西门子ＥＴ２００Ｓ ＦＣ变频器在储柜分配小车上的应用

詹建胜

摘要：本文主要对如何应用西门子ET200S FC变频器对我公司制丝车间储柜分配小车传动系统进行变频改造进行介绍，并着重对ET200S FC变频器的特点、基本组成、硬件安装与配置、控制程序的实现以及变频器参数组的操作进行了详细的阐述。

关键词：分配小车 Profibus-DP 分布式I/O 变频器 ET200S FC

一、引言

Profibus 是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线，可实现现场设备到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化、设备智能化提供可行的解决方案。烟草行业自动化水平高，基于Profibus-DP现场总线的西门子SIMATICET200S 分布式I/O系统在烟草行业的应用已十分广泛，而西门子全新概念的分布式I/O系统变频器ET200S FC同时集成普通交流驱动、软启动和变频驱动的功能，具有高度的系统集成度和控制灵活性，凭借它先进的理念和优越的性能逐渐得到市场的认可，目前，该变频器在我公司制丝车间得到了首次成功应用。

二、 存在问题与改造目的

1、 储柜分配小车的工作原理

如右图1所示，当烟叶进柜时，储柜上方布料车往复行走将烟叶平铺在储柜内，而两个储柜上的分配小车具有分配烟叶到A柜或B柜的功能，同时小车在储柜宽度方向上以步进的方式往复行走，保证烟叶在储柜宽度方向上铺满。

2、 存在的问题

① 分配小车行走是靠电机经减速机后驱动链条来传动，由于小车步进时要频繁起、停，对链轮、链条造成一定冲击，日积月累，就会出现链轮磨损严重及链轮打滑的故障。

② 分配小车行走电机后端自带有刹车装置，由于起、停过于频繁，刹车容易出故障。

3、 改造的目的

为了解决上述问题，我们必须对分配小车原有的驱动进行改造，主要目的有：

① 使分配小车能够起、停平顺，减小冲击；

② 希望通过改造把原有驱动电机的刹车装置拆除，减少故障点，同时又要能够保证小车正常运行。

三、 确定改造方案

1、 变频器驱动的优点

① 高速响应、低噪声、高精度平滑无级调速；

② 变频驱动系统加、减速比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停；

③ 变频驱动系统很容易实现电动机的正、反转；

④ 变频驱动系统制动时，变频器可以利用自己的制动回路，而无需再增加电机刹车装置。

2、 方案一：采用带Profibus-DP接口的变频器

由于控制系统采用Profibus-DP现场总线，我们在选择时就采用带Profibus-DP接口的变频器，此方案有如下优、缺点：

① 优点：

该类变频器在本车间应用广泛，且已有近十年的应用历史，备件多，技术人员运用熟练，改造难度小。

② 缺点：

原系统采用安装在现场控制子站箱内的ET200S分布式I/O电机驱动单元来控制电机，若变频器安装在主电控柜内，则必须重新布线，由于距离远，这势必会增加成本，而降低稳定性；而现场控制子站箱无法容纳下该类变频器，若变频器安装在现场，则难以避免现场较多粉尘的影响，同时又影响现场整洁与美观。

3、 方案二：采用西门子SIMATIC 分布式I/O系统变频器ET200S FC

这是西门子近几年刚推出的可以整体嵌入ET200S分布式I/O系统的变频器, 此方案有如下优、缺点：

① 优点：

a. 模块化设计，整体嵌入ET200分布式I/O系统，可以直接安装在原控制子站箱内, 将原系统电机驱动单元替换掉，既防尘又美观；

b. 无须重新布线，不占用Profibus-DP站点；

c.安装方法简单,组态灵活方便, 运行安全可靠；

d. 制动过程中可以将能量回馈给电网，无须添加制动单元。

② 缺点：

改造前该变频器从没有在我公司使用过，技术人员没有相关经验，改造存在一定难度。

4、 改造方案确定

① ET200S FC变频器有诸多优点，在本项目中有着较明显的优势；

② ET200S FC变频器最大可以驱动4.0kw的电机，而分配小车电机功率为3kw。

综上所述，我们决定尝试采用ET200S FC变频器。

四、 实施改造方案

1、 ET200S FC 变频器选型与安装

ET 200S FC 变频器本身由控制单元和功率模块组成，本项目变频器的控制单元采用ICU24 标准型，功率模块采用 IPM25 FSB 4.0 kW，现场硬件安装好后如右图2所示。

2、 用SIMATIC Manager(管理器)完成硬件配置

STEP7 是SIMATIC 自动化系统组态和编程的基本软件包， ET 200S FC 变频器是通过STEP7 集成到SIMATIC S7 控制系统中的。通讯协议采用标准化的PROFIBUS-DP 协议，ET 200S 系统中可以含有一个或多个ET 200S FC 变频器和其他ET200S 模块。

如左图3所示，我们在HW Config软件中将ET200S FC变频器嵌入到原控制所在的ET200S分布式I/O系统中，其子站名称为S39，Profibus-DP 地址为3, 在硬件配置中我们仅需要组态ICU 24控制单元就行了，IPM25功率模块是从控制单元进行控制的，而且不需要组态，但ICU24的输入地址范围和输出地址范围必须相同，本项目中ICU24的输入、输出地址范围为1408-1415，设置好后就完成了硬件配置。

3、在用户程序中实现对ET200S FC 的控制

ET200S FC必须通过专用的FB100来建立与PROFIBUS主站间的通信。

设置ICU的起始地址 LADDR= W#16#580

设定工作频率 FREQ_SET=DB200.DBW380

输入控制数据 CTRL=MD96

当MD96= DW#16#47A 时表示快速停车

当MD96= W#16#47F时表示正向启动

当MD96= W#16#C7F时表示反向启动

变频器实际频率显示 FREQ= DB200.DBW382

变频器的状态字显示 STAT= DB200.DBW384

ET 200S FC 故障指示

ERR_NO_VALID= DB200.DBX102.1 数值为1时表示无故障

ET 200S FC 故障代码ERR_NO= DB200.DBW388

4、 ET200S FC 参数组的操作

ET 200S FC 变频器的参数化调试是通过其控制模块ICU24的RS232 接口，基于PC 的“STARTER”调试软件来实现的，通过“STARTER”可以设置参数、监控参数，变频器运行时可以手动进行参数组的上装和下载。我们可以把参数组存放在PC 计算机里，这样便于日后ICU24控制单元的维护。

五、总结

通过对储柜分配小车传动系统的变频改造，解决了原传动系统冲击大，刹车装置故障多的问题，同时西门子全新概念分布式I/O系统变频器ET200S FC也在我公司得到首次成功应用,为今后我公司在变频器的应用上提供了更广阔的空间。◆

参考文献：

1.唐济扬Profibus 总线技术(上) 自动化博览 2001年第18卷第04期

2.原 魁变频器基础及应用（第二版）冶金工业出版社2005-2-1

3.西门子（中国）有限公司技术支持部 ET200S FC 变频器操作说明 2004.11

4.西门子（中国）有限公司技术支持部 用于分布式I/O系统的变频器产品简介 2005.1