S120硬件结构及工作原理分析
西门子S120驱动系统介绍
电机模块连接图
DHI·DCW
X9：1：P24V 2：M X41：1：EP M1 2：EP +24V X41为装机装柜型, 在书本型中为X21。 X21: 3: EP +24V 4: EP M1
1.4 控制单元CU320
DHI·DCW
控制单元CU320：整个驱动系统的控制部分
4个DRIVE-CLIQ口: X100～X103 数字输入/输出通道: X122,X132 24V电源:X124
2.2.2 Starter调试软件的其他功能
DHI·DCW
• 1) 使用控制面板(Control panel)进行电机辩识，控制电机转向以及 转速； • 2）对CU320的输入/输出点进行设置； • 3）通过参数表直接修改参数功能； • 4）根据导航Drive Navigator来对控制链路的各个环节进行设定以及 监控； • 5）数据记录 (Trace)功能对驱动器以及电机的各种状态参数进行记 录，方便故障诊断以及性能判断； • 6）操作面板（BOP）。
DRIVE-CLIQ连接
DHI·DCW
一般接线规则： • 在CU320上，一根DRIVE-CLiQ 最多只能连接16个接点 • 一排最多连接8个接点 • 不能有环型连接 • 接点之间不能重复连接 推荐接线：
X400－X402: 为装机装柜型电机模块的 端子； X200－X203: 为书本型电机模块的端子
1）控制面板(Control panel)
DHI·DCW
如果采用ALM、BLM或者是16 kW以上(包含16kW)的SLM模块，在使 能驱动之前，要先激活整流单元infeed模块。 1、P340=1（电机模型计算）。 2、电机辩识：a）将参数P1910=1（静态辩识）；P1960=2/4（动态辩 识）；b）接受控制权，使能Enable，按启动按钮。 优化完成后必须执行copy RAM to ROM。 3、操作电机运行：a）接受控制权,使能Enable；b)输入电机转速（为反向）；c）启动。(0%～200%n可调)
S120系统各部分介绍
西门子Sinamics S120 是西门子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制系统，它不仅能控制普通的三相异步电动机，还能控制同步电机、扭矩电机及直线电机。
其强大的定位功能将实现进给轴的绝对、相对定位。
共直流母线的DC/AC 逆变器通常又称为西门子Sinamics S120 多轴驱动器，其结构形式为电源模块和电机模块分开，一个电源模块将3 相交流电整流成540V 或600V 的直流电，将电机模块(一个或多个)都连接到该直流母线上，特别适用于多轴控制，尤其是造纸、包装、纺织、印刷、钢铁等行业。
优点是各电机轴之间的能量共享，接线方便、简单。
1、控制单元：CU320（6SL3040-0MA00-0AA0，6SL3040-0MA00-0AA1），CU320-2 DP(6SL3040-1MA00-0AA0)，它是驱动系统的大脑，负责控制和协调整个驱动系统中的所有模块，完成各轴的电流环、速度环甚至位置环的控制，并且同一块CU320 控制的各轴之间能相互交换数据，即任意一根轴能够读取控制单元上其它轴的数据，这一特征广泛被用作多轴之间的简单的速度同步。
2、电源模块电源模块就是我们常说的整流或整流/回馈单元，它是将三相交流电整流成直流电，供给各电机模块(又常称逆变器)，有回馈功能的模块还能够将直流电回馈给电网。
根据是否有回馈功能及回馈的方式，将电源模块分成下列三种：基本型电源模块(BLM: Basic Line Modules)：整流单元，但无回馈功能。
靠接制动单元和制动电阻才能实现快速制动。
型号有：6SL3330-1TE34-2AA0，6SL3330-1TE35-3AA0，6SL3330-1TH33-0AA0，6SL3130-1TE22-0AA0，6SL3136-1TE22-0AA0，6SL3130-1TE24-0AA0，6SL3136-1TE24-0AA0，6SL3130-1TE31-0AA0，6SL3136-1TE31-0AA0。
S120硬件结构及工作原理分析
S120硬件结构及工作原理分析变频器分类（1）根据变流环节不同分为：1. 交-直-交变频器先将频率固定的交流电“整流”成直流电，再把直流电“逆变”成频率任意可调的三相交流电。
2. 交-交变频器把频率固定的交流电直接转换成频率任意可调的交流电。
（2）变频器按其供电电压分为：低压变频器( 110V 220V 380V ) 、中压变频器( 500V660V 1140V ) 和高压变频器( 3KV 3.3KV 6KV 6.6KV 10KV )。
（3）根据直流电路的储能环节（滤波方式）分为：1. 电压型变频器其储能元件为电容器。
中、小容量变频器以电压型变频器为主。
2. 电流型变频器其储能元件为电感线圈（4）变频器按其功能分为：恒转矩（恒功率）通用型变频器、平方转矩风机水泵节能型变频器、简易型变频器、迷你型变频调速器、通用型变频器、纺织专用型变频器、高频电主轴变频器、电梯专用变频器、直流输入型矿山电力机车用变频器、防爆变频器等。
最常用的为交直交电压型变频器变频器的工作原理变频器硬件组成电源模块，电机模块，控制单元－CU320，（采样部分，驱动部分）外围设备（制动单元，接口模块-通讯板，编码器）S120配置示意图控制单元CU320接口图CU320接线图通讯板实物图电机模块的接线图电机轴上安装的编码器转换模块编码器接口模块实物图SMC 30 的接线图及各管脚含义变频器工作原理系统通过以键盘智能控制芯片HD7279A为核心的键盘输入系统运行所需参数(频率也可以通过模拟给定)，再通过DSP实时计算出脉宽，最终将PWM信号通过外围驱动电路，转化成能驱动功率模块IPM的信号，控制逆变器的输出。
同时DSP通过采样电路对系统实时采样，一方面监控系统工作状态，供LED显示，另一方面还实时检测系统故障，以便能及时地加以保护并诊断故障原因。
变频器的结构原理图逆变电路原理图硬件电路的结构本文研究开发的通用变频器采用交一直一交电压源型主电路结构形式，控制芯片是以TI公司的MS320LF2407ADSP为控制核心，硬件电路分为:主电路部分、控制电路部分、采样检测及保护电路部分。
2024版S120学习教程第一部分产品介绍
01S120是一款高性能变频器，主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度和转矩。
02S120具有多种控制模式，包括速度控制、转矩控制、位置控制等，可满足不同应用场景的需求。
03S120还具备丰富的保护功能，如过流、过压、欠压、过热等，确保电机及变频器本身的安全运行。
S120定义及功能高性能S120采用先进的矢量控制技术，实现高精度、高动态响应的速度和转矩控制。
易用性S120提供简洁直观的操作界面和丰富的调试工具，方便用户进行参数设置和故障诊断。
可靠性S120采用高品质元器件和严格的生产工艺，确保产品的高可靠性和长寿命。
灵活性S120支持多种通讯协议和扩展模块，可与其他自动化设备实现无缝集成。
产品特点及优势01适用范围02应用场景S120适用于各种需要三相交流异步电机驱动的应用场合，如机床、风机、泵、压缩机、传送带等。
S120可广泛应用于工业自动化、能源、交通、建筑等领域，如自动化生产线、风力发电、电动汽车、电梯等。
适用范围和应用场景电机控制模块对电机进行精确控制，实现电机的启动、停止、调速等功能。
模块负责接收和发送数字量或模拟量信号，实现与外部设备的交互。
通信模块实现S120与其他设备或系统之间的数据传输和通信。
CPU 模块负责控制逻辑运算、数据处理等功能，是S120的核心部件。
电源模块为S120提供稳定可靠的电源，保证系统正常运行。
主要硬件部件介绍01连接方法通过电缆将各硬件部件连接起来，形成完整的S120系统。
02配置步骤首先进行系统初始化设置，然后根据实际需求配置各硬件部件的参数和功能。
03注意事项在连接和配置过程中，需确保电源稳定、接线正确、参数设置合理等，以避免出现故障或损坏设备。
硬件连接与配置方法03S120可能出现的故障包括电源故障、通信故障、I/O 故障等，其原因可能是硬件损坏、接线错误、参数设置不当等。
故障现象与原因针对不同类型的故障，可采用观察指示灯、检查接线、查看故障代码等方法进行排查。
S120驱动系统(技术讲解)
Drive object SLM
CU320
通讯报文格式类型 (p0922) 370，999
390，391，999
双轴模块对应的两个对象所选择的报文结构为标准报文2 （Standard telegram 2，PZD4/4）。PZD 4/4 意即S120发送/接受各 为4个字。
2.1.3 S7-300与SINAMICS S120之间的DP通讯
2.1.2 DP报文设置
DP报文是指通讯过程中，S7-300与SINAMICS S120交换的数据字的 数量及各字的含义。根据不同的应用来选择相应的报文。
另外，针对整流单元ALM与SLM、BLM模块的控制，需要激活370 报 文，如果使用小功率SLM模块，不需要在对电源模块进行控制，默认它 已经被激活。
培训资料
• 名称： S120驱动系统（技术讲解） • 所属班组：xx • 汇报人：xx
目录
一、SINAMICS S120系统的硬件组成
1.1 结构配置总图 1.2 电源模块 1.3 电机模块 1.4 控制单元CU320 1.5 编码器模块 二、SINAMICS S120系统的调试 2.1 PLC控制部分 2.1.1 PLC系统组态 2.1.2 DP报文设置 2.1.3 S7-300与SINAMICS S120之间的DP通讯 2.2 S120组态及参数调试 2.2.1 S120的系统组态 2.2.2 Starter调试软件的其他功能
在S7-300中可用“MOVE”指令进行数据传送；当组态的报文结构>2， 频率设定值为两个字时，在S7-300中对PZD（过程数据）读写参数时 需调用SFC14和SFC15。 SFC14 (“DPRD_DAT”) 用于读Profibus从站的数据。 SFC15 (“DPWR_DAT”) 用于将数据写入Profibus从站。
S120 入门指南
（4）点击在线，恢复工厂设置；然后再离线，在离线的状态手动配置。 （5）双击 Configure drive unit，配置选件模板、电源和电机模板
（Smart line module 没有 DRIVE-CLiQ 接口） 2
（6）电机运行是否受电源（line module）状态控制 （7）第一个电机带 DRIVE-CLiQ 接口
SFC58/59
7
（1） STEP 7 中分别添加 CPU 315-2 PN/DP 站和 SINAMIC S 从站，并为 S120 的 TB30、Drive_red、 Drive_blue 和 CU320 定义 PZD 的报文结构（如果只用 PZD 控制 Drive_red，那么 Drive_blue 和 CU320 的 PZD 可以不组态，并不影响 Drive_red 的 PZD 通信）。选择报文格式是 PZD-4/4。
在 S120 上的拨码开关可以设置他的 DP 地址，设置规则是 2 进制的计算方法。如拨上 4 时，地址是 8；拔上 5 时，地址是 16。 （4）trace 功能的使用？ Trace 功能可以对一定数量的点数进行跟踪和记录，可以同时记录 4 个变量，触发条件可以根据变量的不同状 态或者位控。 但要注意，trace 的点数有限，所以，将扫描周期加长，可以延长观察时间；将扫描周期缩短，可以使记录的 更精细。 （6）如何实现版本的升级？ 首先在网上下载新的版本；将新版本拷贝到 CF 卡上，但要保留其中的 key 文件夹；将卡插到 CU320 上； 启动 STARTER，双击 Configuration，点击 Version Overview 后点击 Firmware update，即可实现升级。 （6）对 PZD 报文中控制字和给定值的理解？ 控制字由 16#047E 变为 16#047F 时，电机启动；速度给定值 16#4000 对应着 100%的转速。
SINAMICS S120 驱动器是一种模块化系统
SINAMICS S120模块化SINAMICS S120 驱动器是一种模块化系统，适用于工厂和机械设备中的高性能运动控制应用。
基于高度协调且组态灵活的组件与功能，可以实现定制化解决方案。
例如，具有矢量或伺服功能的高性能单机传动系统或协同传动系统（多轴应用）。
用户也将获益于SINAMICS S120 驱动系统更高的性能、更强的生产力以及更好的灵活性。
从“基本”驱动器功能和“增强”驱动器功能直至应用和工业专门技术：这里提供有使西门子低压驱动器（包括SINAMICS S120）与众不同并且无法超越的固件功能。
亮点包括：Web Server以及其它出色的功能特性，如集成安全功能、专有技术保护等等。
S120的结构形式模块型SINAMICS S120 模块型(ACIAC)是一种高性能变频器或伺服驱动器，包括一个控制单元和一个功率模块。
它覆盖了从0.55 kW到250kw的超宽功率范围。
书本型SINAMICSS120(DCIAC)是一种高性能变频器或伺服驱动器包括控制单元、整流装置和书本型逆变装置。
它覆盖了从1.6kW到107kw的功率范围。
装置型(DC/AC)SINAMICS S120 装置型(DCIAC)是一种高性能变频器或伺服驱动器，包括控制单元、整流装置和装置型逆变装置。
它覆盖了从110 kW到6840 kW的极宽功率范围。
装置型(AC/AC)SINAMICS S120 装置型(ACIAC)是一种高性能变频器，包括控制单元、装置型功率模块。
它覆盖了从110kW到250 kw的功率范围。
SINAMICS G120SINAMICS G120 是一种可满足多样化要求的模块化变频器，组件采用模块化设计，功率范围宽，0.55 kW ~ 250 kW，可确保始终能够组合出一种满足要求的理想变频器。
该系列变频器提供有三种电压型号，可连接200 V、400 V 和690 V 电网。
另外，SINAMICS G120 还提供有一个功能全面的安全软件包。
西门子SINAMICS_S120_介绍与使用
西门子SINAMICSS120介绍与使用下面将从以下方面讲述：SINAMICS 基本概述SINAMICS S120主要硬件概述BOP20面板的介绍SINAMICS S120 项目的创建SINAMICS S120 调试HMI、S7-300 与SINAMICS S120 的连接开头语大家好！下面我给大家讲一下西门子sinamics s120的组成部分与在现场的应用。
西门子sinamics s120是西门子公司最近几年新更新的变频器版本，比masterdrive 6se70、mm440技术更先进了。
在原有变频器的电流环、速度环又增加了位置环。
SINAMICS概述SINAMICS 是西门子公司新一代的驱动产品，它将逐步取代现有的MASTERDRIVES SIMODRIVE 系列的驱动系统。
SINAMICS 系列中SINAMICS S120 是集V/F 控制、矢量控制、伺服控制为一体的多轴驱动系统，具有模块化的设计。
各模块间（包括控制单元模块、整流/回馈模块、电机模块、传感器模块和电机编码器等）通过高速驱动接口DRIVE-CLiQ相互连接。
运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点SINAMICS S120系列产品1,6 –107 kW 书本型设计75 –1200 kW 机架式设计AC/AC 单元单轴应用SINAMICS S120 的设计可以同时满足单轴和多轴应用的需要DC/AC 单元(需加电源模块)多轴应用75 –250 kW 机架式设计0,12 –90 kW 模块化设计运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点V/F控制矢量控制伺服控制SINAMICS S120主要特点(1)1.SINAMICS S120的控制模式由参数来设置。
2.控制轴的精确数量由Sizer配置系统时来确定3.伺服和矢量模式不能混配，但都可以和V/F混配▪用于高动态响应的运动控制▪控制多达6个伺服轴⏹用于在大转速范围内的精确转速和扭矩控制⏹控制多达4个矢量轴⏹用于成组的驱动轴⏹控制多达10个V/F轴(V2.4为8个轴)集多种控制模式于一体运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点SINAMICS S120主要特点(2)⏹*):该功能没有发布⏹各轴之间能快速进行数据交换⏹集成的Profibus-DP接口，容易和上位机连接⏹能控制普通的三相异步机、同步机、扭矩电机及直线电机⏹友好的配置软件Sizer,由Sizer直接能输出SAP订单⏹图形化的调试软件Starter,能实时监控各过程变量及动态测试系统的特性⏹简单定位:功能相当于MasterdrivesMC的简单定位和Simodrive 611U单轴定位⏹自由功能块，能实现逻辑功能、运算功能及相关的工艺功能，用CFC语言进行编程运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点模块化的设计，可以为用户量身定制解决方案可选直流连接组件Sinamics S120 DC/AC 单元一个中心控制单元一个供电电源模块一个或若干个电机模块用于驱动电机DRIVE-CLiQ ，作为所有驱动组件之间的接口系统运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点Sinamics S120 DC/AC CU320控制单元具有所有用于连接外围设备和高层控制组件的必要接口数字量输入/输出⏹8个数字量输入通道⏹8个数字量输入输出双向通道，其中4路为快速输入通道基本操作面板BOPDC 24 V 供电快速闪存卡插槽4个DRIVE-CLiQ端口⏹电源模块⏹电机模块⏹端子模块⏹直接测量系统1 个选件插槽可用来插接一个端子模板或通讯模板(例如TB30或CBC10)RS232/485 端口4 个针端发光二极管4个直接测量触点运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点供电模块为直流母线供电Sinamics S120 DC/AC 电源模块SLM非调节式整流/回馈单元供电模块(Smart Line Module)100% 能量回馈 诊断简单可以在TT, TN 和IT 电网上工作供电电压额定功率(kW)510163616365580120宽度 (mm)5050100150100150200300300高度 (mm)深度 (mm)防护等级冷却方式环境温度270IP200- 40度之间无需降额使用，最高到55度需降额3AC 380-480V, 50/60Hz内部/外部风冷，冷却盘冷却供电模块智能型Smart 主动型Active380运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点Sinamics S120 DC/AC 电源模块ALM带闭环控制整流/回馈的主动型供电模块(Active Line Module)自动补偿电网的波动，增强了工作的可靠性和安全性直流母线电压的稳定也进一步保证了电机运行的稳定性较高的直流母线电压，提高了电机的利用率供电模块提高了工作的可靠性和效率运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点电机模块从直流母线取电，驱动电机供电电压额定电流 (A)359183045608513220035918最大输出电流 (A)610183656851131412122826101836宽度 (mm)50505050100150150200300300505050100高度 (mm)深度 (mm)防护等级冷却方式环境温度内部或外部风冷，冷却盘0-40度之间无需降额使用，最高55度需要降额单轴双轴DC 510-720V380270IP20Sinamics S120 DC/AC 电机模块单轴模块额定电流最高达到200 A 双轴模块双电机驱动节省空间 额定电流最高达到18 A运动控制器Sinamics S120产品概述AC/AC 单元DC/AC 单元选型及价格比较主要特点Sinamics S120 DC/AC 母线安装简单而可靠的插入式连接器简单的直流连接母线排电源模块电机模块24 V 端子直流连接桥24 V 跳线24 V 直流母线电机模块直流母线由于这种设计，SINAMICS S120 的安装非常简单。
S120变频器硬件、软件培训(工程师培训)
点击启动
电机优化（动态优化）
•
速度环优化
监控曲线
2、点击
1、选中此驱动轴
3、点击选择监控的参数
选择监控的参数
监控 开始
开环、闭环的控制
速度环
电流环Hale Waihona Puke 选中此轴工艺调节器
设定
附加给定
反馈
限幅设定
点击选择该调节器
调节器的使能
•
2019年x月于xx班
S120变频器硬件、软件培训
• 名称： S120变频器硬件、软件培训（工程师培训） • 所属班组：xx • 汇报人：xx
目录
• 一、S120组件的名称及含义； • 二、STARTER的使用方法； • 三、常见的故障及解决措施；
一、 SINAMICS S120主要硬件概述
• SINAMICS S120主要硬件包括以下组成部分： • 1、电源模块 • 2、电机模块 • 3、CU320 • 4、SMC • 5、SITOP PS • 6、其它组件
带输出电抗
•
•
输入电压
•
电机类型
额定电压 额定电流 额定功率 功率因数 额定频率
额定转速 冷却方式
激活此处；完整计算电子电路数据
激活编码器数据
点击 此处
编码器类型 编码器信号
选择测量系统
编码器供电电压
编码器脉冲
选1 电机识别
报文长度
•
选择报文
限制电流 最高转速
•
参数配置完毕
1、电源模块
• 电源模块分为BLM/SLM/ALM • BLM：basic line module基本整流单元。只能整流。 • SLM：Smart line module。可能量回馈，但不可控。 • ALM ：Active line module。能进行能量回馈，且可控。
西门子S120驱动系统介绍
DHI·DCW
西门子S120驱动系统介绍
大连重工· 起重集团有限公司
起重机设计院 2011年3月 崔海丰
目 录
DHI·DCW
一、SINAMICS S120系统的硬件组成 1.1 结构配置总图 1.2 电源模块 1.3 电机模块 1.4 控制单元CU320 1.5 编码器模块 二、SINAMICS S120系统的调试 2.1 PLC控制部分 2.1.1 PLC系统组态 2.1.2 DP报文设置
2.2 S120组态及参数调试
DHI·DCW
2.2.1 S120的系统组态 SINAMICS S120的调试软件为Starter 或者是Scout,常用的DP 通讯卡CP5512等。STARTER调试工具可以对部件进行参数化、编程和 调试。在安装Starter与Scout之前，需要安装Step-7软件的最新版本， 例如Starter V4.1.5 需要Step7 V5.4 SP4。 STARTER 主要能实现以下功能： • 硬件组态和识别（电子铭牌） • 参数的设置 • 动态特性的调试 • 故障诊断 • 程序的下装和上载
Sinamics S120 创建项目方式
DHI·DCW
一、离线创建方式： 1. 打开STARTER，建一个新项目； 2. 设定PROFIBUS-DP 接口； 3. 插入驱动单元,对其连接的硬件(电源模块、电机模块、编码器、电 机等)进行逐个配置； 4. 存储项目，在线连接，将项目下载到SINAMICS S120 中。 二、在线创建方式： 1. 打开STARTER，建一个新项目； 2. 设定PROFIBUS-DP接口； 3. 插入驱动单元，在线，将编程器与驱动器连接起来； 4. 自动配置驱动系统； 5. 离线，手动配置不带Drive-CLiQ 接口的组件； 6. 编译、存盘，然后在线、下载。
S120硬件配置及应用介绍(工程师培训)
不会输出扭矩
反馈核对信号
• 优点:
– 不需要用于“电气关机”的开关设备，而且在驱动器 和电机之间省掉了容易出问题的接触器；
– 直流母线无需断电。
安全制动控制Safe Brake Control (SBC)
• 对电机模块直接进行制动控制——两路 监控
– DC 24 V和地线都有开关
加速度 (a)
t a* 预控制
t
– 图形化的支持，使调试更加 简单
位置控制
- 回参考点 - 点动
- 块设定 - 监控
每一个位控任务最多有64个进程数据块*)
位置控制 n ist
速度控制
扭矩控制
M
编码器类型
• 增量式编码器
– sin/cos 1 Vpp – TTL (带有电缆损坏监视功能) – HTL
– 适应性，针对单轴和多轴驱动的模块化系统结构
性能分级
– 从低端到高端的动态响应特性
功能分级
– 多种级别的功能包
多种冷却方式
针对各个应用，SINAMICS S120都有最佳的解决方案
冷却方式
内部风冷
外部风冷
冷却盘 冷却
n 模块内部集成了冷却 n 散热片和冷却风扇位 n 模块没有风扇，具有
风扇和散热片
当有一路发生故障时，制
动器还可以进行操作。
– 制动功率电部分缆已经集成到了电机电缆中——无
控制与监视
DC 24 V 电源
需PLc输出 +24V B+
24V
通道 1 监视 通道 2
诊断 M
B-
M
集成了制动 器的电机
电机 模块
U2 V2 W2
S120入门指南
（2）启动 STARTER，在 Set PC/PG Interface 中选择 CP5512(PROFIBUS) （3）新建项目，双击 insert single drive unit
SINAMICS S120 入门指南
Hudson 2007-6-8
SINAMICS 是西门子公司新一代的驱动产品，它将逐步取代现有的 MASTERDRIVES 及 SIMODRIVE 系列的 驱动系统。SINAMICS 系列中的 SINAMICS S120 是集 V/F 控制、矢量控制、伺服控制为一体的多轴驱动系 统，具有模块化的设计。各模块间（包括控制单元模块、整流/回馈模块、电机模块、传感器模块和电机编码 器等）通过高速驱动通讯接口 DRIVE-CLiQ 相互连接。
注意问题：
（1）程序中如果利用 MOVE 指令读写 PZD，输入输出地址一定不要超出 CPU 过程映像区的大小，如 CPU3152DP，QW 和 IW 不能超过 128，否则程序下载时提示不能 Copy OB1，可以将硬件组态部分的 PZD 地址改小。 （2）对于不同的驱动装置只有特定的报文结构能被选用，且 PZD 的最大数量受限制，如下表所示
3
（8）配置完第一个电机后，双击 Drives>Insert drive （9）两个电机模块共用电源模块 Power_unit
（10）第二个电机型号为 1FK7022，不带 DRIVE-CLiQ 接口 4
（11）修改两个驱动的参数 P210=345 以及 P864=1。 5
s120 速度观测器工作原理
s120 速度观测器工作原理
S120速度观测器的工作原理是基于测速仪的测量原理。
测速仪是一种用于测量物体速度的工具，通过使用激光或雷达发射出一个脉冲，并通过接收脉冲的反射信号来计算物体的速度。
测速仪通过测量光波的频率变化以及光束的传播时间，或者通过测量脉冲的时间延迟来计算物体的速度。
在S120速度观测器中，当被测物体（例如车辆）经过速度观测器时，会触发测速仪的测量过程。
测速仪会发射出一束激光或雷达波束，并测量从发射到接收返回的时间。
通过连续测量几个脉冲之间的距离差异，S120速度观测器可以确定被测物体的速度。
在雷达测速仪中，主要利用的是多普勒效应（Doppler Effect）。
当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机频率。
通过测量这个频率差，可以计算出物体的速度。
而激光测速仪则是通过激光测距的方式进行速度测量。
激光发射器会将一束光束照射到物体上，然后通过接收器接收被物体表面反射的光信号。
通过测量光波的频率变化以及光束的传播时间，可以计算出物体的速度。
无论是雷达测速仪还是激光测速仪，其工作原理都是利用物体反射的信号来进行测量。
这种技术被广泛应用于交通监控、运动竞赛、工业生产等领域。
通过S120速度观测器等设备，我们可以准确快速地获取物体的速度信息，为各种应用提供了重要的数据支持。
西门子S120系列变频器常见故障分析及其解决措施
西门子S120系列变频器常见故障分析及其解决措施摘要：近几年，西门子变频器这个品牌在我国的发展非常的迅速，其中的产品被我国应用到各个领域中去。
其中，S120系列的变频器作为这个公司中最为主打的一个变频器品类。
它的作用基本就是能够控制并对三相交流异步电机的速度进行有效的调节。
针对于此，下文将详细阐述这个系列的工作原理还有出现问题进行分析和研究。
关键词：经济发展分析与研究解决措施三相交流异步电机主打品牌近几年，变频调节技术的发展越来越成熟，世界各个国家都在应用电气传动，全世界都在受电气传动控制的影响进行变化。
其作为计算机智能控制技术和电力电子技术二者融合在一起共同的结果。
现阶段，我国的各大工业领域都在应用变频器来进行一系列的调速工作。
我国应用最为多的一个产品就是西门子公司研发的S120系列的变频器。
这个系列的变频器作为西门子公司中最为主打的变频器品牌，其能够应用在控制三相交流异步电机的速率大小。
还能够进行有效的调节工作。
这个变频器的优势有很多，其中最为关键的就是其有着非常稳定的系统还有非常好的动态特性以及高性能的矢量控制技术等等。
正是这些优势才使得这个系列的变频器能够被世界各个国家所应用。
但是，经过对我国对这个系列的变频器进行使用分析可知，有很多因为使用出现错误或者是设置不妥当进行发生的一系列问题发生。
根本不能实现我们当时的预期效果。
所以，我们必须要对这些问题进行研究，才能够减少类似问题的出现。
下面将详细阐述这个变频器的结构以及原理还有其硬件的配置进行分析。
本人还提出了一些有效的意见，仅供参考。
一、西门子1.1西门子S120系列的变频器的结构基本上都是交电压源到直电压源再到交电压源型spwm的变频器。
组成部分有整流电路还有直流的中间电路还有逆变电路等等电路共同构成。
1.2西门子S120系列的变频器的硬件配置有电源模块还有控制单元以及制动单元还有接口通讯板等等部分构成。
二、西门子 S120 系列变频器的工作原理一般情况之下，我们都将电压还有频率不会变化的那种交流电改变成电压还有频率能够进行变化的那种交流电，类似于这样的装置我们称之为变频器。
S120调试手册
S120 培训手册1. 硬件1.1伺服系统的基本构成如上图所示，一个基本的S120伺服系统由以下几部分组成：用于系统控制的中心控制单元，用于供电的电源块，用于驱动伺服电机的电机模块以及连接各个模块的DRIVE-CLIQ接口系统。
下面，我们分别来对这些单元来作简单介绍。
1.2中心控制单元 CU320控制单元 CU320-2 PN 是一个中央控制模块，可实现对单个或多个电源模块和/或电机模块的开环和闭环控制功能。
接口说明∙X100 - X103 DRIVE-CLiQ 接口DRIVE-CLIQ接口用于S120系统内部模块的连接，在我们的项目中，使用西门子DRIVE-CLIQ 电缆将CU320上的X100口与电机模块上的X200口相连接。
∙X122 数字量输入/输出接口在本项目中，只使用了X122的第1个输入端子，作为伺服电机的急停使用。
连接的7、8号端子，作为参考电位，只有在连接参考电位的情况下，数字输入才可以工作。
∙X132 数字量输入/输出项目中，出于这个输入输出，并没有使用有意义的输入或输出信号，只是连接了7、8号电子电位，留作备用。
∙X124 电源此端子为CU320的电源端子，连接DC 24V电源及参考电位。
∙X150 P1 / P2 PROFINET接口PROFINET接口用于与PLC进行数据传输，此处我们使用X150 P1连接至我们的交换机上。
另外，两个 PROFINET 接口各有一个绿色和一个黄色的 LED 用于诊断。
LED 可显示下列状态信息：∙存储卡注意1：在运行期间插拔存储卡会导致设备停止的危险。
如果在运行期间插拔存储卡，可导致数据丢失并有可能引起设备停止。
•仅在控制单元断电状态下才可插拔存储卡。
•只允许按照上图所示插入存储卡（箭头在上方朝右指）注意2：连同存储卡一起寄出控制单元会导致数据丢失危险在寄回损坏的控制单元时，存储卡上已有的数据信息（参数、固件、授权等）在维修和测试期间有可能丢失。
变频器S120三种整流方式
竞争对手分析（S120）——三种整流方式一、基本整流：（两象限运行）1、应用于产品：G130（晶闸管）、G150（晶闸管或者二极管）、S120（晶闸管或者二极管）2、拓扑结构：注：网侧往往加有输入电抗器，Vk=2%3、母线电压：空载情况下，Vdc=1.41*Vline满载情况下，Vdc=1.32*Vline4、预充电方式：（充电间隔为3分钟）对于基本整流是功率单元的一个完整元件的充电回路通过连续增加开通角，直至全部开通为止。
通过接触器以及充电电阻配合。
5、总电流谐波畸变率（Ithd）：一般为30%~45%，前级加入网侧谐波滤波器可以降至7.5%以下。
6、基波功率因数为>96%7、效率为>99%8、输入电压电流波形：加入谐波滤波器之后波形：二、回馈整流：（四象限运行）1、应用产品：S120（IGBT集成有反并联二极管）2、拓扑结构：注：网侧输入电抗器往往为Vk=4%3、大致工作原理：1）整流时，通过反并联二极管进行六脉冲整流；回馈时，通过IGBT进行六脉冲回馈（通过回馈波形推断）2）回馈时，IGBT总是在自然触发点开通，然后120°之后关断，这就意味着能量流动在任何时刻都是可能换向的。
3）另外，回馈整流有一个缺点，就是在空载的时候，会存在容性电流，大约为15%~20%的额定电流。
4）回馈时，电流与网侧电流频率同步，载频为50Hz，可以大大降低管子开关损耗。
4、母线电压：整流时，空载：Vdc=1.32Vline 满载：Vdc=1.30Vline回馈时，空载：Vdc=1.38Vline 满载：Vdc=1.40Vline5、预充电方式：6、总电流谐波畸变率（Ithd）：整流时，一般为30%~45%，回馈时，略低。
通过网侧加入谐波滤波器可以降至为10%左右。
7、基波功率因数>0.968、效率>98.5%9、输入电压电流波形三、有源整流：1、应用产品：S120（IGBT集成有反并联二极管）、S150（IGBT集成有反并联二极管）2、拓扑结构：3、母线电压：可以通过参数设置为1.42~2倍的Vline出厂值设置为1.50Vline4、预充电方式：5、总电流谐波畸变率（Ithd）：大约为3%6、基波功率因数可设置为17、效率>97.5%8、输入电压电流波形：9、降额使用：另外，如果有源整流功率因素<1的时候，前面滤波器的功率损耗将会增加，这样输入侧的电流就必须降额，降额曲线如下所示，四、母线最大电容量是有要求的：1）对充电回路会有影响，特别是充电接触器和充电电阻的使用寿命。
S120 系统概述
S120 系统概述由于带有分开的电源装置和控制单元，SINAMICS S120 变频调速柜系统可地满足大量不同驱动任务的要求。
控制单元根据要控制的驱动器数量和所需性能级别进行选择，而电源装置的额定值必须要满足系统的电能要求。
控制单元和电源装置之间的连接可非常简便地使用数字系统接口DRIVE?CLiQ 来完成。
控制装置控制单元CU310-2 PN控制单元CU320-2 PNCU310?2DP 和CU310?2PN 控制单元CU310 2 控制单元用于控制单机传动装置。
标配有一个PROFIBUS 接口(CU310 2 DP) 或一个PROFINET 接口(CU310 2 PN) 以及一个TTL/HTL 编码器分析电路。
控制单元CU320?2CU320?2 控制单元用于多个传动装置。
此时，以下设备可通过控制单元CU320?2 运行。
V/f 模式下最多12 个转动装置，或伺服或矢量控制模式下组多6 个传动装置。
CU320-2 控制单元可用于在多个传动装置间建立连接，并实现简单工艺功能。
电源模板的SINAMICS S120 传动系统由一个CU310 2 控制单元和一个变频装置组成。
变频装置中集成有一个进线整流器、一个直流回路和一个用于为电机供电的逆变器。
带有CU310 2 控制单元的块型电源模块和BOP20 基本操作面板电源模块针对不能将电能回馈至电源的驱动器而设计。
制动过程中产生的能量通过制动电阻器而被转换为热量。
变频装置也可通过CU320-2 控制单元、SIMOTION D4x5 2 或CX32 2 Controller Extension 来运行，例如，在向一个多轴传动组中添加了一个单机传动装置之后。
在这种情况下，块型功率模块必须配备CUA31/CUA32 控制单元适配器。
该多轴传动组通过DRIVE CLiQ 连接到CU320 2 控制单元、SIMOTION D4x5 2 或CX32 2 Controller Extension。
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S120硬件结构及工作原理分析变频器分类（1）根据变流环节不同分为：1. 交-直-交变频器先将频率固定的交流电“整流”成直流电，再把直流电“逆变”成频率任意可调的三相交流电。
2. 交-交变频器把频率固定的交流电直接转换成频率任意可调的交流电。
（2）变频器按其供电电压分为：低压变频器( 110V 220V 380V ) 、中压变频器( 500V660V 1140V ) 和高压变频器( 3KV 3.3KV 6KV 6.6KV 10KV )。
（3）根据直流电路的储能环节（滤波方式）分为：1. 电压型变频器其储能元件为电容器。
中、小容量变频器以电压型变频器为主。
2. 电流型变频器其储能元件为电感线圈（4）变频器按其功能分为：恒转矩（恒功率）通用型变频器、平方转矩风机水泵节能型变频器、简易型变频器、迷你型变频调速器、通用型变频器、纺织专用型变频器、高频电主轴变频器、电梯专用变频器、直流输入型矿山电力机车用变频器、防爆变频器等。
最常用的为交直交电压型变频器变频器的工作原理变频器硬件组成电源模块，电机模块，控制单元－CU320，（采样部分，驱动部分）外围设备（制动单元，接口模块-通讯板，编码器）S120配置示意图控制单元CU320接口图CU320接线图通讯板实物图电机模块的接线图电机轴上安装的编码器转换模块编码器接口模块实物图SMC 30 的接线图及各管脚含义变频器工作原理系统通过以键盘智能控制芯片HD7279A为核心的键盘输入系统运行所需参数(频率也可以通过模拟给定)，再通过DSP实时计算出脉宽，最终将PWM信号通过外围驱动电路，转化成能驱动功率模块IPM的信号，控制逆变器的输出。
同时DSP通过采样电路对系统实时采样，一方面监控系统工作状态，供LED显示，另一方面还实时检测系统故障，以便能及时地加以保护并诊断故障原因。
变频器的结构原理图逆变电路原理图硬件电路的结构本文研究开发的通用变频器采用交一直一交电压源型主电路结构形式，控制芯片是以TI公司的MS320LF2407ADSP为控制核心，硬件电路分为:主电路部分、控制电路部分、采样检测及保护电路部分。
系统结构框图如图4一1所示[9]:TMS320LF2407A简介及资源配置（概括说，TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定点DSP控制器，它采用了高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3．3V，减小了控制器的功耗；40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns(40MHz)，从而提高了控制器的实时控制能力；集成了32K字的闪存(可加密)、2．5K的RAM、500ns转换时间的A／D转换器，片上事件管理器提供了可以满足各种电机的PWM接口和I／O功能，此外还提供了适用于工业控制领域的一些特殊功能，如看门狗电路、SPI、SCI和CAN控制器等，从而使它可广泛应用于工业控制领域。
）TMS320LF2407A采用高性能静态CMOS技术，25ns指令周期，速度为40MIPS，低电压3.3V设计；总寻址范围192K字，其中包括64K程序空间,64K数据空间,64KI/O空间；片内程序空间集成32K字Flash；数据空间集成2.5K字RAM，包括544字DARAM，2K 字SARAM；两个事件管理模块EVA、EVB，分别提供两个16bit全局计数器，8个脉冲宽度可调调制通道PWM，三个外部事件的定时采样捕获单元；同步的16通道高性能10bitAD C，转换速率为500ns；串行异步通信接口(SCI)、串行同步外设接口(SPI)、CAN总线2.0接口。
由于TMS320LF2407A集成了多种数据传输接口，并且片内集成ADC模块，可被广泛用于控制、接口转换以及数据采集等领域。
充分利用TMS320LF2407A芯片自身的资源，其数据空间的分配如图2所示。
在地址0 060-007F数据空间，存放FAT32文件系统的重要参数和3个文件信息表，可以同时访问3个文件，满足很多应用场合的要求。
文件信息表极为简单，其结构见图2，它提供了文件访问所需要的必要信息，能够方便的对文件操作。
在文件信息表中，直接存放要访问的文件的目录所在的逻辑扇区号，避免了地址的重复计算，并记录了当前文件内容缓冲区存放的内容所在的簇号，便于对FAT分区表进行搜索。
由于对文件的访问需要经常搜索FAT分区表，为了减少重复读取同一扇区的次数，分配了两个FAT表扇区缓冲区。
为要访问的文件分配了文件目录缓冲区和文件内容缓冲区，大小均为256字(1个扇区的大小)。
很多应用场合可能仅需要同时访问一个文件，为了提高数据传输率，可将文件内容缓冲区大小扩充到256×5字，即将文件目录缓冲区2、3和文件内容缓冲区2、3作为文件内容缓冲区1的扩充。
由于TMS320LF2407A只有8级硬件堆栈，为保证系统软件工作的稳定性和正确性，且方便函数调用进行参数传递和临时变量的存放，将地址0200-02FF的数据空间作为系统函数调用堆栈段。
另外，TMS320LF2407A集成了多种通讯接口和两个事件管理器，很多实时功能实现均依赖中断来实现，能响应的中断信号多达50个，为了满足实时性的要求减少软件设计的复杂度，将地址0300-03FF的数据空间作为中断程序的堆栈段。
采样及保护电路的设计TMs320LF2407DSP具有5个外部引脚中断:复位(RS)，两个功率驱动保护中断(PDPINTA(B))和两个可屏蔽中断(XINTl/2)。
同时内核提供了一个非屏蔽中断(NMI)和6个按优先级获得中断服务的可屏蔽中断(INT1一inT6)。
这些中断源为设计系统保护电路提供了诸多方便。
本文设计了硬件和软件相结合的全面的保护措施，下面首先介绍硬件保护电路的设计。
交流电流采样电路的直流侧过流保护电路原理图直流侧电压检测电路欠压，过压保护电路控制板功能：本文在以TMS320LF24O7ADSP为核心开发的控制板上，利用其数字和模拟接口完成PWM信号输出、AD转换、人机界面和模拟控制端子的设计。
控制板电源部分电路TMS320LF2407A采用高性能静态CMOS技术，使工作电压降到3.3V，有效减少了控制器的功耗，同时也对供电电源提出了更高的要求，况且其他元器件采用5V供电，所以必须要设计电源转换电路。
这里我们选用TI公司专门为其DSP系列产品推出的电源转换芯片TPs7333。
TPs7333为s0一8封装，3.3v输出，输出电流达到5oomA，具有上电复位功能，同时能随时检测输出电压，当输出电压不稳定或低于复位门限电压时，复位引脚RESET产生200ms的复位信号进行保护。
DSP 及其外围电路既需要数字电源又需要模拟电源，设计时要用磁珠将他们隔离，提高系统稳定性。
电源转换电路如图4一13所示:AD转换电路AD转换电路是系统中数字和模拟信号相互转换的通道，DSP通过此电路监测系统运行，与其他模拟设备进行数据交互。
TMS320LF2407A自带两个10位模数转换模块，这就使ADC转换电路的设计大为简化。
ADC具有如下特征[6]:带内置采样/保持(S舰)功能:〃多达16路模拟输入通道(ADCINO一ADCIN15);〃自动排序能力，一次可执行最多16个通道的自动转换，而且每次要转换的通道都可以通过编程来选择;〃两个独立的最多可选择8个模拟转换通道的排序器(SEQI和sD之2)可以独立工作在双排序器模式下，或者级连之后工作在一个最多可选择16个模拟转换通道的排序器模式;〃可单独访问的16个结果寄存器(RESULTO一RESULT15)用来存储转换结果;〃多个触发源可以启动AD转换;〃灵活的中断控制允许在每一个或隔一个序列的结束时产生中断请求。
本文使用了6路A/D转换通道，分别包括3路交流电流模拟输入，l路母线电压模拟输入，1路模拟给定输入和1路反馈信号输入，由于该接口设计比较简单。
键盘、显示接口电路如上所述，HD7279A可同时驱动8位共阴极数码管和64键的键盘矩阵，本文根据系统需要，键盘设计成4X5式矩阵键盘，按键包括数字键、正反转，加速，停车，突出和写入键，显示采用5位共阴数码管，可以显示数字和少量字母，并配有发光LED，用来指示各种运行状态。
键盘、显示接口电路如图考虑到HD7279A作为一个慢速外设器件要与DSP这种高速器件接口，可以利用I/0口模拟串口时时序的方法来解决时钟频率相匹配的问题。
又由于LF2407A接收和输出的电平是3.3V的CMOS电平，而HD7279是5V的TTL电平，中间必须加电平转换芯片74LVC4245，利用此芯片不但起到了电平转化的作用，同时也起到了驱动的作用，如图，通过电平转化芯片将HD7279A的片选端接地，DSP控制HD7279A工作只需占用4个I/0口，分别接同步时钟输入端CLK、串行数据输入输出端DATA、按键有效输入端KEY(低电平有效)和电平转换方向控制端DIR。
此电路接口简单，节省了DSP的系统资源，同时也增强了系统的可靠性。
片外存储器本文对己设置好的参数及一些重要的数据(如U压曲线等)采用EEPROM存储器X5043来保存，以使得在掉电的情况下数据不会丢失。
x5043采用sPI(serialpedpheral interfaee)总线接口工作方式，能与DSP 的SPI模块很好的配合，完成数据的写入、读出和存储。
下面分别介绍DSP的SPI模块、X5043及二者的接口电路，而对X5043的读写实现方法将在第五章加以介绍。
X5043是Xieo:公司推出的带EEPROM存储的“看门狗’，芯片，它具有的特点:〃具有四种常见功能:电源上电复位、看门狗定时器、电压监测和EEPROM;〃最高时钟速率达到3.3MHz;一4Kbits串行EEPROM，在内部按512x8来组织〃具有10万次数据写入和100年数据存储功能;〃具有简单的四总线工作的串行外设接口SPI。
1、管脚说明X5043共有8个引脚，各引脚的功能如下:CS:芯片选择端，低电平有效;S0:串行数据输出端:SI:串行数据输入端:SCK:串行时钟输入端;WP:写保护输入端，低电平有效;RESET:复位输出端;VCC: 电源端:VSS: 接地端。
2.工作原理由于DSP自带“看门狗”，所以在实际应用中我们将X5043的“看门狗”屏蔽，下面只介绍X5043的EEPROM的工作原理。
X5043主要是通过一个8位的指令寄存器来控制器件的工作，它通过sI输入，数据在SCK的上升沿由时钟同步写入，所有指令、地址、数据均以高位在前的方式串行传送。
表4一2所列是X5043的指令:X5045内有一个8位状态寄存器，在任何时间都可以通过RSDR和WRSR指令访问其中的内容，它包含四个非易失性状态位和两个易失性状态位。
控制位用于设置看门狗定时器的操作和存储器的块锁保护。