SIMOTION是一个以SINAMICSS120为基础的全新的运动控制器,它集逻辑控制、工艺PID控制、运动控制于一体。既能实现逻辑和运算控制能,又能实现PID、角同步、电子齿轮、电子凸轮等复杂的运动控制能,使PLC逻辑控制、PID能及运动控制能完美地集成在一个系统中,大大简化了编程工作,缩短了系统响应时间,也使系统的诊断更加容易。
SIMOTION的编程调试软件是SCOUT,它提供了丰富的控制指令和系统诊断能。SIM-OTION硬件平台有SIMOTIONP、SIMOTION C和SIMOTIOND三种,分别适用于不同的应用场合。三种硬件平台可以单独工作,也可以在一个设备中互相配合。
SIMOTION C是基于SIMATIC S7-300设计的运动控制器。可以使用SIMATICS7-300系列模块对SIMOTION C进行模块扩展。
SIMOTION P是一个基于PC的运动控制系统。PLC、运动控制和HMI能与标准PC应用程序在同一平台上执行。
SIMOTION D是SIMOTION的一个紧凑的、基于驱动的版本。
SINAMICSS120驱动控制系统基本的能是实现转速电流双闭环控制,还可以实现基本的位置转速电流三闭环控制。其控制结构如图2-2所示,包括给定环节(目标设定值)、偏差比较(目标值与实际值做差)、控制器(位置控制器、速度控制器、电流控制器)、执行机构(PWM脉宽调制方式的交直交变频器)、被控对象(电动机)、检测反馈(电流检测、编码器速度检测、编码器位置检测),还包括速度预控制和转矩预控制环节。
西门子变频器授权一级供货商
其中,执行机构由S120的率部分组件实现,S120的控制单元能够实现速度控制器、电流控制器和基本位置控制器的能,复杂的位置控制则需要SIMOTION控制单元或高端PLC控制器实现。本章即按照变频器率部分组件和控制系统组件介绍SINAMICSS120驱动系统的组件。
SINAMICSS120驱动系统可分为以下两个大类:AC/AC单轴驱动系统和DC/AC多轴驱动系统。下面分别介绍这两类驱动系统组件结构。
西门子变频器均为电压型交直交变频器,整流单元用于将电网的三相交流电变成直流,直流部分由电容储存能量,逆变单元用于将直流变为不同频率的三相交流电。SINAMICSS120AC/AC单轴驱动系统是将整流单元和逆变单元集成在一起,适用于单轴的模块化驱动系统,如图2-3所示,由一个控制单元(CU)或控制单元适配器(CUA)、一个率模块(PM)构成,其系统组件结构如下:
1)电源:用于提供驱动系统中各模块用到的24V直流电。
2)控制单元:为驱动系统的核心,完成转速电流双闭环(或位置转速电流三闭环)控制,与率模块通过DRIVE-CLiQ电缆连接,并传递控制信息和状态信息;附加系统组件中的端子模块可用于CU的I/O端子扩展,通信选件板卡可用于扩展通信接口。
3)电源端组件:由电网供电(三相/单相交流电),在进线侧按电气顺序依次连接开关/刀闸、熔断器/断路器、接触器(电气隔离时需要)、进线滤波器(可选)、进线电抗器(可选),将符合EMC要求的交流电送入率模块。
4)率模块:为集成的整流和逆变单元,可实现交直交变换,为电动机提供动力,可以带或不带内置进线滤波器(EMC滤波器)和内置的制动斩波器(制动单元和制动电阻)。
5)编码器模块(SM):将编码器信号转换成DRIVE-CLiQ可识别的信号,所有电动机必须通过编码器模块才能与率模块相连,若电动机含有DRIVE-CLiQ接口(内含SMI编码器模块),则不需要此模块。
SINAMICS S120DC/AC多轴驱动系统中整流单元(电源模块)和逆变单元(电动机模块)分开,这样可将多个逆变单元连接到直流母线上,实现多轴控制,多个逆变单元之间也可以实现能量交换。
DC/AC多轴驱动系统如图2-4所示,根据率不同,可分为书本型和装机装柜型,其系统组件结构略有不同:
2)控制单元:为驱动系统的核心,完成转速电流双闭环(或位置转速电流三闭环)控制,与率模块通过DRIVE-CLiQ电缆连接,传递控制信息和状态信息;附加系统组件中的端子模块可用于CU的I/O端子扩展,通信选件板卡可用于扩展通信接口。
3)电源端组件:由电网供电(三相/单相交流电),在进线侧按电气顺序依次连接开关/刀闸、熔断器/断路器、接触器(电气隔离时需要)、进线滤波器(可选)、进线电抗器(必选),将符合EMC要求的交流电送入电源模块。
4)调节型接口模块(AIM):与电源模块ALM配合使用,内含滤波器、电抗器、预充电回路、电源电压检测模块等。
5)电源模块:是一个整流器,可将三相交流电变为直流电,也可将能量回馈电网,可以根据再生回馈能力和能量回馈要求来选择整流单元。
6)直流母线组件(选件):用于稳定直流母线电压,包括制动单元和制动电阻、电容模块和控制电源模块等。
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7)电动机模块:是一个逆变器,通过PWM脉宽调制方式将直流母线电压变为频率大小可调的交流电,为电动机供电。
8)编码器模块(SM):将编码器信号转换成DRIVE-CLiQ可识别的信号,所有电动机必须通过编码器模块才能与电动机模块(MM)相连,若电动机含有DRIVE-CLiQ接口,则不需要此模块(内含SMI模块)。
9)输出侧组件(用于装机装柜型):能够在变频器向电动机供电时减小线路中的谐波成分,保护机电系统安全运行,包括输出电抗器、dv/dt滤波器、正弦滤波器。书本型S120驱动系统中仅含输出电抗器,装机装柜型S120驱动系统中还可包括dv/dt滤波器和正弦滤波器。由于输出侧组件会影响系统响应速度,对于高动态性能要求的伺服控制,输出侧组件不宜接入系统。
2.2 S120率部分组件
SINAMICSS120率部分组件除了实现基本交直交变频能的电源模块(整流装置)、直流回路和电动机模块(逆变装置)之外,还需要选配系统组件(进线侧组件、直流回路组件和输出侧组件),以保证传动装置和电动机的正常运行,以及减小传动装置对电源的影响。