福州西门子变频器代理商

上海西邑电气技术有限公司

福州西门子变频器代理商   福建西门子变频器代理商   厦门西门子变频器代理商

1. USS通信介绍

1.1. USS协议特点
USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口) 是西门子专为驱动装置开发的通信协议。USS 协议的基本特点如下：

? 支持多点通信（因而可以应用在 RS 485 等网络上）
? 采用单主站的“主－从”访问机制
? 每个网络上较多可以有 32 个节点（较多 31 个从站）
? 简单可靠的报文格式，使数据传输灵活高效
? 容易实现，成本较低

USS 的工作机制是，通信总是由主站发起，USS 主站不断循环轮询各个从站，从站根据收到的指令，决定是否以及如何响应。从站永远不会主动发送数据。从站在以下条件满足时应答：
-- 接收到的主站报文没有错误，并且
-- 本从站在接收到主站报文中被寻址
上述条件不满足，或者主站发出的是广播报文，从站不会做任何响应。对于主站来说，从站必须在接收到主站报文之后的一定时间内发回响应。否则主站将视为出错。
USS 的字符传输格式符合 UART 规范，即使用串行异步传输方式。USS 在串行数据总线上的字符传输帧为 11 位长度，如表1所示：

表1：USS字符帧

USS 协议的报文简洁可靠，高效灵活。报文由一连串的字符组成，协议中定义了它们的特
定功能，表2所示：

表2：USS报文结构

每小格代表一个字符（字节）。其中：
STX： 起始字符，总是 02 h
LGE： 报文长度
ADR：从站地址及报文类型
BCC： BCC 校验符
净数据区由 PKW 区和 PZD 区组成，如表3所示：

表3：USS净数据区

PKW： 此区域用于读写参数值、参数定义或参数描述文本，并可修改和报告参数的改变 。其中：

• PKE： 参数 ID。包括代表主站指令和从站响应的信息，以及参数号等
• IND： 参数索引，主要用于与 PKE 配合定位参数
• PWEm：参数值数据

PZD： 此区域用于在主站和从站之间传递控制和过程数据。控制参数按设定好的固定格式在主、从站之间对应往返。如：

• PZD1：主站发给从站的控制字/从站返回主站的状态字
• PZD2： 主站发给从站的给定/从站返回主站的实际反馈

根据传输的数据类型和驱动装置的不同，PKW 和 PZD 区的数据长度都不是固定的，它们可以灵活改变以适应具体的需要。但是，在用于与控制器通信的自动控制任务时，网络上的所有节点都要按相同的设定工作，并且在整个工作过程中不能随意改变。
注意：
对于不同的驱动装置和工作模式，PKW 和 PZD 的长度可以按一定规律定义。 一旦确定就不能在运行中随意改变 ；
PKW 可以访问所有对 USS 通信开放的参数；而 PZD 仅能访问特定的控制和过程数据；
PKW 在许多驱动装置中是作为后台任务处理，因此 PZD 的实时性要比 PKW 好。

1.2. S7-1200 USS通信简介

CM 1241 RS485 模块通过 RS485 端口与MM440进行通信。 可使用 USS 库控制MM440和读/写MM440参数。该库提供 1 个 FB 和 3 个 FC 来支持 USS 协议。 每个 CM1241 RS485 通信模块较多支持 16 个MM440。连接到一个 CM 1241 RS485 的所有MM440（较多 16 个）是同一 USS 网络的一部分。连接到另一 CM 1241 RS485 的所有MM440是另一 USS 网络的一部分。 因为 S7-1200较多支持三个 CM 1241 RS485 设备，所以用户较多可建立三个 USS 网络，每个网络较多 16 个MM440，总共支持 48 个 USS MM440。各 USS 网络使用各自一的数据块进行管理（使用三个 CM 1241 RS485 设备建立三个 USS网络需要三个数据块）。 同一USS 网络相关的所有指令必须共享该数据块。 这包括用于控制网络上所有MM440的 USS_DRV、USS_PORT、USS_RPM 和USS_WPM 指令。

2. 硬件需求及接线

2.1. 硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以使用USS通信协议通过通信模块CM1241 RS485来实现S7-1200与MM440变频器的通信。
本例中使用的PLC硬件为：
1） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
2) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
3) CSM 1277 ( 6GK7 277 -1AA00 - 0AA0)
本例中使用的MM440变频器硬件为：
1） MM440 （ 6SE6440 - 2AB11 - 2AA1 ）
2） MICROMASTER 4 ENCODER MODULE （ 6SE6400 - 0EN00 - 0AA0 ）
3） SIEMENS MOTOR （ 1LA7060 - 4AB10 - Z ）
4） USS 通信电缆 ( 6XV1830 - 0EH10 )

2.2. 接线
建议使用西门子的网络插头和PROFIBUS电缆。在 S7-1200 CPU 通信口上使用西门子网络插头。
PROFIBUS 电缆的红色导线B 即 RS 485 信号 +，此信号应当连接到 MM 440 通信端口的 P+；绿色导线A 即 RS 485 信号 -，此信号应当连接到 MM 440 通信端口的 N-。

 
图1： MM440接线端子                                       表4：MM440端子定义

因为MM 440 通信口是端子连接，所以 PROFIBUS 电缆不需要网络插头，而是剥出线头直接压在端子上。如果还要连接下一个驱动装置，则两条电缆的同色芯线可以压在同一个端子内。PROFIBUS 电缆的红色芯线应当压入端子 29；绿色芯线应当连接到端子 30，如图1、表4所示。完整接线图如图2所示。

图2： S7-1200与MM440接线图

a. 屏蔽/保护接地母排，或可靠的多点接地。此连接对抑制干扰有重要意义。
b. PROFIBUS 网络插头，内置偏置和终端电阻。
c. MM 440 端的偏置和终端电阻。
d. 通信口的等电位连接。可以保护通信口不致因共模电压差损坏或通信中断。
e. 双绞屏蔽电缆（PROFIBUS）电缆，因是高速通信，电缆的屏蔽层须双端接地（接 PE）。
注意，以下几点对网络的性能有较为重要的影响。几乎所有网络通信质量方面的问题都与未考虑到下列事项有关：

? 偏置电阻用于在复杂的环境下确保通信线上的电平在总线未被驱动时保持稳定；终端电阻用于吸收网络上的反射信号。一个完善的总线型网络必须在两端接偏置和终端电阻。
? 通信口 M 的等电位连接建议单独采用较粗的导线 ，而不要使用 PROFIBUS 的屏蔽层，因为此连接上可能有较大的电流，以致通信中断。
? PROFIBUS 电缆的屏蔽层要尽量大面积接 PE。一个实用的做法是在靠近插头、接线端子处环剥外皮，用压箍将裸露的屏蔽层压紧在 PE 接地体上（如 PE 母排或良好接地的裸露金属安装板）。
? 通信线与动力线分开布线；紧贴金属板安装也能改善抗干扰能力。驱动装置的输入/输出端要尽量采用滤波装置，并使用屏蔽电缆。
? 在 MM 440 的包装内提供了终端偏置电阻元件，接线时可按说明书直接压在端子上。如果可能，可采用热缩管将此元件包裹，并适当固定。

3. 组态
我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和MM440变频器的USS通信。

3.1. PLC 硬件组态

首先在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图3所示。

图3： 新建S7 1200项目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模块CM1241 RS485模块，如图4所示：

图4： S7 1200硬件配置

在CPU的属性中，设置以太网的IP地址，建立PG与PLC的连接，如图5所示。

图5： S7 1200 IP地址的设置

3.2. MM440参数设置

我们假定已经完成了驱动装置的基本参数设置和调试（如电机参数辨识等等），以下只涉及与 S7-1200 控制器连接相关的参数。
MM 440 的参数分为几个访问级别，以便于过滤不需要查看的部分。 与 S7-1200 连接时，需要设置的主要有“控制源”和“设定源”两组参数。要设置此类参数，需要“*”参数访问级别，即首先需要把 P0003 参数设置为 3。
控制源参数设置：
控制命令控制驱动装置的启动、停止、正/反转等功能。控制源参数设置决定了驱动装置从何种途径接受控制信号，如表5所示。

表5：控制源由参数 P0700 设置

此参数有分组，在此仅设**组，即 P0700[0]。
设定源控制参数：
设定值控制驱动装置的转速/频率等功能。设定源参数决定了驱动装置从哪里接受设定值（即给定），如表6所示。

表6：设定源由参数 P1000 设置

此参数有分组，在此仅设**组，即 P1000[0]。
控制源和设定源之间可以自由组合，根据工艺要求可以灵活选用。我们以控制源和设定源都来自 COM Link 上的 USS 通信为例，简介 USS 通信的参数设置。

 当一台感应电机被机械驱动，并且有一台变频器给电机的出线端子提供某一电压的时候，它将作为一台发电机给变频器回馈能量。
        通常，在交流电机和负载的减速阶段，储存的大部分能量将被电机转化为电能反馈到变频器。当一个高惯性负载突然减速时，会有过大的反馈能量不能被变频器的直流母线所吸收，导致直流母线上电压过高而跳闸。

        由于变频器的直流侧电容只能吸收很小一部分的反馈能量，对于**过系统本身损耗的的制动力矩, 需提供一个动力制动电路来消除剩余能量。通过控制一个**的制动控制电路控制的制动单元的工作/停止周期来防止直流母线上的电压过高。通过控制在发电过程中制动单元的工作/停止周期来防止直流电压**过较大值和直流侧电容的过度充电。许多变频器的固有特征是当输出频率小于基础频率时，为恒定V/F比值控制（力矩恒定）；当输出频率大于基础频率时，为恒电压控制（功率恒定）。因为其恒压变频特性，基础频率之上的再生功率是恒定的，但在基础频率之下，将逐渐衰减至在速度为零时功率为零。当停车时，系统固定损耗大多数情况为摩擦力使驱动系统停止。
        当运行在基础频率之上任何速度，再生功率都为较大值且保持恒定，此时制动电阻器发挥较大功效。较大制动扭矩与在恒定电压下反比于电阻值的再生电流是一对函数关系。于是电阻值的选择决定了制动扭矩的大小。
        电阻的额定功率取决于制动周期（制动时间和循环时间）和电阻的冷却。
        出于安全的考虑，通常使用一个热继电器来单独保护电阻防止持续过载。这个热继电器应该控制切断变频器输入电源。

制动电阻的应用

        通常情况下，当电源为380-460V时，变频器的直流母线电压较大值为800V，电阻，电缆，绝缘需与此工作电压匹配。
        电阻值及额定功率可以由需吸收的能量，即释放的功率值和连续减速的延时时间算出。为了得到电阻的阻值需要知道要求的制动扭矩；为了得到电阻的额定功率需要知道负载的能量有多大。
        电机和负载的动能等于 0,5 J?2

在此    J = 电机和驱动器的总转动惯量(Kgm2 )
? = 角速度 (弧度值/秒), 或者

        因为能量与角速度的平方成正比，系统的较大能量集中在高速状态，会在开始减速的时候传递给电阻。假如电机运转在基础频率之上，传递给电阻的能量为定值，直到降至基础频率以下。用于制动周期的制动电阻应能承受热冲击，推荐使用额定脉冲式电阻。

举例：
转动惯量为10 的负载由1500rpm减速到静止。
计算制动电阻值，额定功率。

需要的数据:
        电机及驱动                                             30kW
        电机额定转矩                                         191Nm
        减速时间                                                 待定
        重复周期时间                                         30 s
        负载转动惯量 (J)                                    10 Kgm2
        电阻阻值(R)                                            未知
        电阻额定功率值（Pr）                         未知
        电阻工作电压 (V)                                  750V

首先较基本的一步是确定减速时间 (Tb ):

                                        

较大减速发生在电机额定转矩的150%。
较大值         Mb max = 1.5 x 191 = 286.5
较快的减速时间Tb :  

秒

可以确定一个实际的减速时间 , 对于这个例子，令 =7s
计算减速时间为7s时需要的制动转矩

       

       

制动功率为：

	Kw

     = 35.24 kW

制动电阻阻值为：

        电阻的额定功率为：
        由于制动电阻的工作为间歇性的，其额定功率可按间歇性的功率选择而不必是连续功率。优点是可根据电阻的过载系数来充分利用电阻的过载值（O/L), 这个系数可由一组冷却曲线得出，这个曲线是由制动电阻生产商或者供应商提供的。
        在这个例子中，减速时间设置为7秒，循环周期时间为30秒。
        所选择的电阻的额定功率为：

      
      = 17.5Kw

        实际上，在再生制动过程中，电机和负载的机械损耗可耗散15%到20%的制动能量。通常的情况下，实际上推荐的制动电阻阻值是代表应用中的较小值，使用推荐的阻值有可能会产生额外的制动转矩。然而，由于负载惯量的能量反馈值是由减速度决定，制动单元通过调整制动电阻的运行/停止周期来实现按照实际速率消耗能量。

问题

当MM4系列变频器出现F0001故障时该如何解决?

F0001

变频器过电流，变频器输出电流**过较大允许电流，常见故障可分为以下三类，电机故障、负载问题以及变频器故障。

常见原因

1. 电机问题

l  电机绕组相间或对地短路

l  电机电缆有接地故障

l  电机电缆长度**过了较大允许的电缆长度

l  电机电缆接线存在接触不良的情况

2. 负载问题

l  负载电机遇到冲击，或机械结构出现“卡住”现象，引起电机电流突然增加

l  变频器输出频率**过电机额定频率，电机处于弱磁状态，负载波动引起过电流

l  变频器斜坡上升下降时间与负载特性不匹配，如加、减速时间太短

l  电动机功率与变频器的功率不相匹配，小变频器拖动大电机(小马拉大车的情况)

l  变频器运行过程当中，使用接触器投入或切除电机

l  PID控制，反馈信号受到干扰波动较大，PI参数不合适

l  启动正在旋转的电机

l  矢量控制时电机参数或速度环参数不准确

l  势能负载（例如起重机）启动时过电流，电机抱闸控制不合理，或启动力矩不够

3. 变频器问题

l  变频器I/O板接触不良

l  变频器内部器件短路

l  变频器电流检测元件故障

 

常见处理办法

处理MM4系列变频器F0001故障，应首先明确变频器在何种工况下发生F0001故障，再按照故障的可能性逐条原因排查。常见工况：

1.        上电不运行就发生F0001故障，并且不能复位故障

2.        上电没有F0001故障，一启动马上报F0001故障，可以复位但启动马上又出现F0001

3.        正常运行过程中偶尔报F0001故障

对于*1种情况，由变频器问题引起的可能性较大，可尝试拆除控制接线、电机接线，只保留变频器供电电源和地线，尝试能否复位故障，如果不能复位，变频器可能损坏，请联系维修部门。如果故障能复位，检查变频器外部接线是否存在问题。

对于*2种情况，由电机问题引起的可能性较大，可尝试拆除控制接线、电机接线，只保留变频器供电电源和地线，尝试使用BOP面板空载启动变频器（变频器控制方式需要设置为V/F方式），如果变频器不出现F0001故障，请着重检查电机和电机电缆绝缘情况、电机电缆是否**长、以及电机电缆是否存在接触不良的情况，或更换电机进行测试。如果变频器仍然出现F0001故障，变频器可能损坏，请联系维修部门。

对于*3种情况，由负载问题引起的可能性较大，请按照“常见故障原因”中负载问题逐条分析。

注意：该故障无法屏蔽。

 

案例集

序号	故障现象描述	可能的故障原因及处理措施
1	变频器上电未启动就报F0001故障，并且无法复位，拆除控制接线、电机接线，只保留变频器供电电源和地线，仍然不能复位故障	原因：变频器损坏   措施：请联系维修部门
2	变频器上电正常，一起动电机不转马上报F0001故障，故障可以复位，复位后再启动仍然出现F0001，拆除电机电缆空载起动变频器，不再出现F0001	原因：可能由于电机或电机电缆绝缘不良导致   措施：检查电机绝缘
3	MM430带风机负载，启动前风机叶片无规则旋转，启动马上报F0001故障	原因：启动正在旋转的电机   措施：激活直流制动，或者采用机械方式，锁定电机轴
4	MM430带风机负载，启动前风机被风吹着一直在旋转，启动马上报F0001故障	原因：启动正在旋转的电机   措施：激活捕捉再启动
5	风机负载，电网闪动时， 变频器激活了自动再启动功能，自动复位欠压故障后再启动，偶尔出现F0001故障	原因：风机为大惯量负载，变频器F0001故障后停机，但风机由于惯性仍然在旋转，再启动时变频器启动正在旋转的电机导致过流   措施：激活捕捉再启动功能
6	起重机主钩，平地起动报F0001故障	原因：电机速度环比例积分参数可能不合适   措施：优化电机参数
7	起重机主钩，悬停起动报F0001故障	原因：电机抱闸控制不合理，或启动力矩不够   措施：优化抱闸控制逻辑，提高低频扭矩
8	起重机大车行走机构，启动F0001	原因：通常大车行走机构为一带多形式，单台电机有问题， 容易导致变频器过流   措施：检查外围机械， 检查电机匝间绝缘
9	430变频器用于恒压供水，水泵切换时出现F0001故障	原因：变频器运行过程当中，使用接触器投入或切除电机   措施：必须封锁变频器脉冲输出才能进行接触器的投切
10	440驱动挤出机，运行过程出现F0001	原因：是否投料太多，出现卡住现象   措施：考虑特殊机械的选型余量
11	430驱动风机、水泵**50Hz运行F0001	原因：变频器**频运行 ，风机泵类负载导致电机轴功率按照3次方关系加大   措施：限制频率上限，避免变频器**速运行
12	440驱动 离心机，离心机全速运行后，增加物料，变频器F0001	原因：突然增加负载，导致变频器过流   措施：需要缓慢增加负载
13	430恒压供水系统，偶尔F0001	原因：模拟量反馈信号受干扰波动较大或PI参数设置不合适   措施：排出干扰增加模拟量滤波时间，调整PI参数
14	440变频器输出电缆**长，偶尔F0001	原因：长电缆导致分布电容加大，导致变频器峰值电流加大   措施：加装输出电抗器、缩短电缆长度
15	440驱动带抱闸的电机，抱闸由PLC控制，停车时F0001	原因：电机减速过程突加负载引起过流   措施：使用变频器抱闸控制逻辑或停机后延时关闭抱闸
16	MM440驱动移动小车，偶尔F0001	原因：小车震动导致电机电缆接触不良引起过电流   措施：禁锢接线端子

 

注意

以上内容仅作为故障报警排查的指导，不具有**性，导致变频器故障报警的原因很多，情况也较复杂，本文只是对常见的故障报警原因和处理方法进行说明，供参考。

http://zx2015888.cn.b2b168.com