西门子6ES7952-1AK00-0AA0

1.1标准概述

         IEC61850是新一代的变电站自动化系统的国际标准，它规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言。同传统的IEC60870-5-103标准相比，它不仅仅是一个单纯的通信规约，而是数字化变电站自动化系统的标准，它指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。智能化一次设备和数字式变电站要求变电站自动化采用IEC61850标准。IEC61850是至今为止较为完善的变电站自动化标准，它不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式CT、PT、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。采用IEC61850国际标准可以大大提高变电站自动化技术水平、提高变电站自动化安全稳定运行水平，节约开发验收维护的人力物力，实现完全的互操作，如图1所示。

         IEC61850与传统的SCADA协议不同的是，它不仅是一个简单的协议，更涉及到通信网络性能要求、对象建模、系统和项目管理等多方面的规范要求。IEC61850采用面向对象的建模方法和抽象、分层映射的技术，通过规范系统和项目管理以及一致性测试等途径来保证其目标的实现，并且IEC61850不仅适用于变电站自动化系统内部网络通信，也适用于配电自动化、电能计量系统、发电厂自动化系统、风力发电以及其它工业领域。

图1：IEC61850与数字化变电站(SAS)之间的相互关系：

1.2 制造报文规范MMS

        制造报文规范(Manufacturing Message Specification,MMS)是网络上实时处理和监控系统信息交换的国际标准，由国际标准化组织和国际电工**工业自动化技术**TC184工业组负责制定和发展，它适合于在不同的设备、应用、发展商和领域内提供通用信息服务，例如：MMS提供的读(Read)服务允许网络上的设备、应用或计算机从另外一个设备、应用或计算机内读取所需的变量，而不管这个变量是在可编程逻辑控制器、机器人、远方终端设备或智能电子设备内。MMS已经广泛应用在制造、石油化工、电力工业和太空探索等领域。

        MMS由以下各部分组成：

1) 服务规范(Service Specification)

2) 协议规范(Protocol Specification)

3) 机器人伴同标准(Robot Companion Standard)

4) 数字控制器伴同标准(Numberical Controller Companion Standard)

5) 可编程逻辑控制器伴同标准(Programmable Logical Controller Companion Standard)

6) 过程控制系统伴同标准(Process Control System Companion Standard)

        上列各部分中，**部分服务规范和*二部分协议规范是其核心，服务规范包含的定义

有：①虚拟制造设备(Virtual Manufacturing Device,VMD)；②网络上节点间的信息交换；③与VMD有关的属性和参数。协议规范定义的是通信规则，包括：①信息格式；②通过网络的信息顺序；③MMS层与ISO/OSI开放模型的其他层的交互，而3)-6)则是针对不同的应用领域的伴同标准。

         MMS提供了丰富的针对对等式实时通信网络的一系列任务，已经成为许多工业领域的控制设备的通信协议，例如CNC、可编程逻辑控制器、机器人、电力领域中的远方终端设备(RTU)、能源管理系统(EMS)、重合器、开关等IED设备。许多流行的计算机平台都支持基于MMS的互联，在软件支持上，更多的API、图形界面、网关、字处理、电子表格、关系型数据库都支持MMS，从通信连接上看，MMS在以太网、令牌总线、串行接口RS-232C、OSI、TCP/IP、MiniMAP上也都很容易实现，如图2所示：

图2：MMS在IEC61850报文结构中的位置

1.3 IEC61850标准的体系结构

        变电站自动化系统由各种IED 组成，主要完成变电站内设备的控制、监视和保护功能，并实现系统配置、通信管理和软件管理等系统维护功能。IEC 61850 标准将变电站自动化系统在逻辑上划分为3 层(即变电站层、间隔层和过程层)，并将具体应用功能分解为许多常驻在不同IED 内、彼此间相互通信的单元，称为逻辑节点(logical node，LN)，然后以LN 为对象建立变电站内IED 的统一的数据和服务模型，旨在解决不同厂商提供的IED间的数据交换、信息共享等问题。

        遵循IEC 61850 标准的变电站自动化系统主要包括：①主站自动化系统软件(人机界面、数据库及系统管理等)；②间隔层装置(保护、测控单元等)；③过程层设备，包括电子式电流/电压互感器(electronic current/potential transducer，ECT/EPT)、智能断路器/隔离开关、合并单元等；④工程化工具(如配置工具等)，用于管理IEC 61850所定义的的通信模型，并满足IEC 61850-6(配置)和IEC 61850-10(一致性测试)的规范要求，如图3所示：

图3：IEC61850与数字化变电站接口与体系结构

1.4数据模型

        在了解数据模型之前，首先需要了解一些关于IEC61850 的重要概念

智能电子设备(IED)：实际的物理设备，如开关、断路器，综保等。

功能：变电站自动化系统执行的任务，如：母线保护、联锁、报警管理等。

逻辑设备(LD)：一种虚拟设备，聚合逻辑节点和数据，物理设备可以包含一个或多个LD。

逻辑节点(LN)：用来描述系统功能的基本单位，是数据对象的容器，可以任意分配到

IED，每个逻辑节点和内部的数据都有具体的语义，并通过他们的服务与外部进行交互。

在IEC61850 中，一个IED 设备的外部性能通过Server 服务器类来表征，Server 服务器可以包含一个或多个逻辑设备，一个逻辑设备可以包含多个逻辑节点，在IEC61850 中一些逻辑节点是电力系统实设备的映射。一个IED 设备要实现特定功能必然需要这些逻辑节点来较终实现操作、控制的功能。可以简单理解逻辑设备是IED 设备实现具体一个功能的抽象容器，在这个容器中包含了实现功能所需的相应的逻辑节点。

        下图4描述了从一个实际的项目中如何对实际的物理设备建模的完整过程：

图4:设备建模的完整过程

        就针对一个具体的IED设备模型而言，下图5描述了该物理设备中所包含的内容及其交互关系：

图5：数据模型所包含的内容及交互关系

        下图6为一个实际的IED物理设备所包含的相关内容，该图描述了该LED设备中其中一个逻辑设备”Tampa_Control”的逻辑节点”Q0XCBR1”断路器的”位置Pos”数据的相关状态 “stVal和ctlVal”。

图6：一个实际的IED设备所包含的内容

2 “IEC61850 Server Library”软件包概述

2.1 “IEC61850 Server Library”通信概述

        “IEC61850 Server Library”软件包是西门子推出的基于S7-300/400作为服务器端的IEC61850规约的通信解决方案，通过该软件包，可以将S7-300/400 “虚拟”为一个IEC61850服务器端设备，之后S7-300/400 可以支持在IEC61850总线上的过程变量导出，下图7为“IEC61850 Server Library”软件包通信总览：

图7：“IEC61850 Server Library“软件包通信总览

“IEC61850 Server Library “软件包具有如下特征：

1) 功能完全的功能块库，支持德语及英语的在线帮助。

2) 每个IEC61850 客户端设备将通过一个ISO-On-TCP连接服务器。

3) 较多可以支持100 Data-Attribute及10 DataSet(每个DataSet包含100个Data-Attributes)：

4) Data-Attribute支持如下数据类型，如图8所示：

图8：”IEC61850 Server Library”所支持的数据类型

5) 支持如下MMS服务类型，如下图9所示：

图9：”IEC61850 Server Library”所支持的MMS服务类型

6) 提供基于XML语言描述的SCL和.icd文件，供客户端访问

7) 通过标准PCS7或Step7工具进行编程

8) 支持S7-300/S7-400/S7 mec

9) 冗余设计(用于S7-400H)

10) 带通信诊断功能

11) 软件包仅支持通过CP343/443-1建立通信连接，不支持CPU的集成PN口创建连接

2.2 “IEC61850 Server Library”软件包工作原理

        下图10描述了“IEC61850 Server Library”软件包的工作原理：

图10：“IEC61850 Server Library”软件包的工作原理

        从图10可以看出，软件包中主要的核心为数据模型.ICD文件及Table DB数据块，两者之间必须一致，这个将包含在软件包中，其中.ICD文件提供给IEC61850客户端用于IEC61850通信的连接、变量的导出及读写等，Table DB数据块用于下载到S7-300/400中用于创建S7-300/400作为IEC61850服务器的数据模型，之后将其匹配到主功能块“SVR_IEC61850”中。

        在软件包的实际应用中还需要注意以下几点：

1) 允许多个IEC61850客户端访问同一个S7-300/400 IEC61850服务器，但是每个客户端需要创建多个ISO-on-TCP连接并多次调用之后将其匹配到功能块“SVR_IEC61850”,此时将功能块“SVR_IEC61850”均连接到同一个Table DB，这样能够保证客户端访问服务器的数据一致性。

2) 通过DataSet(数据集)可以批量读写Data-Attribute，软件包只支持静态DataSet功能，不支持动态的 DataSet创建，因此只允许IEC61850客户端的静态DataSet访问请求。

3) 所有的Data-Attribute及DataSet均可以在 Table DB中更改，这可以通过软件包 的SCL源文件编辑，当更改Table DB时，.ICD文件(软件包中的server_x_y.icd文件)也必须调整以保证更改后的Table DB与.ICD文件保持一致

2.3 “IEC61850 Server Library“软件包软硬件需求及限制

       “IEC61850 Server Library”软件包的软硬件需求及限制如下图11所示：

图11：“IEC61850 Server Library”软件包软硬件需求及使用限制

2.4 “IEC61850 Server Library“软件包订货号

        “IEC61850 Server Library”软件包的订货号如下图12所示：

图12：“IEC61850 Server Library”软件包订货号

2.5 “IEC61850 Server Library“软件包包含内容

        购买“IEC61850 Server Library“软件包后将会得到一张光盘，光盘中包含如下文件内容，如下图13所示：

图13：“IEC61850 Server Library“软件包所包含的内容

3 通过“IEC61850 Server Library“软件包配置S7-300作为服务器进行IEC61850 规约通信

        下面以S7-300及TMW 61850 Test Harness软件为例，详细介绍如何通过“IEC61850 Server Library“软件包将S7-300通过配置为服务器，TMW 61850 Test Harness配置为客户端进行IEC61850 通信。

注：TMW 61850 Test Harness软件可以从网上免费下载得到，网址为:

下载的为试用版本，试用版本有一定的功能限制，只有20天的试用期，试用期结束后失去所有功能，需要购买使用授权

3.1例子中使用的硬件设备及软件

        本例中所用的硬件设备如下表1所示。

名称    数量    订货号

S7-300电源模块PS 307 5A    1    6ES7307-1EA01-0AA0

S7-300 CPU317-2PN/DP    1    6ES7317-2EK14-0AB0(V3.2)

S7-300 CP343-1    1    6GK7343-1EX30-0XE0(V2.2)

S7-300 机架    1    6ES7390-1AE60-0AA0

网线及MMC卡    若干     

笔记本电脑    1     

表1：硬件清单

所用到软件如下表2所示：

名称    订货号

Step7 V5.5+SP2    6ES7810-4CC10-0YA5

CFC V7.1+SP1    6ES7658-1EX17-2YA5

“IEC61850 Server Library“软件包    9AE4110-8AA00

TMW 61850 Test Harness V3.00.0022     

表2：软件清单

3.2 硬件及网络组态

        打开Step7软件，新建一个工程项目文件，命名为“IEC61850_server_update”, 在项目下插入一个S7-300站，如下图14所示。

图14：新建S7-300 Station

        双击插入的SIMATIC 300 Station的“Hardware”，打开硬件组态，在硬件组态界面下分别插入机架，电源PS307、CPU317-2PN/DP、CP343-1,本例中将CP的IP地址设为192.168.0.11，如下图15所示。

图15：硬件组态并设置CP343-1的IP地址

        打开Netpro网络组态,选中CPU317-2PN/DP,插入一个新连接，连接伙伴为Unspecified，连接类型为ISO-on-TCP Connection，如下图16所示：

图16：网络组态-创建ISO-on-TCP

         对于插入的TCP connection，在打开的连接属性对话框中的“General Information”中由于CP343-1做Server被动连接，因此不勾选“Active connection estabishment”选项,ID保持缺省即可，在“Adress”栏中同样由于CP343-1做Server，因此填入本地连接的TSAP号设置为00.01，对于通信伙伴Remote的TSAP可以选择不填，即允许任意IP地址的客户端发起连接，如下图17所示：

图17：作为 服务器的ISO-on-TCP连接属性设置

注意：1) 如果有多个客户端连接，每个客户端需要创建一个ISO-on-TCP连接，对于本地

的TSAP号可以依次按照00.01顺排，对于远程TSAP号则建议添上对应的客户

端IP地址及TSAP号

西门子6ED1055-1MM00-0BA1

3.3 编写程序

        打开“IEC61850 Server Library“软件包中功能块库，将软件包中所有的程序拷贝到以上创建的Step7项目中，如下图18所示：

图18：拷贝“IEC61850 Server Library“软件包中功能块到创建的项目中

        之后再Step7项目中插入一个CFC Chart图并打开，在打开的Chart图中调用主功能块“FB575 SVR_IEC61850”，如下图19，20。

图19：插一个CFC

图20：在CFC中调用主功能块“FB575 SVR_IEC61850”

注意： 如果有多个客户端连接同一个服务器，每个客户端需要调用一个主功能块“FB575

SVR_IEC61850”，每个调用功能块的 Table DB可以共享，但是“CONN_RCV”

及“CONN_SEN”必须不同，如下图21所示。

图21：多个IEC61850客户端连接时编程处理 

表3：功能快FB575“SVR_IEC61850”各管脚参数含义

注意：对于START_COM及STOP_COM参数，SVR_IEC61850功能块要求在启动时首先

将STOP_COM置１后再将STOP_COM置１的一个时序过程功能块才能正常工作，

因此需要在CFC编程时进行处理。

        参数“QSTATE”中功能块输出的内部处理状态如下表4所示：

QSTATE    程序状态    含义描述

0    START    功能块未运行

1    IDLE    由空闲转入开始通信

2    RCV    接收报文(AG_RECV被调用)

3    DECODE    对接收的报文进行分析并解码

4    BUILD    对接收的报文产生相应的响应报文并编码封装

5    SEND    发送报文(通过AG_SEND发送)

表4： 参数“QSTATE”中功能块输出的内部处理状态

3.4 模型文件Table DB及ICD文件修改

         对于实际的应用来说，软件包中自带了一个标准Table DB数据块模型及ICD文件，这两个文件均可以通过软件包中的SCL源文件(源文件为DB.SCL)，可以将软件包中的SCL源文件拷贝到客户所创建的项目中打开后进行修改，如下图22所示：

图22：拷贝DB SCL源文件到项目中

在实际应用中大致来说会涉及到以下内容的修改：

1) 改变模型标识符：DB.SCL源文件中会包含3个字符串的模型标识符，如下图23所示：

■ 供应商名称(较大20个字符)

■ 模型设备名称(较大40个字符)

■ 模型文件版本号(较大20个字符)

在IEC61850客户端/服务器的初始通信连接过程中通过该模型标识符来进行初步握手

图23：在DB.DCL中的模型标识符

2) 更改Data-Attribute的变量属性(Table DB数据块中的“Cont”)，DB.SCL源文件中包含一个结构体变量“Cont”，每个结构体变量“Cont”包含了一个变量的如下条目：

■ 变量域名ID-为IEC61850地址的一部分

    ?代表了IED名称如“IED_001”及逻辑设备名称如“CTRL”。

■ 变量条目ID-为IEC61850地址的一部分

    ?代表了逻辑节点名称及Data-Attribute名称，需要以“$$”开头，如

“LLN0$$ST$$stVAL”。

■ 变量数据类型-MMS数据类型，支持的数据类型包括：

    ? 83h：布尔量

    ? 84h：位串(较大４个字节)

    ? 85h：整型

    ? 86h：无符号整型

    ? 87h： 浮点型

? 8fh： DataSet数据集

■ 变量长度-MMS变量长度值，主要包括：

    ? 对于83h布尔量：１个字节

    ? 其他数据类型：４个字节

■ 变量实际值-MMS变量实际值，长度为４个字节

DB.SCL中一个完整的结构体变量“Cont”如下图24所示：

图24：在DB.SCL中一个完整的结构体变量“Cont”

注意：当需要更改以上模型文件时建议直接在SCL源文件中直接更改，之后可以直接编

译成模型数据块DB及通过相应的工具转换成.ICD文件。

3.5 通信测试

         打开TMW 61850 Test Harness软件中的IEC61850客户端Hammer，通过Options->Configure打开客户端参数设置界面,分别设置相关参数如下图25所示：

图25：TMW 61850 Test Harness软件中Hammer相关参数设置

其中Basic-IP Address:服务器IP地址,本例中为192.168.0.11

        Basic-SCL File:服务器提供的ICD文件

        Client Specific-Transport Seletor:客户端TSAP号

        Server Specific-Transport Seletor:服务器端TSAP号,与Step7中Netpro中设置一致

下载上述中编写的项目程序到PLC中，点击Hammer中的连接，可以看到双方的通信已经建立起来了，在Hamer界面中可以对布尔量，整型，浮点等进行读写，如下图26所示：

图26：通过测试中的变量读写

3.6 通信故障排查

        对于通信中可能出现的各种故障请参考下表5：

故障    可能的原因    补救措施

无法通信    没有物理连接    检查S7-300/400与IEC61850客户端之间的物理连接，包括参数设置等

SVR_IEC61850未启动    检查是否将参数START_COM置１

S7-300/400未正确组态及编程    在CFC检查SVR_IEC61850功能块是否连接了Table DB,并且Table DB是否存在检查网络连接是否正确组态并下载到PLC中

IEC61850客户端未正确组态    将CFC置于Test状态，检查输出参数RECV,DECODE,BUILD,SEND是否在交替状态，否则检查客户端的连接

变量寻址地址不正确    检查Table DB与IEC61850客户端的变量寻址是否一致

表5：可能的故障及排查方式

4 “IEC61850 Server Library“软件包通信小结

        “IEC61850 Server Library”软件包是西门子推出的基于S7-300/400的IEC61850

规约的通信解决方案，在软件包的使用中需要注意以下几点:

1) 如果有多个客户端访问一个服务器，需要创建过个ISO-on-TCP连接并多次调用SVR_IEC61850功能块，其中的Table DB可以一致以保证数据访问的一致性。

2) 由于软件包中程序块占用的Work Memoy较大，因此建议使用中高端的CPU。

3) 对于模型文件ICD的修改，建议客户在购买软件包后直接将需求发给德国总部来获得支持。

4) 建议 使用 CFC编程将更加高效　

5) 软件包目前只能支持较少的MMS通信服务,如GetData,SetData,static Dataset等,其他如Report等服务都不支持,因此只能用于常规的数据读写服务,而对于实时性要求比较高的事件消息上送服务本软件包并不适用.

S7-PLCSIM V5.4 SP3（或更高版本） 可以在STEP 7 （博途）里仿真两个S7-400 CPU 之间的通信。

描述

S7-PLCSIM 支持以下通讯块来做两个S7-400 CPU模块间的通信：

SFB8 "USEND"

SFB9 "URCV"

SFB12 "BSEND"

SFB13 "BRCV"

SFB15 "PUT"

SFB14 "GET"

SFB19 "START"

SFB 20 "STOP"

SFB 22 "STATUS"

SFB 23 "USTATUS"

要求

需要S7-PLCSIM V5.4 SP3（或更高版本）。

在STEP 7（博途）中建立一个项目，对两个S7-400 CPU进行硬件组态和网络组态。 

已经在模块之间组态了S7连接和通信连接。

在主站S7-400 CPU的用户程序中，调用“BSEND”指令来给从站CPU发送数据。

在从站S7-400CPU中调用“BRCV”指令来接收来自主站S7-400 CPU的数据。

注意

本条目提供的项目包含两个S7-1500 CPU的组态，并包含连接组态和用户程序。

本条目提供的项目包含两个S7-1500 CPU的组态，并包含连接组态和用户程序。下载链接中的STEP 7（博途）项目包含两个S7-400站通过工业以太网通信 。

Station_1中的OB1包含计数器的程序，它的输出会传送到Station_2。

在项目导航中标记“Station_1”并打开S7-PLCSIM，可以通过菜单命令“Online > Simulation > Start”或者菜单栏的“Start simulation” 图标打开。关于**个被仿真CPU的实例编号为“S7-PLCSIM”的对话框被打开。

如果是**次仿真这个项目，“Extended download to device”对话框就会打开。在“PG/PC Interface”中选择如图1所示的设置，并单击“Start search”。   

图. 1

当在线连接已经被建立时，单击“Load”按钮。

然后，在打开的“Load preview”对话框中，继续单击“Load”按钮。

在S7-PLCSIM 中使用“Insert”菜单来加载子窗口“Input”和“Counter”，用来监视和控制程序。对于“Station_1”需要“IB2”和“C1”。

在S7-PLCSIM1的“CPU”子窗口中，可以将运行模式从“STOP”改到“RUN-P”。

图. 2

标记项目导航中的“Station_2”并重复步骤1来打开*二个“S7-PLCSIM2”实例。

在“Load preview”按钮中单击“Load”按钮。

与步骤5相同，给实例“S7-PLCSIM2”添加“Output”。对于“Station_2”需要“QW1”。

 在S7-PLCSIM2中的“CPU”子窗口中，将运行模式从“STOP”改到“RUN-P”。

图. 3

在S7-PLCSIM1（Station 1的仿真），IB2控制计数器C1并将计数值传送到S7-PLCSIM2 （Station 2的仿真）QW1中。

I2.0: 自动向上计数的时钟标记

I2.1:向上计数

I2.2: 向下计数

I2.3: 计数器的预设值

I2.4: 复位计数器

西门子变频器以其强大的品牌效应，打破了以前日本品牌变频器在中国市场上的垄断地位，据有关专业市场调研机构的统计，西门子的高低压变频器在中国市场上已****。

西门子变频器在中国市场的使用较早是在钢铁行业，

西门子变频器（图1） 然而在当时电机调速还是以直流调速为主，变频器的应用还是一个新兴的市场，但随着电子元器件的不断发展以及控制理论的不断成熟，变频调速已逐步取代了直流调速，成为驱动产品的主流，西门子变频器因其强大的品牌效应在这巨大的中国市场中取得了**规模的发展，西门子在中国变频器市场的成功发展应该说是西门子品牌与技术的**结合。在中国市场上我们能碰到的早期的西门子变频器主要有电流源的SIMOVERT A,以及电压源的SIMOVERT P，这些变频器也主要由于设备的引进而一起进入了中国的市场，目前仍有少量的使用，而其后在中国市场大量销售的主要有MICRO MASTER和MIDI MASTER,以及西门子变频器较为成功的一个系列SIMOVERT MASTERDRIVE,也就是我们常说的6SE70系列。它不仅提供了通用场合使用的AC变频器，也提供了在造纸，化纤等特殊行业要求使用的多电机传动的直流母线方案。当然西门子也推出了在我个人看来技术上比较失败然而在市场上却相当成功的ECO变频器，在技术上的失败主要是由于它有太高的故障率，市场上的成功主要是因为它追赶了富士变频器成为中国市场的**品牌。现在西门子在中国市场上的主要机型就是MM420，MM440.6SE70系列。

2参数设置

变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围， 使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。

控制方式：即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。

较低运行频率：即电机运行的较小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。

较高运行频率：一般的变频器较大频率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高频率将使电机高速运转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的**额定转速运行，电机的转子是否能承受这样的离心力。

载波频率：载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。

电机参数：变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、较大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。

跳频：在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避免压缩机的喘振点。

3控制参数

变频器日常使用中出现的一些问题，很多情况下都是因为变频器参数设置不当引起的。西门子变频器可设置的参数有几千个，只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性能。[1]

变频器控制方式的选择由负荷的力矩特性所决定，电动机的机械负载转矩特性根据下列关系式决定：

p= t n/ 9550

式中：p——电动机功率(kw)

t——转矩(n. m)

n——转速(r/ min)

转矩t与转速n的关系根据负载种类大体可分为3种[2]。

(1)即使速度变化转矩也不大变化的恒转矩负载，此类负载如传送带、起重机、挤压机、压缩机等。

(2)随着转速的降低，转矩按转速的平方减小的负载。此类负载如风机、各种液体泵等。

(3)转速越高，转矩越小的恒功率负载。此类负载如轧机、机床主轴、卷取机等。

变频器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制。v/f控制中有线性v/f控制、抛物线特性v/f控制。将变频器参数p1300设为0，变频器工作于线性

v/f控制方式，将使调速时的磁通与励磁电流基本不变。适用于工作转速不在低频段的一般恒转矩调速对象。

将p1300设为2，变频器工作于抛物线特性v/f控制方式，这种方式适用于风机、水泵类负载。这类负载的轴功率n近似地与转速n的3次方成正比。其转矩m近似地与转速n的平方成正比。对于这种负载，如果变频器的v/f特性是线性关系，则低速时电机的许用转矩远大于负载转矩，从而造成功率因数和效率的严重下降。为了适应这种负载的需要，使电压随着输出频率的减小以平方关系减小，从而减小电机的磁通和励磁电流，使功率因数保持在适当的范围内。

可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将p1312在0至250之间设置合适的值，具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问题。适用于大起动转矩的调速对象。

变频器v/f控制方式驱动电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽度，当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。从p1091至p1094可以设定4个不同的跳转点，设置p1101确定跳转频带宽度。

有些负载在特定的频率下需要电机提供特定的转矩，用可编程的v/f控制对应设置变频器参数即可得到所需控制曲线。设置p1320、p1322、p1324确定可编程的v/f特性频率座标，对应的p1321、p1323、p1325为可编程的v/f 特性电压座标。

参数p1300设置为20，变频器工作于矢量控制。这种控制相对完善，调速范围宽，低速范围起动力矩高，精度高达0.01%，响应很快，高精度调速都采用svpwm矢量控制方式。

参数p1300设置为22，变频器工作于矢量转矩控制。这种控制方式是目前国际上较先进的控制方式，其他方式是模拟直流电动机的参数，进行保角变换而进行调节控制的，矢量转矩控制是直接取交流电动机参数进行控制，控制简单，精确度高。

4常见型号

MicroMaster440

西门子变频器MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。

它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备**强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。

主要特征：

200V-240V ±10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW； 380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-250kW；

矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；

高过载能力，内置制动单元；

三组参数切换功能。控制功能： 线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式；

标准参数结构，标准调试软件；

数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个；

独立I/O端子板，方便维护；

采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；

内置PID控制器，参数自整定；

集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块；

具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；

可实现主/从控制及力矩控制方式；

在电源消失或故障时具有'自动再起动'功能；

灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性；

快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸；

有直流制动和复合制动方式提高制动性能。

保护功能：

过载能力为200%额定负载电流，持续时间3秒和150%额定负载电流，持续时间60秒；

过电压、欠电压保护；

变频器、电机过热保护；

接地故障保护，短路保护；

闭锁电机保护，防止失速保护；

采用PIN编号实现参数连锁。

MicroMaster430

西门子变频器MicroMaster430是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载*。功率范围7.5kW至250kW。它按照**要求设计，并使用内部功能互联（BiCo）技术，具有高度可靠性和灵活性。控制软件可以实现**功能：多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。

主要特征：

380V-480V±10%，三相，交流，7.5kW-250kW；

风机和泵类变转矩负载**；

牢固的EMC（电磁兼容性）设计；

控制信号的快速响应；

控制功能：

线性v/f控制，并带有增强电机动态响应和控制特性的磁通电流控制（FCC），多点v/f控制；

内置PID控制器；

快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸；

数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个；

具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；

采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；

集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块；

灵活的斜坡函数发生器，可选平滑功能；

三组参数切换功能：电机数据切换，命令数据切换；

风机和泵类**功能：

多泵切换；

旁路功能；

手动/自动切换；

断带及缺水检测 ；

节能方式；

保护功能：

过载能力为140%额定负载电流，持续时间3秒和110%额定负载电流，持续时间60秒;

过电压、欠电压保护；

变频器过温保护；

接地故障保护，短路保护；

I2t电动机过热保护；

PTC Y电机保护。

西门子变频器MicroMaster420

西门子变频器MicroMaster420是全新一代模块化设计的多功能标准变频器。它友好的用户界面，让你的安装、操作和控制象玩游戏一样灵活方便。全新的IGBT技术、强大的通讯能力、精确的控制性能、和高可靠性都让控制变成一种乐趣。

主要特征：

200V-240V ±10%，单相/三相，交流，0.12kW-5.5kW；

380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-11kW；

模块化结构设计，具有较多的灵活性；

标准参数访问结构，操作方便。

控制功能：

线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制；

磁通电流控制（FCC），可以改善动态响应特性；

较新的IGBT技术，数字微处理器控制；

数字量输入3个，模拟量输入1个，模拟量输出1个，继电器输出1个；

集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块/Device-Net模板；

具有7个固定频率，4个跳转频率，可编程；

捕捉再起动功能；

在电源消失或故障时具有“自动再起动”功能；

灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性；

快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸；

有直流制动和复合制动方式提高制动性能；

采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接。

保护功能：

过载能力为150%额定负载电流，持续时间60秒；

过电压、欠电压保护；

变频器过温保护；

接地故障保护，短路保护；

I2t电动机过热保护；

采用PTC通过数字端接入的电机过热保护；

采用PIN编号实现参数连锁；

闭锁电机保护，防止失速保护。

西门子G120C紧凑型变频器

SINAMICS G120C紧凑型变频器，在许多方面为同类变频器的设计树立了**。包括它紧凑的尺寸，便捷的快速调试，简单的面板操作，方便友好的维护以及丰富的集成功能都将成为新的标准。

SINAMICS G120C是专门为满足OEM用户对于高性价比和节省空间的要求而设计的变频器，同时它还具有操作简单和功能丰富的特点。这个系列的变频器与同类相比相同的功率具有更小的尺寸，并且它安装快速，调试简便，以及它友好的用户接线方式和简单的调试工具都使它与众不同。集成众多功能：安全功能（STO,可通过端子或PROFIsafe激活），多种可选的通用的现场总线接口，以及用于参数拷贝的存储卡槽。

SINAMICS G120C 变频器包含三个不同的尺寸功率范围从0.55kW到18.5kW。为了提高能效，变频器集成了矢量控制实现能量的优化利用并自动降低了磁通。该系列的变频器是全集成自动化的组成部分，并且可选PROFIBUS, Modbus RTU,CAN以及USS 等通讯接口。操作控制和调试可以快速简单地采用PC机通过USB接口，或者采用BOP-2（基本操作面板）或IOP（智能操作面板）来实现。[2]

5日常维护

操作人员必须熟悉西门子变频器的基本工作原理、功能特点， 具有电工操作常识。在对变频器日常维护之前，必须保证设备总电源全部切断；并且在变频器显示完全消失的3-30分钟（根据变频器的功率）后再进行。应注意检查电网电压，改善变频器、电机及线路的周边环境，定期清除变频器内部灰尘，通过加强设备管理较大限度地降低变频器的故障率。

1、冷却风扇

变频器的功率模块是发热较严重的器件，其连续工作所产生的热量必须要及时排出，一般风扇的寿命大约为20kh～40kh。按变频器连续运行折算为3～5年就要更换一次风扇，避免因散热不良引发故障。

2、滤波电容

中间电路滤波电容：又称电解电容，该电容的作用：滤除整流后的电压纹波，还在整流与逆变器之间起去耦作用，以消除相互干扰，还为电动机提供必要的无功功率，要承受较大的脉冲电流，所以使用寿命短，因其要在工作中储能，所以必须长期通电，它连续工作产生的热量加上变频器本身产生的热量都会加速其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。

3、防腐剂的使用

因一些公司的生产特性，各电气mcc室的腐蚀气体浓度过大，致使很多电气设备因腐蚀损坏（包括变频器）。

为了解决以上问题可安装一套空调系统，用正压新鲜风来改善环境条件。为减少腐蚀性气体对电路板上元器件的腐蚀，还可要求变频器生产厂家对线路板进行防腐加工，维修后也要喷涂防腐剂，有效地降低了变频器的故障率，提高了使用效率。

4、给变频器除尘：变频器根据使用环境的不同，应定期检查散热通道、及电路板中有无积累灰尘，一般每半年清理一次，至少也要一年清理一次，以确保变频器散热良好，使其避免因散热不良而引发故障。

在保养的同时要仔细检查变频器，定期送电，带电机工作在2hz 的低频约10分钟，以确保变频器工作正常。