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上海朕锌电气设备有限公司
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西门子CPUSR20
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1. 概述
如果只需要对V2O变频器做简单的运行控制和变量监视，那么上述配置中PLC的作用仅为数据中转。这种情况下，触摸屏直接和V20变频器通讯，不仅能够实现监控功能，而且可以少用一个PLC，节省成本。采用西门子的SMART LINE系列触摸屏能够实现与V20变频器直接通讯的功能。通讯电缆连接如图2所示。SMART LINE触摸屏作为MODBUS主站，V20为从站。
2. 硬件设备及其安装
表1 示例主要硬件设备
硬件安装步骤如下：
3. V20变频器参数设置
表2 Cn011对应参数设置
3）修改MODBUS通讯参数，其它参数为Cn011连接宏默认参数：
4. 触摸屏组态
选择触摸屏设备为Smart 1000 IE，如图4所示。
2）设置连接。
3）添加变量。
表3 变量列表
变量地址参照V20变频器操作手册，添加完成后的变量画面如图6所示。
速度设定值变量SetPoint是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)来表示-50Hz到+50Hz的转速，此处采用变量的线性转换属性，将-16384对应-1500，+16384对应+1500，如图7所示。再采用变量的限制值属性，将变量的输入值限制在-1600和+1600之间，如果**出该限制值的范围，则输入不起作用。如图8所示。
速度反馈值变量Feedback也是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)来表示-50Hz到+50Hz的转速，此处也采用变量的线性转换属性，将-16384对应-1500，+16384对应+1500，如图9所示。注意，图9和图7所示的线性转换是一致的。
4）添加画面。
西门子CPUSR20
5）编辑模板。
然后在按钮的事件属性中添加函数。在按钮STOP RT事件属性的单击事件下添加StopRuntime函数，如图12所示。
6）编辑画面。
1.硬件接线
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：
2.2 快速调试
表2-1 快速调试参数操作流程
2.3 输入输出端子相关参数设置
2.3.1 DI端子设置
2.3.2 DO端子设置
2.3.3 AI端子设置
2.3.4 AO端子设置
2.4 PID恒压控制功能调试
2.5 其他可选功能
2.5.1 斜坡启动、自由停车 设置
2.5.2 使用2线制压力反馈仪表的接线
2.5.3 休眠功能
P2365[0]＝1 休眠使能 / 禁止 此参数使能或禁止休眠功能。
2.5.4捕捉启动功能
P1200＝1 始终激活捕捉启动 双方向有效；
2.5.5 BOP设置目标值记忆
3常见故障和报警
表3-1 常见故障及处理
说明：
表3-1 常见报警及处理
检查下列各项：
说明：
通常情况下，要实现HMI设备与V20变频器的通讯，需要一个支持USS通讯或MODBUS通讯的PLC，比如S7-200系列PLC。其通讯电缆连接如图1所示。PLC的一个通讯端口与触摸屏连接，可以采用PPI协议通讯。PLC的另一个通讯端口与V20的RS485通讯端口连接，采用MODBUS协议通讯，PLC上编写MODBUS主站程序，V20为从站。
图1 触摸屏通过PLC与V20变频器通讯
图2 触摸屏直接与V20变频器通讯
下面用一个实例来介绍Smart Line触摸屏与一台V20变频器通过MODBUS通讯的实现方法。该例子中用到的主要硬件设备如表1所示，触摸屏组态软件为WinCC Flexible 2008 SP4 China。
名称
订货号
数量
说明
触摸屏
6AV6648-0BE11-3AX0
1
Smart 1000 IE
24V电源
6EP1332-1SH51
1
DC24V/4A
变频器
6SL3210-5BE17-5UV0
1
V20 变频器 0.75kW
电机
1LA9060-4KA10-Z
1
1LA9 电机 0.12kW
1）将变频器、电机、触摸屏固定在安装工位上。
2）连接变频器到电机的动力电缆和接地电缆。
3）连接供电电源到变频器的动力电缆和接地电缆。
4）连接变频器和触摸屏的RS485通讯电缆。触摸屏RS485的9针接口与 V20端子对应关系：3对应P+，8对应N-。
5）连接24V直流电源的交流进线电缆和到触摸屏的直流供电电缆。
V20变频器要采用MODBUS通讯，可以做如下设置：
1）变频器恢复出厂参数：
P0010=30
P0970=21
2）变频器快速调试，选择Cn011-MODBUS通讯连接宏：
a)设置电网频率和功率单位
b)输入电机铭牌参数
c)选择连接宏Cn011-MODBUS通讯
d)选择应用宏AP000
Cn011连接宏对应参数如表2所示。
参数
描述
工厂缺省值
Cn011默认值
备注
P0700[0]
选择命令源
1
5
RS485为命令源
P1000[0]
选择速度给定
1
5
RS485为速度设定值
P2023[0]
RS485协议选择
1
2
MODBUS RTU协议
P2010[0]
USS/MODBUS波特率
8
6
波特率为9600bps
P2021[0]
MODBUS地址
1
1
变频器MODBUS地址为1
P2022[0]
MODBUS应答**时时间
1000
1000
向主站发回应答的较大时间
P2014[0]
USS/MODBUS报文间断时间
2000
100
监控报文间断时间
P2014[0]=0 不监控报文间隔时间，否则可能会报F72故障
P2021[0]=3 MODBUS设备地址为3（与触摸屏组态软件中设置的从站地址一致）
在WinCC Flexible 2008 SP4 China软件中组态Smart 1000 IE触摸屏。详细步骤如下：
1）创建项目。
创建一个空项目，如图3所示。
图3 创建空项目
图4 选择Smart 1000 IE触摸屏
在连接画面中新建一个连接，相关参数设置如下：
通讯驱动程序：Modicon MODBUS
类型：RS485
波特率：9600
奇偶校验：偶
数据位：8
停止位：1
组帧：RTU Standard
CPU类型：984
从站地址：3
连接设置如图5所示。
图5 连接设置
添加与变频器监控相关的10个变量，如表3所示。
变量名
MODBUS寄存器地址
说明
CtrlWord1
40100
控制字1
SetPoint
40101
速度设定值
StsWord1
40110
状态字1
Feedback
40111
速度实际值
ActFreq
40342
频率实际值
OutpVoltage
40343
输出电压
DCVol
40344
直流电压
OutpCurrent
40345
输出电流
OutpTorque
40346
输出转矩
OutpPower
40347
输出功率
图6 添加变量
图7 速度设定值变量线性转换
图8 速度设定值变量限制值
图9 速度反馈值变量线性转换
项目生成时已经有一个模板和一个画面，此例仅用到一个画面。修改画面的名字为V20_Monitor，如图10所示。
图10 编辑之前的画面V20_Monitor
模板中的对象在选择使用模板的画面中会显示出来，此处把西门子的LOGO和退出Runtime的按钮放置在模板中，如图11所示。
图11 编辑模板
图12 退出运行画面按钮事件设置
在V20_Monitor画面中放置IO域、文本域、按钮、棒图、圆形等对象。在文本域中输入相应的文本，设置字号、颜色等，将相关对象分类排列整齐，完成后的V20_Monitor画面如图13所示。
图13编辑完成的画面V20_Monitor
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
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。)
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。
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
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。
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
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
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）
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
图2-1 压力反馈使用2线制仪表的接线
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。
图2-2 简单休眠模式下要求的响应
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 ）
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：
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
P2231[0]＝1 设定值存储激活
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
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
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）
? 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
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
西门子CPUSR20