西门子6AG4112-1GA00-0PX0

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变频器在提升设备的相关应用

    这一期和大家谈谈变频器驱动提升类负载的相关问题，提升类负载实际上是位能性恒转矩负载的一个通俗说法。大家能直观想到这类负载的实际应用，比如：起重机的主钩副钩，卷扬机、电梯，扶梯，堆垛机升降机构，矿井罐笼，上料小车，斗提机，塔机，港口的装卸桥，门机，车厂的搬运设备等等。                                           

     我们在之前的栏目中曾经介绍过机械负载的分类，其中包含位能性恒转矩负载，这里再次回顾一下这种负载类型的特点：

１、 负载转矩恒定。

２、 负载转矩方向始终向下。

３、 特性曲线位于**、*四象限。

４、 重物下放，存在能量回馈情况。

    针对这种负载特性，无论哪个行业，什么工况的提升机设备，对于变频器电机构成的电气传动系统来讲，较核心的两个问题就是：

（１）  位能的处理。

（２）  抱闸的控制。

一、位能的处理：

１、重物下放过程中能量的转换过程

a.重物下放，重力势能转换成重物的动能。

b.重物通过钢丝绳、减速机等机械机构反脱电机（电机转子速度**过变频器输出的速度），使得电机处于发电状态，重物所具有的动能转化成电能。

c.电能通过变频器的逆变桥二极管，流向直流回路。

d.由于直流环节的电容容量所限，电能不可能无限制地吸收。

２、直流环节电能的处理：

a.如果变频器配备了制动单元和制动电阻，可以通过CU单元控制制动单元的开通，将制动电阻接入，将电能转换成电阻发热的热能。

b.如果变频器的整流桥具备能量回馈功能，可以通过CU单元控制控制整流单元，将能量回馈到电网。

c.电机回馈能量的及时处理， 确保变频器不发生过电压故障。

d.当然直流环节的电能是通过发热消耗掉，还是回馈电网再利用，需要综合考虑设备的工况和变频器的投入预算。

二、抱闸的控制：

     电机抱闸的控制，西门子变频器提供了抱闸控制方式，比如顺序控制，通过BICO互联参数进行控制。当电机的控制方式为矢量控制时，开闭抱闸条件为设定输出扭矩的门限值；如果电机的控制方式为V/F方式，开闭抱闸条件设定为速度的百分比。

     对于西门子的S120、G130、G150系列变频器，还提供了扩展抱闸功能，扩展抱闸的控制功能更强大一些，可以加入一些更复杂的状态参量，去控制抱闸。

     当然电机抱闸的控制也可以用外围的PLC进行控制。

三、提升类负载变频器调试注意事项

1、 抱闸的逻辑的调试、打开关闭延时时机调试（P1216，P1217）。

2、 多变频器控制多电机的系统，抱闸的动作需要一致。

3、 抱闸线圈不允许接到变频器的输出，需要正确接到相应电源上。

4、 制动单元、制动电阻参数正确设置（P219、P1531）。

5、 制动电阻工作过程中会发热，需保证制电阻周围有足够的散热空间。

6、 速度环优化、考虑 加速度预控。

7、 各种限幅保护，比如转矩、电流、功率等。

8、 对于载客人电梯，需要考虑舒适度，可以增加圆弧曲线；增设称重传感器，进而调整速度环PI参数。

9、 这类负载通常需要带载启动，要求变频器能够在低频输出大的扭矩，需要调整低频补偿电压。

10、 通常提升类应用，在轨道上或者钢丝绳滚筒上，都会设置极限、**极限保护，系统**速保护、钢绳过卷保护，防止重物冲**或者坠底。

11、 对于垂直载人电梯，设置机械电气的多重保护，比如机械限速、**重、井道安全钳等。

四、提升类负载常见问题及处理

１、 溜车：需要检查抱闸延迟时间，开闭抱闸的扭矩，或者外围控制抱闸的逻辑，抱闸的机械执行机构是否有问题。

２、 过流：抱闸打开过晚，电机处于堵转状态；重物由悬停状态进行二次起升时抱闸打开过早，重物开始下落，电机的输出扭矩不足以克服重物向下的扭矩，电机降速过程中抱闸投入过早；提升重量**过额定负载；速度环参数不合理。

３、 过压：可能制动电阻功率不够，或者参数设置不合适。

４、 制动电阻发热严重， 检查电阻功率选择，是否满足负载回馈功率的峰值及平均功率的曲线，是否满足电阻本身负载的重复周期。制动模块和制动电阻的负载曲线请参考下图：

.2.1. S7-PLCSIM安装与使用：
STEP7标准版并不包括S7-PLCSIM软件包及授权，需单独购买，STEP7 Professional 版包括了S7-PLCSIIM的软件包及授权，安装即可。在菜单Options中，可以激活S7-PLCSIM,此时再进行上传/下载/监控等操作就是针对S7-PLCSIM了，而不会对真实PLC进行操作（不论PLC是否联机）。

图2 1S7-PLCSIM 调用

2.3. S7-PLCSIM软件兼容性
不同S7-PLCSIM 软件版本与STEP7及操作系统之间的兼容性：图中的 X 表示兼容，- 表示不兼容

图2 2S7-PLCSIM 软件兼容性

3. S7-PLCSIM的使用

3.1. S7-PLCSIM特性
S7-PLCSIM 可以模拟一个S7控制器，并且具备以下资源：

另外，S7-PLCSIM 还具备以下特性：

? 可以插入视图来访问：PLC的输入/ 输出/中间寄存器/定时器/计数器/数据块，支持符号地址访问方式
? 可以使定时器自动运行或手动控制它们，可以分别或统一复位定时器
? 可以更改CPU操作模式 (STOP, RUN, RUN-P)。并且S7-PLCSIM 提供了暂停模式，用户可停止程序的执行，而不影响仿真CPU中的状态
? S7-PLCSIM 提供了单周期扫描模式，可以方便调试
? 可以使用中断 OB 来测试程序逻辑
? 可以记录一系列事件（操作输入/输出/M存储器/定时器），并且可以回放记录的事件，可以用于自动程序测试
? 可以使用所有的 STEP 7 工具来监视和调试S7-PLCSIM所仿真的PLC(而不需要实际的硬件)

3.2. S7-PLCSIM调用
可以通过STEP7菜单Options-> Simulate Modules，激活S7-PLCSIM； 或者通过点击工具栏中的 图标，来激活S7-PLCSIM。

3.3. S7-PLCSIM简单示例

3.3.1. S7-PLCSIM界面：
下图为S7-PLCSIM工作界面，

图3 1: S7-PLCSIM 视图

3.3.2. S7-PLCSIM菜单

1. File菜单:
用户可以通过S7-PLCSIM菜单File > Save PLC As, 将当前模拟的PLC存储为一个文件，下次使用时可以通过File > Open PLC,直接打开此文件，而不需要下载过程，方便调试。对于S7-PLCSIM V5.4版本，可以在此设置多种下载方式，例如，MPI, DP, Ethernet。
2. View菜单:
用户可以通过View > Accumulators/Block Registers/Stacks来查看PLC内部的累加器/地址寄存器/状态字/堆栈资源
3. Insert菜单:
用户可以通过Insert >Input Variable插入变量（输入/ 输出/中间寄存器/定时器/计数器/数据块）方式来模拟各种工况。
4. PLC菜单:
用户可以通过PLC 菜单模拟真实PLC的上电/断电，内存复位操作，以及修改PLC的MPI地址(S7-PLCSIM V5.4版本以下)。
5. Execute菜单: (仅对部分内容作解释)
? Key Switch Position: RUN与RUN-P的区别，在RUN情况下，用户无法下载程序及修改S7-PLCSIM内部存储区；RUN-P情况下，用户可以下载程序及修改S7-PLCSIM内部存储区，在两者中任意一种情况下，用户程序都可以正常运行。
? Startup Switch Position: 用户可以选择当S7-PLCSIM由STOP模式转换到RUN模式时，执行的启动类型：Cold Start, 操作系统将调用OB102，用户程序从开始位置执行，存储在非保持区的用户数据被删除；Hot Start, 操作系统将调用OB101，并且用户程序从中断位置继续执行；Warm Start, 操作系统将调用OB100。
? Scan Mode: Single Scan S7-PLCSIM特有的扫描模式，程序仅执行一个周期，当用户通过Next Scan操作时，S7-PLCSIM 执行下一个扫描周期；Continuous Scan S7-PLCSIM 按照普通模式仿真真实PLC 扫描模式。
? Next Scan: 当用户可以使能S7-PLCSIM 执行下一个扫描周期
? Pause: 在不影响输出的情况下，中断当前仿真的程序，注意在暂停的情况下，可能会导致其它应用程序与S7-PLCSIM的**时或连接中断。
? Automatic Timers:定时器自动运行
? Manual Timers: 可以通过插入定时器窗口，手动设置定时器的值及时基。
? Reset Timers:用户可以复位所有/部分的定时器
? Trigger Error OB:
? Scan Cycle Monitoring: 用户可以在此设置允许的较大程序执行时间，如果程序执行**过此时间，S7-PLCSIM将进入停止状态。
6. Tools菜单:
? Record/Playback S7-PLCSIM主要用于模拟工况，而即使一个简单的工况也可能是由一定时间段内的各种触发事件组成的。如果重复调试某个工况，而完全依赖于手工操作模拟，是比较困难的。S7-PLCSIM可以解决这个难题：编程人员可以将手工模拟过程录制成一个事件文件，针对不同的工况，可以录制不同的事件文件。选择不同的事件文件，即可模拟不同的工况，而不必一次又一次地去手动输入。

1) 录制事件：此时操作者的每一步操作都会被记录下来

图3 2: 录制事件

2) 回放事件：此时操作者的每一步操作会依次被重现（现在为*2 个操作）

图3 3: 事件回放

? Options 在此菜单下S7-PLCSIM可以先使用 Attach Symbols，导入step7项目的符号表，然后在监控的情况下使用。

3.4. S7-PLCSIM的常见问题

3.4.1. 问题：S7-PLCSIM与在线连接的**级
问题：当S7-PLCSIM已经运行，并且计算机已经与真实PLC有正确的编程连接方式，此时点击在线监控或者下载程序，STEP7所访问的节点是S7-PLCSIM还是真实PLC呢？
解答：S7-PLCSIM的**级要**真实PLC在线连接的**级。也就是说，在S7-PLCSIM软件运行的情况下，所有的下载/上传/监控操作，都是针对S7-PLCSIM进行的，与真实PLC无关。有时计算机与真实PLC无法建立连接可能就是因为S7-PLCSIM正在运行，此时关闭S7-PLCSIM即可。

3.4.2. 问题：S7-PLCSIM与WinLC的区别
问题：S7-PLCSIM与WinLC有何区别？
解答：WinLC的特性相当于真实PLC的特性, 所以此问题请参考本文中S7-PLCSIM与真实PLC区别的章节。

3.4.3. 问题：无法调用OB40
问题：为什么在S7-PLCSIM菜单中无法触发OB40？
解答：S7-PLCSIM仿真真实的PLC,由于OB40与硬件组态关系密切，所以只有在下载了硬件组态后（或者Block文件夹下的SDB文件），在S7-PLCSIM菜单中才可以触发OB40。

3.4.4. 问题：S7-PLCSIM仿真通信程序
问题：S7-PLCSIM是否可以仿真通信程序，例如：PTP通信，以太网通信？
解答：S7-PLCSIM无法仿真通信程序,此问题请参考本文中S7-PLCSIM与真实PLC区别的章节。

3.4.5. 问题：S7-PLCSIM是否可以仿真定时器或定时中断功能
问题：S7-PLCSIM是否可以仿真定时器或定时中断功能？
解答：S7-PLCSIM的本质是一个在Windows环境下运行的应用程序，所以其执行状态与计算机的性能及系统资源使用状态都有着密切的联系。其仿真程序的扫描周期也实时受计算机负荷的影响，程序扫描周期可能会延长到几十个毫秒或者几百个毫秒。因此，当S7项目中的定时器时基定义非常小（例如10 毫秒）时，或者定时中断周期非常小（例如几个毫秒）时，S7-PLCSIM（受Windows运行机制及计算机性能影响）是无法在这么短的时间内完成应有相应的。对于真实的PLC, 由于其实时功能是由硬件来保证的，所以不存在上述问题（如果程序量比较大，程序扫描周期大于定时器的预设时间，这种情况下应当使用定时中断功能代替定时器的使用）。所以对于时序逻辑要求不严格的程序逻辑，可以使用S7-PLCSIM仿真的；对于时序逻辑要求严格的程序逻辑，使用S7-PLCSIM仿真是不可靠的。

3.4.6. 问题：项目下载后，S7-PLCSIM 的SF点亮
问题：为什么项目下载后，S7-PLCSIM 的SF点亮，但程序仿真执行不受影响？
解答：这种情况多出现于向低版本的S7-PLCSIM 软件下载了其无法识别的新硬件组态。用户升级S7-PLCSIM的软件版本即可。

1 自引导方式介绍和准备

1．1 自引导方式介绍
在下面的情况下，触摸屏需要通过自引导的方式恢复为出厂设置。
（1） 当触摸屏不能进入操作系统，例如触摸屏启动后显示为白色的界面。
（2） 触摸屏界面上弹出系统错误提示，例如找不到PDATA.FWX文件。
（3） 点击装载窗口上的按钮无反应或者报错。
（4） 忘记触摸屏的密码，无法进入触摸屏的控制面板。
目前支持通过以太网连接恢复为出厂设置的面板类型为MP377和TP177B 4.3”( 订货号为6AV6 642-0BD01-3AX0)

注意：
OS更新与恢复为出厂设置区别
（1）恢复为出厂设置时，HMI 设备上的许可证密钥将被删除。如果不使用恢复为出厂设置来更新操作系统，则 HMI 设备上的许可证密钥将会保留。
（2）恢复为出厂设置时，所有数据通道参数均会恢复。只有重新配置数据通道之后，传送才能启动。

1．2 下载准备
以太网线，直通线或者交叉线均可。建议使用交叉线，因为直通线需要计算机的网卡支持直通线。
（1）交叉线：
一端使用T568B标准（橙白—1，橙—2，绿白—3，蓝—4，蓝白—5，绿—6，棕白—7，棕—8），另外一端使用T568A（绿白—1，绿—2，橙白—3，蓝—4，蓝白—5，橙—6，棕白—7，棕—8 ）。
（2）直通线：
两端都使用T568B标准（橙白—1，橙—2，绿白—3，蓝—4，蓝白—5，绿—6，棕白—7，棕—8）。

注意：
上面的数值1，2，…,8 表示RJ45接头的引脚序号。

2 下载设置

2.1 触摸屏的下载设置
给触摸屏断电。

注意：
保持触摸屏处于断电状态。

2.2 组态计算机上的下载设置

（1）设置PG/PC接口
打开组态计算机的控制面板，找到Set PG/PC接口图标，双击出现如下画面界面，在应用程序访问点中选择S7Online（Step 7）--〉本地的以太网卡名称。

图1

（2）打开ProSave软件
ProSave软件在安装WinCC Flexible时默认安装。同时，ProSave也可以单独安装。下载链接如下：10347815

在开始—〉所有程序—〉SIMATIC—〉ProSave下打开ProSave软件，如下图所示：

图2

（3）ProSave软件设置
在ProSave软件中，在设备类型中选择触摸屏的型号，并将连接方式选择为Ethernet，如下图中的内容1所示。同时，在IP地址中输入一个IP地址，此IP地址与组态计算机处于同一个网段。，或者IP地址任意，且不与计算机本身的IP地址冲突。

图3

（4）切换到OS更新界面
点击图3中的OS Update页签，切换到界面4。使能Reset to factory settings，并在MAC地址中输入触摸屏的MAC地址。MAC地址可以从触摸屏的启动界面或者触摸屏的背面的标签上得到，如图5。

图4

图5

（5）点击OS更新按钮并给触摸屏上电
点击Update OS按钮，出现如下图所示的提示画面，点击Yes，并立刻给触摸屏上电。

图6

注意：
点击Yes后，给触摸屏上电，上电的速度越快越好。如果时间间隔较长，会导致引导操作失败。

（6）执行恢复工厂设置的OS更新
当成功引导后，会出现如下界面。请等待此操作结束。

图7

1.3 错误排查
如果此过程不能正确完成，请检查
（1） 网线连接是否正确。
（2） 中间有交换机的话，保证组态计算机与交换机处于同一个网段，组态计算机的IP地址不要使用xxx.xxx.xxx.1。
（3） 触摸屏上电顺序是否正确。触摸屏开始处于断电状态，点击OS更新之后，再改触摸屏上电。
（4） 上电的时间间隔要尽可能短。
（5） 卸载或者关闭组态计算机上的杀毒软件和防火墙，他们会阻止数据的传送。