082, P1120/P1121 選擇命令源，選擇設(shè)定值源，F(xiàn)min/Fmax, 斜坡時間等等。

P1300 = 20 無速度傳感器矢量控制

P1910 = 1 (A0541 將隨之出現(xiàn)> 參見2. 使用P1910進(jìn)行電機識別)

P3900 = 1
計算電機參數(shù)時，“busy” 將出現(xiàn)在 BOP面板上，持續(xù)時間約為1分鐘，在特大型變頻器上將持續(xù)更久。在此之后，A0541將在BOP面板上閃爍。
至此已完成快速調(diào)試并生成初始電機模型。


2. 使用P1910進(jìn)行電機識別

必須完成2項自動測量。

注意： 測量必須在冷機狀態(tài)下進(jìn)行。 還需確保在P0625中已正確輸入實際環(huán)境溫度（工廠設(shè)定為20°C），輸入環(huán)境溫度必須在完成快速調(diào)試（P3900）之后，執(zhí)行電機識別之前進(jìn)行。

P1910 = 1， 給一個運行命令：啟動電機參數(shù)測量。

A0541 將持續(xù)閃爍；通過向電機注入短脈沖電流，并伴隨“嗡嗡”聲，將完成多個測量。在其后計算內(nèi)部電機參數(shù)時，BOP面板上將出現(xiàn) “busy” 。

如果得到一個故障信息 F0041 （故障，電機參數(shù)識別）， 這意味著測量值與來自初始電機模型的預(yù)置值不匹配。在這種情況下，請檢查接線（特別需要注意星形/三角形連接）以及輸入的電機參數(shù)。如果這些都沒有問題，可嘗試運行變頻器，空載，V/f控制（P1300=0），設(shè)定頻率為電機額定頻率的80％。檢查輸出電流（r0027）的值，并將此值作為電機勵磁電流輸入到參數(shù)P0320中（按照電機額定電流P0305的百分比設(shè)定），重新計算電機參數(shù) （ P0304=1）。

執(zhí)行電機飽和曲線識別（P1910=3）可提高控制性能：這應(yīng)該在電機參數(shù)測量（1910 = 1）之后進(jìn)行。
P1910一旦被設(shè)為3， A0541 將重新出現(xiàn)。給出運行命令，執(zhí)行過程同上。

至此，變頻器可工作于SLVC控制模式下，但我們推薦進(jìn)一步優(yōu)化以獲得最佳調(diào)節(jié)性能。



3. 使用P1960進(jìn)行速度控制優(yōu)化

當(dāng)使能速度控制器優(yōu)化（P1960 = 1），將激活A(yù)0542報警。接下來啟動變頻器即可完成優(yōu)化測試。
變頻器將按照斜坡上升時間P1120將電機加速到額定頻率（P0310）的20％，然后在轉(zhuǎn)矩控制模式下進(jìn)一步加速至50％，最后再按照斜坡下降時間P1121減速至20％。
此過程將反復(fù)多次，并獲取時間平均值。
優(yōu)化完成之后，P1960自動復(fù)位為0。

注意：
由于這種測試的特點，即在轉(zhuǎn)矩控制模式下從20％額定頻率加速至50％額定頻率，因此速度控制器優(yōu)化對某些應(yīng)用并不適合。


4. 手動速度控制優(yōu)化

a. 電機模型

SLVC 需要精確的電機模型，r1787 (Output of Xm adaptation)可作為一個衡量標(biāo)準(zhǔn)，此值應(yīng)在 +/- 15%范圍內(nèi)，如果超出此范圍，就需要對電機模型進(jìn)行改進(jìn)。

通過檢測勵磁電流可對電機模型進(jìn)行改進(jìn)，正確的流程可參考文檔ID: 22078991 “Application Description: Measuring the Magnetising Current” ，或者使用前面描述的方法。如果不能執(zhí)行此檢測（例如電機不能同負(fù)載脫離) ，那么您可以對勵磁電流進(jìn)行試設(shè)定（設(shè)置P0320并重新計算電機模型P0340=1）直至r1787位于可接受的范圍內(nèi)。

注意：一旦確定某臺電機正確的勵磁電流值，此值或多或少也適用于同種類型的其他電機， 因此不需要對每臺電機都執(zhí)行這些測試，只需適當(dāng)設(shè)置P0320即可。


b. 性能

電機識別為無速度傳感器矢量控制設(shè)置初始參數(shù)，使電機可工作至50 Hz。為了獲得更好的矢量控制性能，有必要根據(jù)電機/負(fù)載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對矢量控制回路進(jìn)行優(yōu)化。

用戶可通過修改下列參數(shù)來提高控制性能。可用一臺示波器來測量每次修改的效果，以便獲得最好的結(jié)果。

P0003 = 3
P0342：驅(qū)動裝置總慣量/ 電機慣量的比值， 與 P1496 （加速度預(yù)控的標(biāo)定）結(jié)合使用
P1470： SLVC 速度控制器比例增益
P1472： SLVC 速度控制器積分時間常數(shù)
P1520/P1521：轉(zhuǎn)矩限值
P1610：SLVC 連續(xù)轉(zhuǎn)矩提升
P1750： 電機模型的控制字

參考MICROMASTER 440 或 SINAMICS G120參數(shù)手冊中的功能圖 7000, 7200, 7500, 7800 以及 7900。

P0342 - 驅(qū)動裝置總慣量/ 電機慣量的比值- 如果知道此值或可對此值進(jìn)行估測，則應(yīng)該正確設(shè)置此參數(shù)。此參數(shù)與P1496結(jié)合產(chǎn)生一附加轉(zhuǎn)矩以克服負(fù)載的慣量。為了獲得最好的效果，可設(shè)置P1496 = 100% ，然后將P0342 依次設(shè)置為1, 3, 6 等等。您可以發(fā)現(xiàn)隨著數(shù)值的增大，控制性能會變好，直至一個更大的值引起系統(tǒng)不穩(wěn)定為止。 通常轉(zhuǎn)速預(yù)控只適用于下述系統(tǒng)：需要一個脈沖轉(zhuǎn)矩來啟動慣性負(fù)載，但接下來便不再需要。

P： P1470 - 速度控制器比例增益(SLVC) 和 I：P1472 - 速度控制器積分時間常數(shù) (SLVC) – 這些值通常被初始設(shè)置成滿足絕大部分應(yīng)用。優(yōu)化設(shè)置取決于機械系統(tǒng)。 通過增加P項、降低I項可獲得良好的控制效果。理想的檢測方法是用一臺示波器通過變頻器的模擬量輸出端口來監(jiān)視變頻器未經(jīng)濾波的輸出頻率（P0771[0]=66）。監(jiān)視變頻器的輸出電流也同樣有用， 使用電流鉗，或第二個模擬量輸出端口（P0771[1] = 27）。

下面一些示例用于表明P1470 和 P1472如何影響加速過程中產(chǎn)生的振蕩。 通道(A) 是用電流鉗檢測到的電機電流，通道 (B) 為未經(jīng)濾波的變頻器輸出頻率 (r0066)
 

P1470 = 12; P1472 = 80 ms

P1470 = 6; P1472 = 25 ms

P1511 - 附加轉(zhuǎn)矩設(shè)定。
對于需要瞬間大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用特別有用（例如：起重機驅(qū)動）。通過下列方法可將之與一固定值互聯(lián)： P1511 = 2890 、 P2890 = xx% (例如 40%).

P1520 - 上轉(zhuǎn)矩限幅和 P1521 - 下轉(zhuǎn)矩限幅
降低這些值可以減少不穩(wěn)定， 而增加這些值則可以獲得更好的動態(tài)性能。

P1610 - 用于SLVC 開環(huán)控制的連續(xù)轉(zhuǎn)矩提升
設(shè)置SLVC低速范圍內(nèi)的連續(xù)轉(zhuǎn)矩提升，按照電機額定轉(zhuǎn)矩的[%]設(shè)定。
默認(rèn)設(shè)置為50% ，增加此值即可增加低速轉(zhuǎn)矩。

P1750 - 電機模型的控制字
這一參數(shù)確定在很低頻率時無速度傳感器矢量控制(SLVC) 的工作情況。
假如設(shè)定頻率大于5 Hz，P1750.0 = 0 允許啟動時就使用觀測器模型。 P1750.1 = 0 允許跨越零點時使用觀測器模型。通常使用觀測器模型可獲得更好的控制性能，并避免在5 Hz 時開環(huán)控制與無速度傳感器矢量控制的切換。

P1755 - 矢量控制轉(zhuǎn)換頻率
切換至矢量控制的起始頻率。默認(rèn)值為5 Hz，即在-5 Hz 至 +5 Hz 范圍內(nèi)，變頻器工作于V/f 控制模式（P1300=1）。對于大電機，此值可降低到默認(rèn)值以下，以便在默認(rèn)的5 Hz以下，提供完全的矢量控制。但是此值不應(yīng)小于2倍的電機額定轉(zhuǎn)差頻率，因為較小的電機電流很難保證電機模型的準(zhǔn)確性。

請注意，您的需求決定了優(yōu)化的性能（例如，取決于您需要非常好的速度保持性能還是低速時的大扭矩，優(yōu)化的結(jié)果可能不同），應(yīng)對相關(guān)量進(jìn)行檢測。

請不要忘記執(zhí)行從Ram到Rom的數(shù)據(jù)傳輸（P971 = 1），以便永久保存參數(shù)。

離開現(xiàn)場之前，應(yīng)使用不同的負(fù)載，甚至在最壞的情況下檢測您的設(shè)置。 
進(jìn)行突加負(fù)載和脫開負(fù)載測試， 如果現(xiàn)場情況不允許, 首先將電機加速到某一速度，然后將斜坡時間 P1120/P1121 設(shè)為0, 再疊加一定的階躍頻率給定 (可使用數(shù)字量輸入端子疊加固定頻率)。


獲得的優(yōu)化值對具有相同機械和電氣結(jié)構(gòu)的裝置同樣有效，但我們推薦首先執(zhí)行電機識別（P1910 = 1 & 3），再輸入P1470等值，之后不再需要全面優(yōu)化。

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