双电机驱动的S120变频器的设计

摘要：本文以实际案例为基础，阐述西门子S120变频器双电机驱动的主回路和控制回路的设计、调试以及改进措施。

关键词：西门子s120变频器；控制

Abstract: in this paper, based on the actual case, in this paper, the Siemens S120 inverter main circuit of double motor drive and control circuit design, debug, and improvement measures.

Key words: Siemens S120 frequency converter; control

中图分类号：TN773文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一．简介

高炉上料卷扬系统是炼铁生产中的关键环节,高炉卷扬采用变频器控制调速，1080m³高炉卷扬控制系统采用双电机驱动，两台电机和两台减速机组成驱动系统，分别安装在卷扬滚筒的两端，两台电机需要同步运行并且转向相反，否则将造成电机过流的情况，严重时出现因变频器电流过大出现故障保护现象，使得控制系统无法正常运行，这对控制系统及电机以及机械系统都是极其有害的。近两年来西门子S120变频器逐步推广应用，取代6SE70系列变频器，本文着重介绍S120变频器主回路和控制回路的设计以及改进措施,希望与各位同行和专家共同探讨。

二．主回路

电路图见图一，卷扬系统为双电机驱动，这里只介绍主电机的控制，抱闸和冷却风机的电机的控制不作介绍。1#、2#为一组系统，3#、4#为一组系统，两组系统互为备用，通过单刀双掷刀开关DK5、DK6分别连接两个电机。

1.电源柜

电源进线为四路，图中DK为刀开关，QF为断路器，L1~L4为进线电抗器。由于互为备用，因此两组系统之间设互锁，每个系统设计一个进线柜，两个进线柜中均设计抱闸和冷却风机的控制回路且互为备用。

2.整流柜

基本整流模块BLM是用于2象限运行的紧凑型供电装置，无再生电能反馈，本设计方案中整流模块选用6SL3330-1TE41-5AA3，机座号DB，每个系统的整流模块并联运行。整流模块进行并联时应遵循以下规则：1）最多能并联4个相同的基本整流模块；2）并联时始终只能使用一个共同的控制单元；3）多种供电方式时必须使用同一个供电点；4）降容系数取7.5%，与所并联的数量无关。

3.逆变柜

逆变模块选用6SL3320-1TE41-2AA3，机座号JX。卷扬运行时需要准确停车，因此需要配备制动单元和制动电阻，每个逆变模块上配一套逆变模块，型号6SL3300-1AE32-5BA0，机座号JX，制动电阻功率为50KW。

4.切换柜

柜中包含单刀双掷式切换开关和输出电抗器。切换开关的位置与进线柜断路器连锁。

三．控制回路

本方案采用PLC控制，PLC采用S7-400，机旁操作箱上设手自动转换开关、控制按钮和指示灯，两个系统分别设一套控制单元CU320-2DP，型号6SL3040-1MA00-0AA0，卷扬上安装一个绝对值编码器来检测料车速度和位置，控制单元和卷扬编码器通过DP电缆与PLC通讯。两个电机运行时需要同步，在S120变频器中设主从控制，将之前6SE70系列中的同步光纤用CU320的多轴模式代替。DRIVE-CLIQ连接方式见图二，TM31时端子扩展模块。

四．变频器的调试和优化

使用STARTER软件对S120变频器进行调试。STARTER可以实现如下功能：硬件组态和识别，参数设置，动态性能调试，故障诊断，程序上传和下载。

配置参数步骤：1.控制模式为矢量（Vector）控制；2.电机控制方式；3.配置电源，本方案在组态时将两个整流模块设置为一个，设定电流为两模块之和；4.配置逆变模块；5.抱闸配置；6.编码器配置；7.DP通讯报文配置；8.检查输入电机相关的参数。

将配置好的参数保存在ROM中。参数如下：主电机采用速度控制（P1300=21）, 从电机采用转矩控制（P1300=23）；整流单元电压P210=400V；电机参数设置电压P304=380V、电流P305=660A、功率因数P308=0.87、额定频率P310=50HZ、额定转速P311=960、冷却方式P335=0；抱闸控制方式P1215=3。

参数修改完成后将对变频器进行优化：1）对电机参数进行计算P340=1；2）电机数据进行静态识别P1910=1；3）电机旋转检测选择P1960=2。

优化完成后必须执行copy ROM to RAM。

五．改进的内容

以上设计方案已在盐钢集团1080m³高炉顺利实施，总结以上内容，需要改进的部分如下：1）电源柜中由原来的4路进线改为2路进线，DK1、DK2合并为一个，DK3、DK4合并为一个；2）每组系统中整流模块和电机模块单独连接，去掉直流母线，这样整流模块就不再考虑7.5%的降容系数，模块功率减小，型号改为6SL3330-1TE41-2AA3；3）为了保护整流模块，每个逆变模块直流进线侧加熔断器；4）由于2个电机为刚性连接，编码器模块可改为1个；5）单独设一个控制柜，将控制单元，扩展模块，编码器模块，中间继电器等置于其中，可以减少变频器的干扰。

参考文献：

(1)《SINAMICS使用大全 矢量控制 V1.0》西门子电气传动有限公司2011/11

(2)《电气传动自动化技术手册》第二版天津电气传动设计研究所 编著机械工业出版社

作者简介：

赵占平，1971年7月出生，男，电气工程师，一级建造师，1994年毕业于河北科技大学。从事电气设计、施工及调试工作。