1.硬件接线
西门子基本型变频器 SINAMICS V20 可应用于恒压供水系统，本文提供具体的接线及简单操作流程。
通过BOP设置固定的压力目标值，使用 4~20mA管道压力反馈仪表构成的PID控制恒压供水系统的接线如下图所示：
图1-1.V20变频器用于恒压供水典型接线
2调试步骤
2.1 工厂复位
当调试变频器时，建议执行工厂复位操作：
P0010 = 30
P0970 = 1
(显示50? 时 按下OK按钮选择输入频率，直接转至P304进入快速调试。)
2.2 快速调试
表2-1 快速调试参数操作流程
|
参数
|
功能
|
设置
|
|
P0003
|
访问级别
|
=3 （*级）
|
|
P0010
|
调试参数
|
= 1 （快速调试）
|
|
P0100
|
50 / 60 Hz 频率选择
|
根据需要设置参数值：
=0: 欧洲 [kW] ， 50 Hz （工厂缺省值）
=1: 北美 [hp] ， 60 Hz
|
|
P0304[0]
|
电机额定电压 [V]
|
范围： 10 ... 2000
说明：输入的铭牌数据必须与电机接线
（星形 / 三角形）一致
|
|
P0305[0]
|
电机额定电流 [A]
|
范围： 0.01 ... 10000
说明： 输入的铭牌数据必须与电机接线
（星形 / 三角形）一致
|
|
P0307[0]
|
电机额定功率 [kW / hp]
|
范围： 0.01 ... 2000.0
说明： 如 P0100 = 0 或 2 ，电机功率
单位为 [kW]
如 P0100 = 1 ，电机功率单位为 [hp]
|
|
P0308[0]
|
电机额定功率因数（ cosφ ）
|
范围： 0.000 ... 1.000
说明： 此参数仅当 P0100 = 0 或 2 时可见
|
|
P0309[0]
|
电机额定效率 [%]
|
范围： 0.0 ... 99.9
说明： 仅当 P0100 = 1 时可见
此参数设为 0 时内部计算其值。
|
|
P0310[0]
|
电机额定频率 [Hz]
|
范围： 12.00 ... 599.00
|
|
P0311[0]
|
电机额定转速 [RPM]
|
范围： 0 ... 40000
|
|
P0314[0]
|
电机较对数
|
设置为0时内部计算其值。
|
|
P0320[0]
|
电机磁化电流[%]
|
定义相对于电机额定电流的磁化电流。
设置为0时内部计算其值。
|
|
P0335[0]
|
电机冷却
|
根据实际电机冷却方式设置参数值
= 0: 自冷（工厂缺省值）
= 1: 强制冷却
= 2: 自冷与内置风扇
= 3: 强制冷却与内置风扇
|
|
P0507
|
应用宏
|
=10: 普通水泵应用
|
|
P0625
|
电机环境温度
|
范围： -40... 80℃（工厂设置20）
|
|
P0640[0]
|
电机过载系数 [%]
|
范围： 10.0 ... 400.0 （工厂缺省值： 150.0 ）
说明： 该参数相对于 P0305 （电机额定电
流）定义电机过载电流极限值。建议
保留工厂缺省值。
|
|
P0700
|
选择命令源
|
= 2: 端子启动
|
|
P0717
|
连接宏
|
=8: PID 控制与模拟量参考组合
|
|
P0727
|
2/3线控制方式选择
|
=0: 西门子标准控制（启动 / 方向）
|
|
P1000[0]
|
频率设定值选择
|
=0: 无主设定值
|
|
P1080[0]
|
较小频率 [Hz]
|
范围： 0.00 … 599.00 （工厂缺省值： 0.00 ）
说明： 此参数中所设定的值对正转和反转
都有效。 例如可设置为30Hz。
|
|
P1082[0]
|
较大频率 [Hz]
|
范围： 0.00 … 599.00 （工厂缺省
值： 50.00 ）
说明： 此参数中所设定的值对正转和反转
都有效。
|
|
P1120[0]
|
斜坡上升时间 [s]
|
范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省
值： 10.00 ）
说明： 此参数中所设定的值表示在不使用
圆弧功能时使电机从停车状态加速
至电机较大频率（ P1082 ）所需的
时间。
|
|
P1121[0]
|
斜坡下降时间 [s]
|
范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省
值： 10.00 ）
说明： 此参数中所设定的值表示在不使用
圆弧功能时使电机从电机较大频率
（ P1082 ）减速至停车状态所需的
时间。
|
|
P1135[0]
|
OFF3 斜坡下降时间
|
范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省值： 5.00 ）
|
|
P1300[0]
|
控制方式
|
= 0: 具有线性特性的 V/f 控制（潜水泵适用）
= 2: 具有平方特性的 V/f 控制 （离心循环泵
适用）
|
|
P1900
|
电机识别
|
= 0 : 暂时跳过电机辨识
|
|
P3900
|
快速调试结束
|
= 3: 仅对电机数据结束快速调试
说明：
在计算结束之后， P3900 及 P0010
自动复位至初始值0 。
变频器显示 “8.8.8.8.8” 表明其正在执行
内部数据处理。
|
|
P1900
|
选择电机数据识别
|
= 2: 静止时识别所有参数
|
此时变频器屏幕出现三角报警符号。报警号A541。
此时通过端子启动变频器，开始电机数据识别，待报警符号消失后，
电机识别完成。
|
2.3 输入输出端子相关参数设置
2.3.1 DI端子设置
P0700[0]＝2 端子启动
P0701[0]＝1 DI1 作为启动信号
P0703[0]＝9 DI3作为故障复位
2.3.2 DO端子设置
P0731[0]＝52.2 DO1设置为运行信号
P0732[0]＝52.3 DO2设置为故障信号
P0748.1＝1 DO2作为故障输出，有故障时NO触点闭合，
无故障时NO触点断开。
2.3.3 AI端子设置
P0756[0] ＝2 模拟量输入通道1，电流信号
P0757[0] ＝4 模拟量输入通道1定标X1=4mA
P0758[0] ＝0 模拟量输入通道1定标Y1=0%
P0759[0] ＝20 模拟量输入通道1定标X2=20mA
P0760[0] ＝100 模拟量输入通道1定标Y2=**
P0761[0] ＝4 模拟量输入通道1死区宽度4mA
2.3.4 AO端子设置
P0771[0]＝21 模拟量输出通道1，设置为实际频率输出
P0773[0]＝50 模拟量输出通道1，滤波时间50ms
P0777[0]＝0 模拟量输出通道 定标X1=0%
P0778[0]＝4 模拟量输出通道 定标Y1=4mA
P0779[0]＝100 模拟量输出通道 定标X2=**
P0780[0]＝20 模拟量输出通道 定标Y2=20mA
P0781[0]＝4 模拟量输出通道死区宽度4mA
2.4 PID恒压控制功能调试
P2200[0]＝1 使能PID控制器
P2240[0]＝X 依用户需求设置压力设定值的百分比
P2253[0]＝2250 BOP作为PID目标给定源
P2264[0]＝755.0 PID反馈源于模拟通道1
P2265＝1 PID反馈滤波时间常数
P2274＝0 微分时间设置。通常微分需要关闭，设置为0
P2280＝P参数 比例增益设置（需要根据现场调试）
P2285＝I参数 积分时间设置（需要根据现场调试）
2.5 其他可选功能
2.5.1 斜坡启动、自由停车 设置
P0701[0]＝99 端子DI1使用BICO连接功能
P0840[0]＝722.0 端子DI1设置为启动功能
P0852[0]＝722.0 端子DI1设置为脉冲使能
2.5.2 使用2线制压力反馈仪表的接线
图2-1 压力反馈使用2线制仪表的接线
2.5.3 休眠功能
V20变频器具有简单休眠功能：当需求频率低于阈值时电机停转，当需求频率**阈值时电机启动。
西门子6ES7132-4HB01-0AB0
图2-2 简单休眠模式下要求的响应
P2365[0]＝1 休眠使能 / 禁止 此参数使能或禁止休眠功能。
P2366[0]＝t1 电机停止前的延迟 [s] 在休眠使能的情况下，此参数
定义变频器进入休眠模式之前的延迟时间。
范围： 0 ... 254 （工厂缺省值： 5 ）
P2367[0]＝t2 电机启动前的延迟 [s] 在休眠使能的情况下，此参数定义变频器
退出休眠模式之前的延迟时间。
范围： 0 ... 254 （工厂缺省值： 2 ）
2.5.4捕捉启动功能
水泵启动前可能处在自由旋转状态，为避免启动时出现过电流，可设置捕捉启动功能：
P1200＝1 始终激活捕捉启动 双方向有效；
P1202[0]＝50 以电机额定电流P305表示的搜索电流大小。
P1203[0]＝100 较大600ms的搜索时间
2.5.5 BOP设置目标值记忆
P2231[0]＝1 设定值存储激活
3常见故障和报警
表3-1 常见故障及处理
|
故障代码
|
故障分析
|
诊断及处理
|
F1
过电流
|
? 电机功率（ P0307 ）与
变频器功率（ r0206 ）
不一致
? 电机导线短路
? 接地故障
r0949 = 0 ： 硬件报告
r0949 = 1 ： 软件报告
|
检查下列各项：
? 电机功率（ P0307 ）必须与变频器功率（ r0206 ）一致
? 电缆长度不得**过允许的极限值
? 电机电缆和电机内部不得有短路或
接地故障
? 电机参数必须与实际使用的电机相配
? 定子电阻值（ P0350 ）必须正确误
? 电机不得出现堵转或过载现象
? 增大斜坡上升时间（ P1120 ）
? 减小启动提升强度（ P1312 ）
|
F2
过电压
|
? 电源电压过高
? 电机处于再生模式
r0949 = 0 ： 硬件报告
r0949 = 1 或 2 ： 软件报告
|
检查下列各项：
? 电源电压（ P0210 ）必须在铭牌规定的
范围以内
? 斜坡下降时间（ P1121 ）必须与负载惯量
相匹配
? 需要的制动功率必须处于规定范围内。
? Vdc 控制器必须使能（ P1240 ）且参数
设置正确
说明：
斜坡下降过快或者电机由激活负载驱动
可能导致电机处于再生模式。
惯量越高，需要的斜坡时间越长；否则
需连接制动电阻。
|
F3
欠电压
|
? 电源故障。
? 冲击负载**过了规定的
限定值
r0949 = 0 ： 硬件报告
r0949 = 1 或 2 ： 软件报告
|
检查电源电压。
|
F4
变频器
过热
|
? 变频器过载
? 通风不足
? 脉冲频率过高
? 环境温度过高
? 风扇不工作
|
检查下列各项：
? 负载或负载循环是否过高？
? 电机功率（ P0307 ）必须匹配变频器
功率（ r0206 ）。
? 脉冲频率必须设为缺省值
? 环境温度是否过高？
? 变频器运行时风扇必须旋转
|
F5
变频器
I 2 t
|
? 变频器过载。
? 负载循环需求过高。
? 电机功率（ P0307 ）**过
变频器功率（ r0206 ）
|
检查下列各项：
? 负载循环必须处于规定范围内。
? 电机功率（ P0307 ）必须匹配变频器
功率（ r0206 ）。
|
F6
芯片温度**过临界值
|
电机过载
|
检查下列各项：
? 负载或负载阶跃是否过高？
? 电机标称过热参数（ P0626 - P0628 ）
必须设置正确
? 电机温度报警阈值（ P0604 ）必须匹配
|
F20
直流波动过高
|
计算出的直流波动阈值已**过安全阈值。 这通常是因为电源输入的一相丢失引起的
|
检查电源接线
|
F41
电机数据识别故障
|
电机数据识别故障。
? r0949 = 0 ： 无负载
? r0949 = 1 ： 识别中达到
电流极限值
? r0949 = 2 ： 识别出的
定子电阻小于 0.1% 或
大于**
? r0949 = 30 ： 电压极限值
时的电流控制器
? r0949 = 40 ： 识别出的
数据
集不一致，至少一个识别
故障基于阻抗
Zb = Vmot,nom / sqrt(3) /
Imot,nom 的百分比值
|
检查下列各项：
? r0949 = 0 ： 电机是否已连接到变频器？
? r0949 = 1 - 49 ： P0304 - P0311 中的
电机数据是否正确？
? 检查需要的电机接线类型（星形，
三角形连接）
|
F221
PID 反馈
信号低于较小值
|
PID 反馈信号低于较小值P2268
|
? 更改 P2268 的值
? 调整反馈增益
|
F222
PID 反馈
信号**较大值
|
PID 反馈信号**较大值P2267
|
? 更改 P2267 的值
? 调整反馈增益
|
表3-1 常见报警及处理
|
报警代码
|
报警分析
|
诊断及处理
|
A501
电流极限值
|
? 电机功率与变频器功率不一致
? 电机导线太长
? 接地故障
|
检查下列各项：
参见 F1
|
A502
过电压
极限值
|
达到过电压极限值。 如果
禁止Vdc控制器( P1240 = 0 ) ,
则该报警可能在斜坡下降时出现
|
如该报警总是显示，请检查变频器输入电 压
|
A503
欠电压
极限值
|
? 电源故障。
? 电源电压及直流母线电压（ r0026 ）低于规定极限值
|
检查电源电压
|
A504
变频器过热
|
已**过变频器散热器温度的报警阈
值、芯片结温的报警阈值，或芯片
结点上的温度可允许变化值，从而
导致脉冲频率降低和 / 或输出频率
降低（取决于 P0290 中的参数设
置）
|
说明：
r0037 = 0 ： 散热器温度
r0037 = 1 ： 芯片结温（包括散热器）
检查下列各项：
? 环境温度必须处于规定极限值内
? 负载条件及负载阶跃必须恰当
? 变频器运行时风扇必须旋转
|
A505
变频器
I 2 t
|
已**出报警阈值，如已设置相应参
数（ P0610 = 1 ）则电流会降低
|
检查负载循环是否处于规定极限值内
|
A506
IGBT 结温升高报警
|
过载报警。 散热器和 IGBT 结温的差值**出报警极限值
|
检查负载阶跃及冲击负载是否在规定极限值内
|
A507
变频器温度信号丢失
|
变频器散热器温度信号丢失 ;
传感器可能脱落
|
联系技术服务部门或更换变频器
|
A511
电机过热
I 2 t
|
? 电机过载。
? 负载循环或负载阶跃过高
|
无论是哪种温度确定形式，都应检查下列各项：
? P0604 电机温度报警阈值
? P0625 电机环境温度
? 检查铭牌数据是否正确。 不正确的
话，进 行快速调试。 通过执行电机
数据识别 （ P1900 = 2 ），可获得
准确的等效电路 数据。
? 检查电机重量（ P0344 ）是否
合理。 有必 要的话，更换电机。
? 如电机非西门子标准电机，则通过
P0626 、 P0627 及 P0628 改变
标准过热温度
|
A541
电机数据
识别激活
|
电机数据识别（ P1900 ）已选择或 正在运行
|
|
A910
Vdc-max 控制器被禁止
|
可能在以下情况下出现
? 电源电压（ P0210 ）持续
过高。
? 电机由激活负载驱动，从而
使 电机进入再生模式。
? 斜坡下降时，在很高的
负载惯 量下。
如果在变频器待机（输出脉冲禁 止）时出现报警 A910 并且随后给 出 ON 命令，则在排除 A910 报警
原因之前不会激活 Vdc-max 控制
器（ A911 ）
|
检查下列各项：
? 输入电压处于范围内
? 负载必须匹配
? 在某些情况下，使用制动电阻
|
A911
Vdc-max 控制器
激活
|
Vdc-max 控制器的作用是保持直流
母线电压（ r0026 ）低于 r1242 中
定义的阈值
|
检查下列各项：
? 电源电压必须在铭牌规定的
范围以内
? 斜坡下降时间（ P1121 ）必须与
负载惯量相匹配
说明：
惯量越高，需要的斜坡时间越长；
否则需连接制动电阻
|
A912
Vdc-min 控制器
激活
|
如果直流母线电压（ r0026 ）低于
r1246 中定义的阈值，则 Vdc-min
控制器会被激活；
此后，电机的动能用来缓冲直流母
线电压，从而使变频器减速。 因
此短路故障不一定会引起欠电压跳
闸。
请注意该报警可能在快速斜坡上升
时出现
|
|
A922
变频器无负载
|
变频器无负载。
因此，在常规负载条件下，
某些功能可能无法实现
|
检查电机是否连到变频器
|
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 :
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：
= 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。
