西门子S120变频器操作讲义(内部工程师培训)

西门子S120变频器操作讲义
目录
1硬件简介 (10)
1.1单轴控制单元（AC/AC） (13)
1.1.1单轴控制单元CU310DP和CU310PN (13)
1.1.2CU310DP和CU310PN结构图 (14)
1.1.3单轴控制适配器CUA31功能 (14)
1.1.4CUA31结构图 (15)
1.1.5单轴驱动器(AC/AC)模块及连接方式 (16)
1.2多轴控制单元CU320 (17)
1.2.1CU320功能 (17)
1.2.2CU320结构图 (18)
1.2.3CU320_DRIVE-CLiQ连接方式 (19)
1.2.4常用接口模块 (20)
1.3多轴控制单元D435 (22)
1.3.1D435功能 (22)
1.3.2D435结构图 (23)
1.3.3D435系统拓扑 (24)
1.4单轴驱动单元（电机模块）PM340 (25)
1.4.1书本型 (25)
1.4.2装机装柜型 (25)
1.4.3柜机型 (25)
1.5馈电单元（电源模块） (26)
1.5.1BLM基本型电源模块 (26)
1.5.2SLM智能型电源模块 (27)
1.5.3ALM主动型电源模块 (27)
1.6多轴驱动单元（电机模块） (28)
1.6.1书本型 (28)
1.6.2装机装柜型 (29)
1.6.3柜机型 (29)
1.7CF卡 (30)
1.7.1CF卡功能 (30)
1.7.2CF卡订货号与版本的关系 (30)
1.7.3CF卡使用注意事项 (31)
2软件简介 (32)
2.1选型配置软件SIZER (32)
2.2调试软件STARTER (32)
2.3编程、调试软件SCOUT (33)
3调试先决条件 (34)
3.1.1CU320_DRIVE-CLiQ连接方式 (34)
3.1.2DC24V连接方式 (36)
3.1.3参数的序号范围 (37)
4在线连接调试 (39)
4.1运行“STARTER”软件 (39)
4.2建立项目 (39)
4.3PC ÅÆS120在线(Online)连接 (40)
4.3.1RS232串行连接 (40)
4.3.2PROFIBUS DP连接 (42)
4.3.3PCÅÆPLCÅÆS120连接 (43)
4.4在线(Online)连接操作 (45)
4.5恢复工厂设置 (46)
4.6自动配置(Automatic Conf igration) (47)
4.7自动配置上传后检查 (48)
4.8在线(OnLine)同步比较（PC/PGÅÆS120） (49)
4.9复制RAM to ROM (50)
4.10RAM、CF卡（ROM）及Star ter的关系 (51)
4.11系统拓扑状态图 (52)
5馈电(Infeeds)单元调试 (53)
5.1馈电单元（S_INF_02）接线图 (53)
5.2打开馈电单元（S_INF_02）参数表 (54)
5.3馈电单元（S_INF_02）上电准备 (55)
5.4DC母排电阻制动设定 (56)
5.4.1单轴驱动单元（电机模块）PM340 (56)
5.4.2多轴驱动单元（电机模块） (56)
5.5馈电单元上电（ON）操作 (57)
6驱动(Drives)单元调试 (58)
6.1打开驱动单元（VECTOR_04）参数表 (58)
6.2驱动单元恢复工厂设置 (59)
6.3驱动单元V/F模式试转检测 (59)
6.4电机参数设定 (60)
6.5关于电机温度传感器 (61)
6.6选择控制模式 (62)
6.7优化准备工作 (62)
6.7.1优化硬件准备 (62)
6.7.1.1各类连接正确 (62)
6.7.1.2各类电源已送上 (62)
6.7.1.3抱闸已打开 (63)
6.7.1.4电机轴不带负载 (63)
6.7.2运行模式确认 (63)
6.8电机静态数据辨识（静态优化） (63)
6.9电机动态数据辨识（动态优化） (64)
6.10电机动态运行检查 (65)
6.11数据复制RAM to ROM (65)
6.12将S120参数上传到PC/PG (66)
7状态、报警、故障监控 (67)
7.1控制字、状态字监控 (67)
7.2报警和故障监控 (67)
7.3历史报警和故障记录查询 (67)
7.4报警和故障屏蔽及反应 (68)
8驱动装置硬件版本查询和升级 (69)
8.1驱动装置硬件版本查询 (69)
8.2驱动装置硬件版本升级 (69)
9项目的压缩及解压缩 (71)
9.1项目的压缩 (71)
9.2项目的解压缩 (72)
10控制面板（Control panel）使用 (73)
10.1打开控制面板（Control panel） (74)
10.2获取控制面板权利 (75)
10.3整流单元启动（ON） (75)
10.4运行条件允许（Enables） (75)
10.5逆变器启动（ON） (75)
10.6转速给定值（Setpoint） (75)
10.7运行状态显示 (76)
11趋势图（Trace）使用 (77)
11.1记录变量选择 (78)
11.2记录模式选择 (78)
11.3采样周期设定 (79)
11.4采样触发方式设定 (80)
11.5启动趋势记录 (81)
11.6趋势图的Y轴座标尺度统一 (82)
11.7曲线数据存盘和打开 (84)
12手动优化调试 (85)
12.1速度环Kp、Tn优化 (85)
12.2手动优化方法 (86)
12.3速度环动态响应曲线分析 (87)
13DP通讯变量连接 (90)
13.1通讯方式 (90)
13.2配置CU站号 (90)
13.3各单元PZD通讯量设定 (91)
13.4通讯变量连接 (93)
13.4.1整流单元变量连接 (93)
13.4.2逆变单元变量连接 (95)
13.5将S120参数上传到PC/PG (97)
13.6将PC/PG参数下载到S120 (97)
14STEP 7软件编程 (98)
14.1STEP 7 硬件状态 (98)
14.2STEP 7 软件编程 (99)
14.3运行记录 (102)
15BOP20操作面板的使用 (103)
15.1BOP20面板标识含意 (103)
15.2BOP20面板按键功能 (104)
15.3BOP20按键使用规则 (105)
15.4参数设置 (108)
15.4.1控制单元设定（01） (108)
15.4.1.1恢复工厂设置 (108)
15.4.1.2选择驱动模式 (108)
15.4.1.3选择参数模式 (108)
15.4.2驱动单元设定（02） (109)
15.4.2.1选择参数模式 (109)
15.4.2.2电机标准设置(检查) (109)
15.4.2.3选择电机类型 (109)
15.4.2.4马达参数设置（非SIEMENS电机） (110)
15.4.2.5自动计算电机电磁参数 (110)
15.4.2.6控制环模式选择 (110)
15.4.2.7选择ON/OFF命令源 (111)
15.4.2.8选择电动电位计上升/下降命令源 (111)
15.4.2.96．频率设定值通道选择 (112)
15.4.2.10上升/下降斜率时间 (112)
15.4.2.11选择BOP显示内容 (112)
15.4.2.12结束快速调试 (113)
15.4.2.13数据存储 (113)
15.4.3驱动单元优化（02） (113)
15.4.3.1优化硬件准备 (113)
15.4.3.1.1各类连接正确 (113)
15.4.3.1.2各类电源已送上 (114)
15.4.3.1.3抱闸已打开 (114)
15.4.3.1.4电机轴不带负载 (114)
15.4.3.2优化软件（参数）准备 (114)
15.4.3.3电机静态数据辨识 (114)
15.4.3.4电机动态数据辨识 (115)
15.4.3.5返回到运行模式 (116)
15.4.3.6返回到运行显示模式 (116)
15.4.3.7数据存储 (116)
15.4.4BOP电机试运行 (116)
16数据组参数 (117)
16.1功率部件组 (117)
16.2电机组 (118)
16.3编码器组 (123)
16.4命令数据组 (124)
16.5驱动数据组 (128)
1硬件简介
SINAMIC变频器是SIEMENS公司近年来推出的交流传动装置，将取代6SE70等老一代变频器。

结构上分为：AC-AC和DC-AC两类，
形式上分为：书本型、装机装柜型和柜机型（S/G150）三种，性能上分为：通用型（G）、高性能型（S）两类，
电压等级：M是指中压（3.3KV /4.16KV /6KV）变频器G110/G120/G150 G-通用型
S120/S150 S-高性能型
GM150/SM150 M-中压等级
主要特点：
z集变频控制（V/F、矢量）及伺服控制为一体，由用户自由选择；z一个中央控制单元(CU)可以分别控制一个或多个电机模块；
z各组件（模板）之间通过DRIVE-CLiQ方便的连接（最长100M）；z丰富的各类模块（电源、驱动、I/O、通讯、编码器、信号转换等）；z对带有DRIVE-CLiQ口的电机、编码器等外设连接，组态尤为方便；z与PLC通讯，一个控制单元(CU)为一个DP站号（与电机数无关）；z统一的调试软件“SIZER”、“STARTER”、“SCOUT”
z尺寸小；重量轻；噪音小
z系统元件（选件）较多，初学者难以上手
z目前阶段S120价格比6SE70贵（15％－30％）
z供货周期较长（目前阶段要到德国订货）
SINAMICS定货号（一般规则）
6SL3 - 2 2 0 – 1 T E 3 6- 1 A A 0 - Z
SINAMICS
1=书本式，2=模块式，3=机箱式，7=柜式
1=AC/AC，2=电机模块，3=整流模块
0=空冷，1=水冷
1=基本电源，6=智能电源，7=主动电源
T=DRIVE-CLIQ接口(没有CU320)
G=G150,G130通用型
L=S120，S150高性能
E=电压AC380 (480V)
F=电压AC500 (600V)
G=电压AC660 (690V)
输出电流：
3代表100（2=10，1=1）
100*6，1=610A
A=有用户选项
C=紧凑型
--=机箱型
版本（生产序列号）
选项
1.1单轴控制单元（AC/AC）
1.1.1单轴控制单元CU310DP和CU310PN
z速度控制：1个伺服或1个矢量或1个V/F
z CU310DP支持PROFIBUS DP协议
CU310PN支持PROFINET协议
z硬件接口
9数字量输入DI－－4个
9数字量输入/输出DI/DO－－4个（4个可作快速输入）
9Drive-CliQ接口－－1个
9Prof ibus DP/ Prof iNET接口－－1个
9RS232接口－－1个
9安全停车－－1个
9HTL/T TL编码器－－1个
z CF卡:固件系统和用户数据
z RS232接口表
1.1.2CU310DP和CU310PN结构图
1.1.3单轴控制适配器CUA31功能
z通过Drive-CliQ接口与CU320、CU310或Simotion D模块来完成控制
z速度控制：1个伺服或1个矢量或1个V/F
z硬件接口
9数字量输入DI－－1个
9Drive-CliQ接口－－3个
9安全停车－－1个
1.1.4CUA31结构图
1.1.5单轴驱动器(AC/AC)模块及连接方式
1.2多轴控制单元CU320
1.2.1CU320功能
z速度控制：6个伺服或4个矢量或8（10）个V/F （伺服不能与矢量混配，伺服或矢量都能与V/F混配）
z硬件接口
9数字量输入DI－－8个
9数字量输入/输出DI/DO－－8个（4个可作快速输入）
9Drive-CLiQ接口－－4个
9Prof ibus DP接口－－1个
9RS232接口－－1个
9选件插槽－－1个
9直接测量点－－4个
z CF卡:固件系统和用户数据
1.2.2CU320结构图
1.2.3 CU320_DRIVE-CLiQ 连接方式
z 在CU320上，一个DRIVE_CLIQ 口最多能连接16个接点 z 一排最多能连接8个接点
z 不能有环形连接
z 接点之间不能重复连接
z 整流单元与逆变电源不能连接在一根DRIVE_CLIQ 线上
CU320X100X101X102X103整流单元X200X201X202X203逆变单元X200X201X202X203逆变单元X200
X201X202X203
1.2.4常用接口模块
1.3多轴控制单元D435
1.3.1D435功能
对于要求复杂的运动控制任务，就需要使用功能强大的SIMOTION D （D435）控制系统模块来代替CU320控制单元。

z可控制：64个伺服驱动器
z硬件集成
9STEP7_317CPU
9数字量输入DI－－8个
9数字量输入/输出DI/DO－－8个（4个可作快速输入）
9Drive-CLiQ接口－－4个
9TCP/IP接口－－2个
9Prof ibus DP接口－－2个
9USB接口－－2个
9RS232接口－－1个
9选件插槽－－1个
9直接测量点－－4个
z CF卡(系统和用户数据)的版本及扩展功能
1.3.2D435结构图
1.3.3D435系统拓扑
z D435可自带S7_317CPU，可作为PROFIBUS DP主站，可连接其它驱动器、ET200等
z DRIVE_CLIQ连接方式基本上同CU320
1.4单轴驱动单元（电机模块）PM340
1.4.1书本型
z功率范围：单相0.12-0.75KW；三相0.37-90KW；
z进线电压：AC 1P_220V;AC 3P_380V
z过载特性：P10S=1.1*P N
P60S=1.5*P N
z冷却方式：内部风冷
z内置电阻制动控制单元，外部仅需接制动电阻
1.4.2装机装柜型
z功率范围：110-250KW
z进线电压：AC 3P_380V
z过载特性：P10S=1.1*P N
P60S=1.5*P N
z冷却方式：内部风冷；外部风冷
z内置电阻制动控制单元（可选件），外部需接制动电阻
1.4.3柜机型
对于大型或特殊要求的驱动单元，由SIEMENS整机成柜供货（S150）。

1.5馈电单元（电源模块）
1.5.1BLM基本型电源模块
z单一整流单元，需要制动控制单元和制动电阻实现快速制动
z功率范围：
93AC 380-480V: 20-710KW
93AC 660-690V: 250-1100KW
z直流母线电压：1.41*V L>V D C>1.32*V L
z过载特性：P S6=1.3*P N (4/10min);
P M a x=(1.46-2.19)*P N(10/60s)
z冷却方式：内部风冷；外部风冷；外部水冷
z发光二极管LED状态：
Ready DC Link 状态说明备注
暗暗无电源
绿暗 系统就绪
DRIVE CLIQ通讯OK
绿橙 系统就绪
DRIVE CLIQ通讯OK
DC母排已上电
绿红 系统就绪
检查电网电压
DRIVE CLIQ通讯OK
DC母排电压太高
橙橙正在建立DRIVE CLIQ通讯
红－系统故障复位
红/绿(0.5Hz) - 正在数据下载
红/绿(2Hz) - 数据下载完成，等待上电执行上电
1.5.2SLM智能型电源模块
z整流/回馈单元，但直流母线电压不可调
z功率范围：3AC 380-480V: 5-36KW
z直流母线电压：1.41*V L>V D C>1.32*V L
z过载特性：P S6=1.3*P N (4/10min);
P M a x=(1.46-2.19)*P N(10/60s)
z冷却方式：内部风冷；外部风冷；外部水冷
z发光二极管LED状态：同上
1.5.3ALM主动型电源模块
z整流/回馈单元，且直流母线电压可调
z功率范围：
9书本型3AC 380-480V: 16-120KW
9装机装柜型3AC 380-480V: 132-900KW
3AC 660-690V: 560-1400KW z直流母线电压：1.41*V L>V D C>1.32*V L电压可调
z发光二极管LED状态：同上
1.6多轴驱动单元（电机模块）
1.6.1书本型
z功率范围：单轴1.6-107KW；双轴2*(1.6-9.7)KW
z最大输出电压：0.67*V D C
z输出频率：伺服控制0-600Hz
矢量控制0-300Hz
V/F控制0-300Hz
z过载特性：P10S=1.1*P N
P60S=1.5*P N
z冷却方式：内部风冷；外部风冷
z发光二极管LED状态：
Ready DC Link 状态说明备注
暗暗无电源
绿暗 系统就绪
DRIVE CLIQ通讯OK
绿橙 系统就绪
DRIVE CLIQ通讯OK
DC母排已上电
绿红 系统就绪
检查电网电压
DRIVE CLIQ通讯OK
DC母排电压太高
橙橙正在建立DRIVE CLIQ通讯
红－系统故障复位
红/绿(0.5Hz) - 正在数据下载
红/绿(2Hz) - 数据下载完成，等待上电执行上电
1.6.2装机装柜型
z功率范围：(DC510-720V):110-250KW
(DC670-1035V):75-250KW
z最大输出电压：0.67*V D C
z输出频率：伺服控制0-600Hz
z矢量控制0-300Hz
z V/F控制0-300Hz
z过载特性：P10S=1.1*P N
P60S=1.5*P N
z冷却方式：内部风冷；外部风冷
1.6.3柜机型
对于大型或特殊要求的驱动单元，由SIEMENS整机成柜供货（S150）。

1.7CF卡
1.7.1CF卡功能
CF卡是S120控制单元
（CU）工作时必备的存储器，
其中存储了固件系统
（Firmware）、用户数据、授
权、固件版本、序列号等。

S120上电后，自动将CF卡内的固件系统复制到S120的RAM中引导启动；在Copy RAM to ROM操作时，将S120中RAM的数据存储到CF卡上。

在断电状态下，数据可以永久保存。

1.7.2CF卡订货号与版本的关系
选购CF卡时，要注意：（1）固件版本、（2）是否带性能扩展、（3）是否带集成安全功能。

CF卡订货号与固件版本关系
不带扩展功能6SL3054-0AA00-1AA0
带扩展功能6SL3054-0AA01-1AA0
1.7.3CF卡使用注意事项
z CU310、CU320的CF卡可以通用（目前是V2.6）
z CU320_2DP的CF卡为（目前是V4.4）不可以通用
z带“性能扩展”的CF卡可使CPU的负载率提高一倍，对多轴系统尤为重要，(在CF卡根目录下多了一个KEYS文件夹)“性能扩展”可以单独购买（6SL3074-0AA01-0AA0）。

z如果使用不带“性能扩展”的CF卡，而CPU负载率较高时，系统会出现A13000报警，同时CU上的RDY灯会闪耀。

z CU310单轴控制单元，不需要使用带“性能扩展”的CF卡。

z CF卡只能在断电状态下进行插拔操作。

z使用读卡器可以访问CF卡，进行数据备份；千万不可进行格式化，否则CF卡将会报废。

z在CF卡内，SIEMENS\SINAMICS\DATA\CFG\文件夹内含有STEP7硬件组态所需的”GSD”文件。

2软件简介
2.1选型配置软件SIZER z主要功能：
9配置馈电单元
9配置驱动单元
9配置轴数
9配置电机
9配置电机附件（抱闸、编码器）9器件清单
z不需要用户授权
2.2调试软件STARTER (STARTER是SCOUT的一部分)
z适用传动装置：
9MM410 – MM440
9G110 – G150
9S120 – S150
z主要功能：
9集成了Drive ES软件
9硬件组态（手动/自动）
9参数设置
9自动辨识（静态/动态）
9故障诊断
9模拟操作面板
9趋势图
9参数下载/上传
9驱动装置的硬件版本查询及升级z不需要用户授权
z需要STEP7_V5.4(SP4)以上
2.3编程、调试软件SCOUT z主要功能：
9集成了STARTER调试软件
9主要用于调试SIMOTION
9进行控制程序编辑
9凸轮文本编辑
z需要用户授权
z需要STEP7_V5.4(SP4)以上
3调试先决条件
1.准备好RS232连接电缆或CP5512（CP5611）连接电缆
2.DC24V、AC380-3P电源已送上
3.抱闸已打开，电机轴不带负载
3.1.1CU320_DRIVE-CLiQ连接方式
z在CU320上，一个DRIVE_CLiQ口最多能连接16个接点z一排最多能连接8个接点
z不能有环形连接
z接点之间不能重复连接
z整流单元与逆变电源不能连接在一根DRIVE_CLiQ线上
CU320X100X101X102X103整流单元X200X201X202X203逆变单元X200X201X202X203逆变单元X200
X201X202X203
3.1.2DC24V连接方式
单轴电机模块（CU310）
z板卡的工作电源（DC24V）有二种方式获取
1、DC24V控制电源从X124:1(+24V) - 4(M) 接入
2、通过三相交流电源，内部产生DC24V控制电源
z对于主回路不装接触器的驱动器一般就不必再从X124接入
多轴电机模块（CU320）
z各板卡的工作电源是通过模块前部的DC24V小母排连接
z整流模块上的X21:3-4之间必须连接DC24V，作为“使能信号“，否则将无法运行
z电机模块上的X21:3-4之间DC24V，一般可以不接
3.1.3参数的序号范围
4在线连接调试
4.1运行“STARTER”软件
运行“STARTER”(V4.1.5.1)软件(V4.2.0)
4.2建立项目
（以3＃线运卷小车为案例）
1、选用”连接导向”进行建立项目
4.3P C ÅÆS120在线(Online)连接
选用”连接导向”进行在线连接，通常可用选择二种访问路径：z RS232 (PPI)（不能诊断）
z PROFIBUS DP （CP5512、CP5611等）
注意：在PC/PG Interface中，需要将STEP 7 访问路径与驱动的访问路径选择一致。

4.3.1RS232串行连接
4.3.2PROFIBUS DP连接
4.3.3PCÅÆPLCÅÆS120连接
采用PC Adapter（USB）可通过PCÅÆPLCÅÆS120连接，必须采取一下措施：
1、在PLC硬件配置时将S120配置在DP网上
2、通过STEP7编程界面进入STARTER
3、PC Adapter（USB）通过PLC的MPI口进行S120连接
4、在PC/PG Interface中，需要将STEP 7 访问路径与驱
动的访问路径选择一致。

4.4在线(Online)连接操作
4.5恢复工厂设置方法一：
方法二：
4.6自动配置(Automatic Conf igration)
对于初次连接获取节点后，在控制单元下方有“Automatic Conf igration”，点击后，在跳出的画面中选择Load PG（Upload），就可以把节点的配置上传到新建的项目中了,仅需选择伺服控制（Ser vo）控制（r107＝11）或矢量（Vector）控制（r107＝12）。

4.7自动配置上传后检查
自动配置上传完成后，检查上传的各单元配置是否与硬件实物相符。

z控制单元－－CU_S_126
z整流单元－－S_INF_02
z1＃矢量逆变单元－－VECTOR_03
z2＃矢量逆变单元－－VECTOR_04
注意：若有传动系统中无法自动识别的组件（如：SMC模块连接的编码器、电机等）需要在离线状态下手动配置、编译、存盘、在线后再下载到S120中。

4.8在线(OnLine)同步比较（PC/PGÅÆS120）
在以后的“在线连接”（OnLine）后，系统自动进行PC/PG中的参数（OffLine）与S120中的参数（OnLine）进行比较，若有不同：
z可选择将PC/PG中的参数“Download”到S120中
z可选择将S120中的参数“load to PG”到PC/PG中
4.9复制RAM to ROM
“在线连接”（OnLine）状态下，S120中修改的参数是存放在RAM中，必须随时将RAM中的参数复制到ROM（CF卡）中，否则断电后数据立即丢失。

方法一：
方法二：
每次变频器上电时，系统会自动将ROM（CF卡）中的数据复制到RAM中。

4.10RAM、CF卡（ROM）及Starter的关系。