西門子45千瓦變頻器

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ET200Pro系列產品做為西門子分布式IO系列產品中的一種，具有高IP67的防護等級，成為特殊行業應用的主要產品之一。同時，ET200Pro還提供了故障安全模板：F-DI/F-DO以及電機啟動器（MotorStarter）、故障安全型變頻器（F-FC）等，滿足了行業中的故障安全應用的需求。本文將主要介紹ET200Pr*安全型變頻器的調試和使用的方法。

1 ET200Pr*安全系統介紹
與ET200S系統類似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型輸入/輸出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型輸入/輸出的模板的使用與ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）電機啟動器（MotorStarter）
ET200Pro的電機啟動器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，電機啟動器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以達到SIL3(Cat.4)的安全等級（圖1）。

圖1 故障安全型電機啟動器（MotorStarter）系統配置(Cat.4)

具體配置列表請參照手冊：SIMATIC ET 200pro Motor starters

3）故障安全型變頻器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系統中的緊湊型的故障安全型變頻器。工作電壓為3 AC 400V 50/60Hz，連接3相交流電機，大1.1KW，溫度允許的情況下，可以連接1.5KW電機。
該變頻器可以通過PROFIBUS/PROFINET的接口模板進行連接調試，也可以使用光纖轉串口的電纜進行連接。
ET200Pro變頻器需要與前面提到的電機啟動模塊中的特殊模塊一起使用來對其關斷信號進行評估，因而系統中需要F-Switch 或F-RSM（圖2）。

圖2 故障安全變頻器與F-RSM的配置

其中主要的模板包括：
③接口模板
可以連接變頻器模板的接口模板包括：
1) IM154-4 PN HF Cu V6.0 (6ES7 154-4AB10-0AB0)
2) IM154-2 DP HF (6ES7 154-2AA00-0AB0)
④F-RSM或者F-SWITCH
⑤故障安全型變頻器（F-FC）
⑥終端模塊

2 ET200Pro F-FC的調試方法
ET200Pro F-FC的組態可以通過Step7軟件來實現。但變頻器模板的調試工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等軟件。如果系統中使用了F-Switch，則需要MotorStarter ES軟件來設置相關Switch的參數。

2．1 Step7的組態
（1）新建一個S7 300站，這里選擇CPU 317F-2 PN/DP做為F主機，IM154-4 PN HF Cu V6.0做為F設備。（圖3）

圖3 新建S7 300站

硬件組態中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe報文，因而只能添加標準報文F-FC 1.1/1.5KW Standard telegram1。(圖4)

圖4 添加硬件

分別雙擊兩個模板，打開屬性框，將診斷選項使能。

（2）雙擊CPU，設置CPU的參數。

選擇F 參數，為故障安全程序設置密碼（圖5），防止有未經授權的人修改F程序。

圖5 設置F程序的密碼

選擇“Protection”，設定CPU程序的訪問保護密碼，同時將“CPU contains safety program”激活（圖6）。

圖6 保護選項

保存編譯后，我們可以看到在Step7的Block下，出現了一些相關F系統的功能塊，但由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe的報文，因而這里實際上并沒有關于ET200Pro F-FC的F系統塊，這也是ET200Pro F-FC與ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之處，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通過F-RSM或F-Switch來實現的。
至于如何建立Step7的F程序，這里不再詳細介紹，請參考相關手冊。

2．2 F-FC的調試
ET200Pro F-FC的調試需要用到Drive的一些軟件。通過Step7界面，雙擊變頻器模板，則可以打開相應的調試軟件的界面。

（1） 雙擊打開調試界面，選擇“在線”。

圖7 選擇在線連接到F-FC

如果無法在線操作，則檢查“Option”菜單下的“Set PG/PC interface”的設置，選擇合適的接口用于連接F-FC。

（2） 選擇“上載”，將系統配置自動上傳到PG。

圖8 上傳參數

在“Functions”下選擇“Safety Integrated”進行安全功能的設置。注意這個選項只有在“在線”的模式下才可以操作。

圖9 選擇安全功能設置西門子45千瓦變頻器

（3） 打開設定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3種安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的內部，有兩條F功能總線“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”。可以通過“Enables”選擇這兩條安全總線回路中的安全功能。如圖10所示，由于F-RSM只提供一個安全回路開關(F0)，故這里只選擇了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系統中使用了F-Switch，則可以設置兩個安全功能回路。

圖10 選擇安全功能

（4） 分別設定安全功能的參數

STO：安全轉矩關斷。該功能激活后，變頻器內部的電源被切斷，電機進入自由停車狀態。（圖11）

圖11 STO的參數設置界面

這里的設置都是關于安全回路測試的：當系統恢復正常時，是否進行回路測試，用來保證系統正常運行，以及及時檢查系統錯誤。T=8小時的設置也是保證系統的自檢測的時間。
SS1:安全停車指令1。當SS1被激活時，系統按照設定的參數進行停車。否則進入故障狀態，并終進入STO。

圖12 SS1的參數設置界面

Standstill:截止頻率。當停車過程中，頻率達到該設定值時，進入STO狀態。
Tr：停車時間設定；
Tv: 延時監控時間。超出該設定值，變頻器進入故障狀態，同時馬上進入STO狀態。

SLS：安全限速。安全限速有4種模式，分別對應4種安全限速的動作。這里需要定義安全限速的設定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和選擇模式。

圖13 SLS的參數設置界面

參數設定和修改都需要“Accept settings”才能生效。這里需要輸入密碼和進行驗證。

圖14 參數修改和生效

2．3 F-RSM的調試

ET200Pro F-FC的F功能需要通過F-RSM或者F-Switch來實現（見圖15），因而需要對F-RSM進行設置。

圖15 ET200Pro F-FC與F-RSM/F-Switch的配置原理圖

（1）F-RSM的連線

圖16 F-RSM組件

其內部原理圖為：

圖17 F-RSM的原理圖

F-RSM內部為一個3TK2841的安全繼電器，其中輸入端子為IN1/IN2，可以用于連接急停按鈕；IN3做為3TK2841的“monitered START”輸入端，當選擇“自動啟動”時，該端子可以不接。
輸出“OUT”做為3TK3841的功能輸出連接端子，內部busbar總線將“F0”輸出到F-FC,做為安全功能的激活信號。

a.IN1可以連接一個單通道或者雙通道的“急停”信號，其端子接線方式為：

圖18 IN1的連接

b.“Start”信號的接線方式： c. “OUT”信號的接線：

                

圖19 啟動信號的連接                 圖20 輸出信號的連接

單通道以及雙通道的選擇，自動啟動與手動啟動的選擇是通過切換開關實現的：

圖21 選擇開關的模式設置

（2） 激活安全功能
當急停信號為“1”時，系統正常工作，此時“F0”狀態為“1”。當急停被按下時，表示系統運行出現危險狀況，應當啟動相應的安全功能，此時“F0”變為“0”，此時，應通過busbar將F0信號傳送至F-FC，變頻器激活相應的安全功能。

注意：系統中的F-RSM的供電是通過電源端子提供的，因而在連接接口模板的電源端子時，應當連接兩路電源（DC 24V），否則F-RSM內部的3TK2841處于失電狀態，從其運行燈的狀態可以判斷該路電源是否有連接（圖22）。

圖22 電源的連接

西門子制造出安裝其海上風場用的75米葉片的特殊起重機械。這個特殊起重設備使組裝工作更安全，也能適應更高的風速環境。目前為止，葉片都是通過安裝船上起重機所系的長夾具由其輪轂進行提升。這個過程，裝配工人必須手工用纜繩將葉片系緊在夾具兩端，而且根據安裝船上葉片的數量，裝配工人需要在離甲板幾十米高的地方進行作業，有時甚至需要在夜里或惡劣天氣下工作。而新機械可*自動系緊纜繩，并由人在安裝船的甲板上安全地進行控制。西門子是為其新型D6平臺風機的系列安裝而研發該機械的。

風機組裝時，通常是將葉片安裝到輪轂上，再將整個裝配好的部分安裝到桅桿頂部的轉子上。然而，單獨裝配葉片變得越來越常見。這在陸上風機的安裝中早已司空見慣，現在也越來越多地用于海上作業。在這種安裝方式中，輪轂已經安裝在轉子上，起重機將每個葉片提升至塔架，然后機艙中的裝配工人將葉片安裝在輪轂上。這種葉片單獨裝配流程是新一代葉片一能夠使用的安裝方式。這種葉片長75米重25噸，而預先組裝好的直徑154米重約75噸的轉子幾乎不可能被提起或與輪轂對接。因此，西門子風電集團的工程師們一直在尋找一種能夠解決這類巨型轉子葉片安裝問題的全自動工藝，它還必須能夠在強風環境下使用，以便盡可能高效地利用安裝船。所以工程師們面臨著這樣一個挑戰：該系統必須盡可能輕，同時又要具備足夠的穩定性。這一新型提升機械長14米，高8米，重達78噸，它能夠在14米/秒的持續風力和19米/秒的陣風強度下工作，這相當于蒲福7級風力。目前，葉片單獨裝配的風力限值僅為12米/秒。

這一起重機械能夠自動系緊和松開固定葉片的纜繩，因此當葉片需要維護時，該機械也能用于拆卸。同時，所有功能都具有冗余性，以確保葉片能夠安全地回到甲板上。另外，新機械能夠轉向、傾斜和旋轉——無論葉片在安裝船上的位置如何，都能被吊起。新機械還能在安裝中翻轉或旋轉葉片，以便葉片能夠對準輪轂。這是之前的技術所無法做到的。

今年夏天，全新的起重機械完成了它的*項任務——在英國東海岸建設Westermost Rough 風場。西門子將在該風電場安裝36臺風機，每臺風機葉片都長達75米。