1.2　　西门子V20与G系列变频器

1.2.1　西门子V20变频器概述

SINAMICS V20变频器（以下简称V20变频器）允许并排安装，无论是采用穿墙式安装还是壁挂式安装。在控制上采用 USS 和 Modbus RTU 通信端子，同时7.5～15kW的变频器集成内置制动单元。在使用上，无需连接主电源即可实现参数载入，同时内置应用宏与连接宏，并且以异常不停机模式可以实现无间断运行。该变频器具有较宽的电压范围、先进的冷却设计以及涂层 PCB板，大大提升了变频器的稳定性。图1-16为V20变频器的外观。

1.2.2　西门子V20变频器的主电路与控制电路

西门子V20变频器提供了进线为230V或400V两种电压等级，具体主电路接线如图1-17所示。而对于不同的功率段，规格FSA～FSC即0.37～5.5kW需要选配制动单元后才能接制动电阻，而规格FSD即7.5～15kW则内置制动单元，直接可以连接制动电阻。

图1-18为V20变频器的控制电路，其中数字量输入可以采用PNP或NPN方式，共4组；数字量输出有一个晶体管输出DO1和一个继电器输出DO2；模拟量输入共2组，即AI1和AI2；模拟量输出1组为AO1；同时提供RS485接口一对。

1.2.3　西门子V20变频器的BOP面板

西门子V20变频器内置有BOP面板，其外观与功能键如图1-19所示。

（1）按钮介绍

以下是各个按钮的功能介绍：

① 停止按钮：单击该停止按钮，变频器为OFF1 停车方式，即负载电机按参数P1121 中设置的斜坡下降时间减速停车。如果双击（<2s）或长按（>2s）该停止按钮，变频器为OFF2 停车方式，即负载电机不采用任何斜坡下降时间而是按惯性自由停车。

② 运行按钮：若变频器在“手动”/“点动”运行模式下启动，则显示变频器运行图标；若当前变频器处于外部端子控制（P0700=2，P1000=2）并处于“自动”运行模式，该按钮无效。

③ 功能按钮：短按（<2s）该按钮，则进入参数设置菜单或转至下一显示画面，或就当前选项重新开始按位编辑，如在按位编辑模式下连按两次即返回编辑前画面。长按（>2s）该按钮，则返回状态显示画面或者进入设置菜单。

④ OK按钮：短按（<2s）该按钮，在状态显示数值间切换，进入数值编辑模式或换至下一位，也表示清除故障。长按（>2s）该按钮，表示快速编辑参数号或参数值。

⑤ 向上按钮：当浏览菜单时，按下该按钮即向上选择当前菜单下可用的显示画面；当编辑参数值时，按下该按钮增大数值；当变频器处于“运行”模式时，按下该按钮增大速度；长按（> 2 s）该按钮快速向上滚动参数号、参数下标或参数值。

⑥ 向下按钮：跟向上按钮的功能刚好相反。当浏览菜单时，按下该按钮即向下选择当前菜单下可用的显示画面；当编辑参数值时，按下该按钮减小数值；当变频器处于“运行”模式时，按下该按钮减小速度；长按（>2s）该按钮快速向下滚动参数号、参数下标或参数值。

⑦ 组合按钮+：表示手动、点动、自动三者之间的切换，如图1-20所示。

⑧ 组合按钮+：表示使电机反转。 按下该组合键一次启动电机反转，再次按下该组合键撤销电机反转。变频器上显示反转图标（ ）表明输出速度与设定值相反。

（2）状态图标

V20变频器状态图标主要有五种，具体如下：

① 状态图标：说明变频器存在至少一个未处理故障。

② 状态图标：说明变频器存在至少一个未处理报警。

③ 状态图标：该图标一直点亮，表示变频器在运行中（电机转速可能为0r/min）；如果该图标闪烁，表示变频器可能被意外通电（例如霜冻保护模式时）。

④ 状态图标：表示电机反转。

⑤ 状态图标：该图标一直点亮，表示变频器处于“手动”模式；如果该图标闪烁，表示变频器处于“点动”模式。

1.2.4　西门子V20变频器的参数调试

（1）西门子变频器的参数

西门子各种系列变频器的参数大致类似，参数分为P参数（可以写入和显示的参数）和r参数（只读的参数）两种。参数的访问级别可以在P0003中进行选择，如表1-3所示。

按照参数功能的不同，参数被细分为不同的参数组，这样会使参数更加明确，可以更快捷有效地找到所要找的参数。参数 P0004 就是用来对操作面板上所显示的特定参数组进行控制的。

（2）V20变频器的菜单结构

西门子V20变频器主要有四种菜单结构，分别为：

① 50/60Hz 频率选择菜单：此菜单仅在变频器首次通电时或者工厂复位后可见；

② 显示菜单（默认显示）：显示诸如频率、电压、电流、直流母线电压等重要参数的基本监控画面；

③ 设置菜单：通过此菜单访问用于快速调试变频器系统的参数；

④ 参数菜单：通过此菜单访问所有可用的变频器参数。

以上四种菜单关联图如图1-21所示。

（3）50/60Hz 频率选择菜单

50/60Hz频率选择菜单仅在变频器首次开机时或工厂复位后（P0970）可见。用户可以通过BOP 选择频率或者不做选择直接退出该菜单。在此情况下，该菜单只有在变频器进行工厂复位后才会再次显示。用户也可以通过设置P0100 的值选择电机额定频率，如表1-4所示。

图1-22为“50/60Hz 频率选择菜单”的操作步骤。

（4）设置菜单

设置菜单将会引导用户执行快速调试变频器系统所需的主要步骤，该菜单由以下四个子菜单组成：

① 电机数据，设置用于快速调试的电机额定参数；

② 连接宏选择，选择所需要的宏进行标准接线；

③ 应用宏选择，选择所需要的宏用于特定应用场景；

④ 常用参数选择，设置必要的参数以实现变频器性能优化。

图1-23为“设置菜单”的操作步骤。

在电机数据中，如常见的P0304[0]为电机额定电压（V）、P0305[0]为电机额定电流（A）、P0307[0]为电机额定功率（kW或hp）、P0308[0]为电机额定功率因数（cosΦ）、P0309[0]为电机额定效率（%）、P0310[0]为电机额定频率（Hz）、P0311[0]为电机额定转速（r/min）、P1900为选择电机数据识别等，具体可以参考《西门子变频器V20操作手册》。

连接宏是西门子V20变频器一个非常有特色的功能，它为变频器工程的典型应用提供了快速接线和参数设置的可能性，表1-5为参数P0717的具体连接宏数值。当调试变频器时，连接宏设置为一次性设置。 在更改上次的连接宏设置前，务必执行以下操作：先对变频器进行工厂复位（P0010=30，P0970=1），然后重新进行快速调试操作并更改连接宏。如未执行上述操作，变频器可能会同时接受更改前后所选宏对应的参数设置，从而可能导致变频器非正常运行。

在电机数据、连接宏之后，便是应用宏选择。西门子V20变频器的每个应用宏均针对某个特定的应用提供一组相应的参数设置。在选择了一个应用宏后，变频器会自动应用该宏的设置从而简化调试过程。参数P0507的应用宏参数缺省值为“AP000”（表1-6），即应用宏0。如果用户的应用不在下列定义的应用之列，请选择与用户的应用最为接近的应用宏，并根据需要做进一步的参数更改。

最后一步，就是设置常用参数。这些常用参数有P1080[0]最小电机频率、P1082[0]最大电机频率、P1120[0]斜坡上升时间、P1121[0]斜坡下降时间、P1058[0]正向点动频率、P1060[0]点动斜坡上升时间、P1001[0]固定频率设定值1、P1002[0]固定频率设定值2、P1003[0]固定频率设定值3等。

1.2.5　西门子G系列变频器概述

在工业应用中，西门子SINAMICS G 系列变频器（以下简称G系列变频器）展示了非凡的技术功能性，其功率范围为 0.12～2700kW，它有G120、G130、G150等分系列产品。

（1）G120变频器

西门子G120变频器是一种包含各种功能单元的模块化变频器系统，主要有控制单元（CU）和电源模块（PM），如图1-24所示。其中CU 在多种可以选择的操作模式下对 PM 和连接的电机进行控制和监视。通过控制单元，可与本地控制器以及监视设备进行通信。电源模块的功率范围为 0.37～250kW。G120变频器可在汽车、纺织、印刷、化工等领域以及一般高级应用（如输送应用）中使用。

（2）G130变频器

G130变频器提供了高性能大功率单电机驱动的通用解决方案，其功率涵盖75～800kW，其硬件构成与G120变频器相同。可以应用在各种风机、泵类和压缩机、带式输送机、粉碎机、搅拌机、回转炉、挤压机等重载设备中。

（3）G150变频器

G150变频器为高性能单机驱动变频柜，功率涵盖75～2700kW，特别适用于针对恒转矩负载、平方转矩负载、高性能要求但无需再生反馈的传动应用场合。

1.2.6　西门子G120变频器的安装与调试

（1）G120变频器的安装与接线

G120变频器的控制单元与功率模块是分开的，可以按照图1-25进行拆卸与安装。

如图1-26所示，在G120变频器中，所有型号的 CU240 控制单元的接线端子接好线后，仍可以将端子块分别从变频器接线母板上拆下来。这样，在热插拔的方式下进行同型号的控制单元的更换时，就可以不需要再重新接线。

图1-27是基于工厂设定的 CU240S 控制单元接线，具体接线说明如下：

① 运行停止命令：可以由数字输入 0和5 号端子给出。

② 频率设定值：所需的频率设定值可以通过在 3和 4 号端子的模拟量输入端连接一个电位器来完成。

③ 反转：反转可以通过数字输入1和6号端子来实现。

④ 故障确认（Ack）：变频器的故障确认可以由数字量输入 2 和 7 号端子来完成。这样就可以将故障信号复位。

⑤ 输出频率：实际的输出频率可以通过 12 和 13 号端子的模拟量输出进行显示。

⑥ 故障：通过继电器输出 1（RL1）的 19 和 20 号端子可以指示故障状态。例如接一个小灯泡，当它点亮时则表示有故障发生。

⑦ 报警：通过继电器输出 2（RL2）的 21 和 22 号端子可以指示报警状态。例如接一个小灯泡，当它点亮时则表示有报警发生。

G120变频器能通过接线端子实现频率的主辅设定，以电压输入为例（图1-28），AI0 和 AI1为电压信号输入，这种接线方式通过在模拟量输入 AI0 和 AI1上加装电位器，达到使频率的设定由一个主设定值和一个附加设定组合的目的。另外把 DIP 开关 1和 2 设置到 OFF 位置。

（2）G120变频器的参数设置

G120变频器参数数量比较多，可以在P0004中进行相应设置，如表1-7所示。

图1-29为G120变频器的OP，即操作面板，其上的按钮含义与V20变频器基本一致，其中按钮与V20变频器的功能按钮一致、按钮与V20变频器的功能按钮一致。

（3）G120变频器的快速调试

G120变频器提供了快速调试，即P0010=1，以下是快速调试的基本流程。

① P0100 欧洲、北美输入电机频率。

0：欧洲（kW），电源频率 50Hz；1：北美（hp），电源频率60Hz；2：北美（kW），电源频率60Hz。

② P0205变频器的应用（输入负载的类型）。

0：重载（例如压缩机、过程机械等）；1：轻载（例如水泵和风机等）。

③ P0300选择电机类型。

1：异步电机；2：同步电机（说明：仅可采用 V/f 控制即P1300 < 20）。

④ 电机铭牌参数（与V20变频器大致相同）。

P0304 额定的电机电压、P0305额定的电机电流、P0307 额定的电机功率、P0308额定的电机功率因数、P0309额定的电机效率、P0310额定的电机频率、P0311额定的电机转速、P0314电机的极对数。

⑤ 电机其他参数。

P0320电机的磁化电流、P0335电机的冷却方式、P0400选择编码器类型、P0408编码器每转的脉冲数、P0500选择技术要求上的应用场合（重载为0，轻载为1）、P0610电机 I²t 过温的响应、P0625电机环境温度、P0640电机的过载因子。

⑥ P0700命令源的选择。

0：工厂默认设置；1：OP（操作面板）；2：接线端子（CUS240S 默认为此设置）；4：RS232口上的USS；5：RS485口上的USS；6：现场总线（CUS240S DP 和 CUS240S DP-F 默认为此设置）。

⑦ P0727 确定由端子控制时所采用的信号类型，即2/3线制的选择。

⑧ P1000 设定值来源的选择。

0：无主设定值；1：MOP 设定值；2：模拟量设定值（CUS240S 默认为此设置）；3：固定频率；4：RS232 口上的 USS；5：RS485 口上的 USS；6：现场总线（CUS240S DP 和 CUS240S DP-F 默认为此设置）；7：模拟量设定值 2。

⑨ 变频器频率曲线参数设置。

P1080最小频率、P1082最大频率、P1120上升斜坡时间、P1121下降斜坡时间、P1135 OFF3 下降斜坡时间。

⑩ P1300变频器控制方式。

0：线性的 V/f 控制；1：基于 V/f 的 FCC 控制；2：抛物线的 V/f 控制；3：可编程的 V/f 控制；20：无传感器的矢量控制；21：有传感器的矢量控制；22：无传感器的转矩控制。

⑪ P1500转矩设定值选择。

⑫ P3900结束快速调试。

0：放弃快速调试（不进行电机参数计算）；1：进行电机参数计算并将在快速调试中未被修改的参数复位为出厂设置；2：进行电机参数计算并将 I/O 参数设置复位为出厂设置；3：只进行电机参数计算—其余参数不进行复位。

除了“快速调试”之外，还应该进行“电机参数识别”和在矢量控制方式（P1300= 20/21）下进行“速度控制优化”，这两个过程需要运行（ON）命令进行电机参数识别。