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V20新功能介紹及實際案例應用

現如今，在機械和設備制造領域，越來越多的應用中需要個性化的自動化及驅動解決方案，緊湊的 SINAMICS V20 變頻器為這些應用提供了簡單且經濟的驅動解決方案。SINAMICS V20 以調試時間短、操作簡便、堅固耐用及價格經濟著稱，功率范圍覆蓋0.12 kW 至30 kW。下面給大家介紹幾個 V20 的新功能。

圖 1-1  SINAMICS V20

1.1 擴展了自動再啟動模式的功能

在某些物流行業應用中，偶爾需要將電源切斷已實現安全停車。電源恢復時間不確定，有可能要等待一段時間，有可能很快就能恢復。處于安全的考慮，電源恢復后，需要重新給啟動信號變頻器才能運行。

常用的 P1210 設置為2遇到的問題是電源短暫掉電恢復后無法復位 F3 故障。其他模式雖然能復位短暫掉電后的 F3 故障，但是存在的問題是如果 ON 命令存在就直接啟動了，不需要檢測上升沿。

圖1-2 物流輸送線

基于這樣的考慮，在Zui新固件 V3.98 中，P1210 新增加了一個參數值11，也是專門用于復位欠壓故障 F3。這個模式的特點如下：

 不管是長時間電源故障還是短暫的電源故障，變頻器電源恢復后都能自動復位 F3 故障。電源恢復后再次啟動需要 ON 命令上升沿。1.2 可以設置 MOP 給定的增量大小

很多用戶希望用 BOP 面板的上下鍵直接調節變頻器的輸出頻率，也就是 MOP 給定功能。之前版本的 MOP 給定單次增量為固定值 0.1Hz，在某些場景下用起來不是很方便。現在可以通過參數 P1046 調整增量大小。該參數Zui小值和默認值為 0.1Hz，Zui大值為 10Hz。

圖1-3 V20的面板布局

具體來說，V20 通過面板調整 MOP 給定量大小時，可分為單次按 Up/Down 鍵和持續按 Up/Down 鍵兩種狀態。

在單次按 Up/Down 狀態下，MOP 設定值按照 P1046 中的設置增量增加或減小。

在持續按 Up/Down 狀態下， MOP 設定值按照 P1046 中設置的增量增加或減小一次，BOP 上顯示的頻率是 MOP 的輸出頻率，一秒后，頻率變化的速率取決于 P1047/P1048（MOP 斜坡上升時間/MOP斜坡下降時間）。

1.3 Modbus非周期通信讀取任意參數值

V20 Modbus 寄存器映射表中包含可以通過 Modbus RTU 訪問的寄存器及其對應的變頻器參數號。在映射表的末尾，有549~558幾個寄存器，通過它們可以間接訪問所有變頻器參數。為了進一步擴展應用，在新的固件版本中，V20 增加了一個新的讀寫任意參數的方式，引入了 Modbus 非周期通信的功能。DS47 非周期通信是 PROFIdrive 行規定義的一種訪問變頻器參數的通信方式，基于 PROFIBUS 和 PROFINET。V20 變頻器將該通信方式引入到 Modbus 通信中，通過該通信方式 Modbus 可以訪問變頻器中的任何一個或多個參數，不再受到 Modbus 寄存器數量的限制。

圖1-4  Modbus非周期通信寄存器地址

在用戶數據中可通過寄存器 40601 對訪問進行控制。

在寄存器 40602 中確定非周期訪問以及任務數據的長度。

寄存器 40603 包含任務參考（由用戶確定）以及訪問類型（讀或寫）。

寄存器 40604 包含驅動對象的編號（始終為 1）以及要讀取或寫入的參數數量。

寄存器 40605 包含屬性，通過它可控制讀取參數值還是參數屬性。在元素數量中指定要讀取多少個下標。

圖1-5  S7-1200 寫 Modbus寄存器

圖1-6  S7-1200 讀 Modbus寄存器

下面以讀取參數 r2 的值為例，說明如何向相應寄存器寫入數據。

表1-1   讀參數 - 參數請求報文

當 r2 參數值為4時的應答報文。

表1-2   讀參數 - 參數應答報文

更詳細的過程可以參考文檔：       

1.4 通過 Lua 腳本擴展 V20 的應用

SINAMICS V20 Lua 腳本功能為 V20 提供了市場上絕大多數變頻器沒有的二次開發功能，這個功能的優點如下：

在變頻器中定制化應用層的解決方案更快的內部通信和響應速度無需增加額外的硬件成本增加

1.4.1 驅動永磁同步電機

永磁同步電動機的成本低、效率高，越來越多的客戶在風機水泵負載上使用永磁同步電機。V20 是無矢量控制的變頻器，使用可編程 V/F 手動尋找zuijia工作點可以調試成功，但是經驗豐富的工程師尋找zuijia工作點可能需要花費2天左右的時間，調試效率極低。為了提高工程師的工作效率，驅動組提出了將工程師調試永磁同步電機的知識和經驗轉化成調試工具，這樣就能極大地縮短調試時間，同時將 V20 驅動永磁同步電機的調試過程標準化，符合現在數字化一體化工程的需要。

圖1-7  永磁同步電機

使用 Lua 腳本驅動永磁同步電機的優點：

程序自動優化：自動計算額定反電勢電壓，自動執行靜態優化，自動計算獨立電壓調節的參考值。

負載變化時，自動調節輸出電壓，使同步電機工作在zuijia狀態，電流Zui小。

動態的電壓控制能有效防止負載突變引起的永磁同步電機失步。

極大地節約調試時間，經驗豐富的工程師和非專業人士都可以在5分鐘內完成調試。

1.4.2 負載突變檢測

某客戶希望在其輸送機上增加一個功能，在不增加任何硬件的情況下，能檢測到輸送機上的負載突變。具體來說，當有人突然站在輸送機上時，變頻器能很快檢測到并迅速停機。

圖1-8 輸送機

這個功能看似簡單，實際上實現起來比較困難。因為正常負載的變化范圍也很大，所以無法通過電機電流的juedui大小來判斷，只能通過電流的上升率來判斷。V20 雖然有自由功能塊，但是自由功能塊無法判斷電流的上升率。借助于 V20 的 Lua 腳本功能，我們可以通過某種算法來快速判斷負載的突變，從而控制設備安全停機。正是因為 V20 有 Lua 腳本功能，才使得我們可以Zui終實現客戶的這一需求。

圖1-9  負載變化趨勢圖

除了上述兩個例子，V20 的 Lua 腳本功能已在很多行業實現客戶的定制化需求，比如塑料行業的 PID 控制功能、跑步機的計步功能、木材加工行業的恒功率控制等等。