變頻技術及應用 課件 學習情境5、6 G120變頻器的通信技術、G120變頻器的維護

學習情境5

G120變頻器的通信技術認識PROFIBUS和PROFINET任務概述：該任務要求了解PROFIBUS和PROFINET通信的知識，知道西門子變頻器的PFOFIdrive報文行規(guī)和西門子通信的狀態(tài)字及控制字定義。任務要求如下：1、 了解PROFIBUS通信；2、 了解PROFINET通信；3、 了解PROFINET和PROFIBUS的區(qū)別；4、 了解西門子變頻器的PFOFIdrive報文行規(guī)；5、 掌握G120變頻器通信的控制字與狀態(tài)字；認識PROFIBUS和PROFINET任務要求（1） 了解PROFIBUS和PROFINET通信，以及它們之間的區(qū)別；（2） 掌握G120變頻器的PFOFIdrive報文行規(guī)；（3） 掌握G120變頻器通信的控制字與狀態(tài)字；（4） 能夠按照要求選擇G120變頻器的PFOFIdrive報文；（5） 能夠理解G120變頻器通信的控制字與狀態(tài)字，并能熟練應用認識PROFIBUS和PROFINET任務學習：1、PROFIBUS介紹

2、PROFINET介紹3、PROFINET和PROFIBUS的區(qū)別4、西門子PROFIdrive行規(guī)5、控制字和狀態(tài)字6、擴展報文一、 PROFIBUS介紹

PROFIBUS(ProcessFieldbus的縮寫)是由以西門子為首的13家公司和5家科研機構(gòu)在聯(lián)合開發(fā)的項目中制定的標準化規(guī)范，是一種國際化的、開放的、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。它廣泛應用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等自動化領域。PROFIBUS有PROFIBUSDP、PROFIBUSFMS和PROFIBUSPA三種通信協(xié)議類型。PROFIBUS中最早提出的是PROFIBUSFMS（FMS代表FieldbusMessageSpecification），是一個復雜的通信協(xié)議，為要求嚴苛的通信任務所設計，適用在車間級通用性通信任務。后來在1993年提出了架構(gòu)較簡單，速度也提升許多的PROFIBUSDP（DP代表DecentralizedPeripherals）。PROFIBUSFMS是用在PROFIBUS主站之間的非確定性通信。PROFIBUSDP主要是用在PROFIBUS主站和其遠程從站之間的確定性通信，但仍允許主站及主站之間的通信。而PA則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標準。該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。二、PROFINET介紹基于傳統(tǒng)的以太網(wǎng)底層標準協(xié)議IEEE802.3的工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET，是一種新一代工業(yè)自動化通信標準，主要是面向工業(yè)現(xiàn)場自動化領域。是由PROFIBUS國際組織(PROFIBUSInternational，PI)推出，新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術的自動化總線標準。PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網(wǎng)絡解決方案，囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡安全等當前自動化領域的熱點話題，并且，作為跨供應商的技術，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線(如PROFIBUS)技術，保護現(xiàn)有投資。三、 PROFINET和PROFIBUS的區(qū)別1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸扨ROFIBUS數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捵畲鬄?2Mbps，PROFINET數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挒?00Mbps。

2.數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絇ROFIBUS數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綖榘腚p工，PROFINET數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綖槿p工。3.數(shù)據(jù)最大長度PROFIBUS一致性數(shù)據(jù)最大為32bytes，PROFINET一致性數(shù)據(jù)最大為254bytes。4.用戶數(shù)據(jù)最大長度PROFIBUS用戶數(shù)據(jù)的最大為244bytes，PROFINET用戶數(shù)據(jù)的最大為1400bytes。5.總線最大長度PROFIBUS12Mbps的最大總線長度為100m，PROFINET設備之間的總線長度為100m。6.引導軸PROFIBUS引導軸必須在DP主站中運行，PROFINET引導軸可以運行在任意SIMOTION中。

7.組態(tài)和診斷PROFIBUS組態(tài)和診斷需要專門的接口模板（例如CP5512），PROFINE可以使用標準的以太網(wǎng)網(wǎng)卡。8.抗干擾性能PROFIBUS如果一個PG接入可能引起通信問題，PROFINETRT一個PG接入可能產(chǎn)生極小的反應，而對于PROFINETIRT接入不會引起任何問題。9.網(wǎng)絡診斷PROFIBUS需要特殊的工具進行網(wǎng)絡診斷，PROFINET使用IT相關的工具即可。10.主站數(shù)PROFIBUS總線上一般只有一個主站，多主站系統(tǒng)會導致DP的循環(huán)周期過長；PROFINET任意數(shù)量的控制器可以在網(wǎng)絡中運行，多個控制器不會影響IO的響應時間。11.終端電阻PROFIBUS總線上的主要故障來源于總線終端電阻不匹配或者較差的接地，PROFINET不需要總線終端電阻。12.通信介質(zhì)PROFIBUS使用銅和光纖作為通信介質(zhì)，PROFINET無線WLAN可用于額外的介質(zhì)。13.站點類型PROFIBUS一個接口只能做主站或從站，PROFINET所有數(shù)據(jù)類型可以并行使用，PROFINET一個接口可以既做控制器又做IO設備。14.設備位置PROFIBUS不能確定設備的網(wǎng)絡位置，PROFINET可以通過拓撲信息確定設備的網(wǎng)絡位置。四、 西門子PROFIdrive行規(guī)五、控制字和狀態(tài)字1、控制字控制字就是起到對變頻器的工作運行進行控制的一個字。一個16進制的字可以分為16個位，每個控制位都對應不同的含義，例如：啟動、停止控制位、OFF2停車控制位、變頻器使能控制位、故障復位控制位等?？梢酝ㄟ^端子控制的方式或者通信控制的方式控制控制字的各個控制位，從而可以達到控制變頻器的目的。G120變頻器通過通信接收到的控制字中每一位都有其特定的功能2、狀態(tài)字變頻器的狀態(tài)字表示的是變頻器目前的狀態(tài)，是運行還是停機，是報警還是故障等。一個16進制的字可以分為16個位，每個控制位都對應不同的含義。通過硬線連接端子的方式或者通信的方式來讀取狀態(tài)字的各個狀態(tài)位，就可以知道變頻器目前的狀態(tài)。G120變頻器通過通信發(fā)送的狀態(tài)字中每一位都代表了變頻器不同的狀態(tài)六、 擴展報文選擇一個報文后，變頻器會將現(xiàn)場總線接口和相應的信號互聯(lián)在一起。但是在選擇固定報文后，該互聯(lián)無法被修改。如果要修改互聯(lián)，則需要選擇自由報文999，即擴展報文來實現(xiàn)通信參數(shù)的自由互聯(lián)。通過修改通信參數(shù)，不但可以實現(xiàn)報文的擴展，而且可以真正實現(xiàn)報文的自由互聯(lián)，使調(diào)試人員調(diào)試通信參數(shù)時更加靈活。一、單選題1.PROFIBUSDP的通信速率最大為（）。A．9.6kb/sB.1.5Mb/sC.387.5kb/sD.12Mb/s2.PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)，在一個總線上，最多可連接（）個站點。8B.16C.126D.1283.PROFIBUSDP的通信無中繼的一個網(wǎng)絡段最長可以有（）。200mB.0.5kmC.1kmD.1.2km4.PROFINET的通信速率最大為（）。A．1.5kb/sB.12Mb/sC.387.5kb/sD.100Mb/s認識PROFIBUS和PROFINET5.G120變頻器的PROFIdrive報文（）是自由報文。報文1B.報文20C.報文352D.報文999G120變頻器PROFIdrive報文PZD表示（）。參數(shù)通道B.過程數(shù)據(jù)C.控制字D.狀態(tài)字7.G120變頻器PROFIdrive報文PKW表示（）。參數(shù)通道B.過程數(shù)據(jù)C.控制字D.狀態(tài)字8.控制字1的第（）位可以切換指令組數(shù)據(jù)CDS0。A.0B.7C.10D.15二、多選題1.PROFIBUS有（）通信協(xié)議類型PROFIBUSDPB.PROFIBUSFMSC.PROFIBUSPAD.PROFINET2.PROFINET網(wǎng)絡布局自由靈活，拓撲形式可以為（）多種形式。A.總線型B.星型C.樹形D.環(huán)型三、簡答題1.PROFIBUS和PROFINET的區(qū)別是什么？2.G120變頻器的PROFIdrive報文都有哪些？G120變頻器與S7-300PLC的profinet通信學習情境5

G120變頻器的通信技術G120變頻器與S7-300PLC的profinet通信任務概述：本任務采用S7-300PLC通過PROFINET通信實現(xiàn)對G120變頻器的控制。完成G120變頻器與S7-300PLC的網(wǎng)絡連接和通信配置，配置G120變頻器和S7-300PLC的PROFIdrive通信報文，在PLC中編寫程序，通過PLC的I/O點實現(xiàn)對電動機的啟動、停止、速度給定的控制。所需設備：

G120變頻器、G120控制單元（帶有PN通信接口）、CPU帶有PROFINET通信接口的S7-300PLC、安裝有STARTER軟件和STEP7軟件的計算機、profinet網(wǎng)線、USB編程電纜、開關、三相異步電動機、與S7-300PLCI/O連接的按鈕和指示燈、操作箱（帶有開關、按鈕、指示燈、電動電位計和指針表）。所需工具和材料萬用表、螺絲刀、拔線鉗、扳手、電線。任務要求（1） 完成變頻器主回路接線；（2） 完成變頻器和S7-300PLC的網(wǎng)絡連接；（3） 完成電動機的正向點動和反向點動；（4） 完成按鈕、指示燈與S7-300PLCI/O的連接；（5） 完成G120變頻器與S7-300PLC的通信配置；（6） 完成G120變頻器和S7-300PLC的PROFIdrive通信報文的配置；（7） 實現(xiàn)使用S7-300PLCI/O通過通信控制G120變頻器的啟停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。安全要求（1） 送電前檢查變頻器輸入側(cè)無對地短路現(xiàn)象；（2） 送電前檢查變頻器輸出側(cè)無對地短路現(xiàn)象；（3） 檢查電動機無短路、斷路、接地現(xiàn)象且三相電阻平衡；（4） 檢查PLC輸入側(cè)無對地短路現(xiàn)象；（5） 檢測網(wǎng)線和控制回路按照控制要求接線準確無誤；（6） 保證接線正確牢固；（7） 送電后檢查面板顯示是否正常；（8） 主回路接線時要在變頻器停電5分鐘后進行，防止觸電事故。G120變頻器與S7-300PLC的profinet通信任務分析：要完成任務，首先要要建立變頻器和控制器之間的PROFINET通信。在建立通信前，首先要完成網(wǎng)絡的連接之后，通過以下步驟建立通信，并完成調(diào)試：1. 在STEP7中配置G120變頻器；2. STEP7硬件組態(tài)；3. G120變頻器參數(shù)設置；4. STEP7編程控制變頻器。G120變頻器與S7-300PLC的profinet通信任務實施：

要完成任務，首先要進行主回路和控制回路的硬件的接線，USB通信連接，S7-300plc與G120變頻器的網(wǎng)絡連接。通信設置，然后按照控制回路接線圖對變頻器進行調(diào)試。一、主回路硬件接線

二、控制回路的接線

由于是網(wǎng)絡控制，因此變頻器只是通過PROFINET網(wǎng)與PLC連接到同一個網(wǎng)絡當中即可。三、通信的連接

使用網(wǎng)絡電纜將裝有STARTER軟件的編程PC與G120變頻器及S7-300PLC進行連接，并確保通信正常。四、

通信調(diào)試

G120和S7-300之間的PN連接和設置設置編程器PC的通信接口打開STEP7軟件新建一個s7-300PLC項目設置PG/PC分別對CPU和驅(qū)動裝置G120分配相應的網(wǎng)絡地址PLC項目硬件組態(tài)G120變頻器通信配置PLC編程控制變頻器運行記錄學習情境6

G120變頻器的維護變頻器的維護點檢變頻器的維護點檢任務概述：該任務要求了解使用變頻器的安全注意事項及檢測標準，變頻器的日常點檢。。任務要求如下：知識目標：1、 了解使用變頻器的安全注意事項及檢測標準；2、 了解變頻器的點檢維護的技術要求；3、了解變頻器的日常點檢；任務要求能力目標1、能夠掌握使用變頻器的安全注意事項；2、熟悉變頻器的點檢維護內(nèi)容，能夠完成變頻器的日常點檢；變頻器的維護點檢任務學習：1、使用變頻器的安全注意事項及檢測標準

2、影響變頻器的因素

3、變頻器的點檢

4、變頻器的維護保養(yǎng)

5、通用型變頻器點檢故障處理案例一、 使用變頻器的安全注意事項及檢測標準

1.安全注意事項（1）在安裝、電路連接（配線）、運行、維護檢查變頻器前，必須熟悉產(chǎn)品說明書內(nèi)容，以保證正確使用。（2）變頻器的安放應符合標準要求（溫度、濕度、振動、塵埃）的場所。（3）變頻器和電動機接地端（PE）必須可靠接地。（4）變頻器必須安裝好外蓋后，才能接通電源。接通電源后，不能取去外蓋。（5）變頻器接通電源后，即使處于停止狀態(tài)，端子上仍帶電，不能觸摸。（6）不能采用接通和斷開主電路電源的方法操作變頻器的運行和停止。（7）不能讓紗頭、紙、木片、塵土、金屬屑等異物掉入變頻器，更不能讓這些物質(zhì)附著于散熱片上。（8）變頻器的散熱板、制動電阻等有時溫度很高，不要觸摸。（9）變頻器較長時間不使用時，必須切斷變頻器的電源。（10）接通電源后因變頻器內(nèi)電路板及其它裝置有高電壓，不能用手觸摸。一、 使用變頻器的安全注意事項及檢測標準

2.檢測標準（1）外觀、構(gòu)造檢查檢查變頻器的型號正確無誤、安裝環(huán)境無問題、裝置有無脫落或破損、電纜直徑和種類合適、電氣連接無松動、接線無錯誤、接地可靠等。（2）絕緣電阻的檢查，測量變頻器主電路絕緣電阻時，必須將所有輸入端(R、S、T)、直流母線（DC+、DC-）端和輸出端(U、V、W)都連接起來后，再用500V兆歐表測量絕緣電阻，其值應在5M?以上。而控制電路的絕緣電阻應用萬用表的高阻擋測量，測量時斷開所有控制電路端子對外的連接，在控制電路端子和接地端之間進行連續(xù)測試，測量值大于或等于1M?為合格，不能用兆歐表或其他有高電壓的儀表測量。（3）電源電壓檢查，檢查主電路電源電壓是否在允許電源電壓值以內(nèi)。二、影響變頻器的因素變頻器在工業(yè)當中的適用場合會長期受到溫度、濕度、振動、塵土等環(huán)境因素的影響，如果點檢維護得當，就能延長使用壽命，減少由于突發(fā)故障造成的生產(chǎn)損失。變頻器應該安裝在控制柜內(nèi)部，控制柜在設計時要注意以下問題：1.散熱問題2.電磁干擾問題3.防護問題三、 變頻器的點檢（一）變頻器點檢的主要內(nèi)容從以上內(nèi)容要求可以看出，變頻器的散熱問題、電磁干擾問題和防護問題是變頻器點檢維護需要注意的重要問題，因此在點檢運行中變頻器時要注意變頻器的溫度、變頻器的干擾、變頻器的防護等方面。1、檢查變頻器電器柜內(nèi)（特別是現(xiàn)場安裝的變頻器柜）是否有結(jié)露或漏水現(xiàn)象；2、檢查變頻器電器柜內(nèi)及變頻器本體是否積塵過多，防塵網(wǎng)、過濾網(wǎng)是否已經(jīng)堵塞、柜內(nèi)冷卻風機是否運行良好；3、檢查變頻器自帶冷卻風扇是否運行良好，無停轉(zhuǎn)現(xiàn)象；4、檢查變頻器在運行中是否有震動現(xiàn)象；5、檢查變頻器接線端子及主回路接線端子是否有發(fā)熱變色現(xiàn)象；6、檢查變頻柜內(nèi)是否有異味；7、檢查變頻器運行時是否產(chǎn)生干擾影響其它設備的運行。（二）、變頻器運行當中的日常點檢：變頻器在正常運行過程中不拆卸其蓋板，檢查有無異?，F(xiàn)象，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。通常檢查的內(nèi)容和相應的處理方法如下。1、檢查操作面板是否正常。用眼睛觀察面板顯示是否缺損、變淺或閃爍。如有異常應更換面板或檢修。2、檢查電源電壓、輸出電壓、直流電壓是否正常。用整流型電壓表分別測量三相電源電壓，正常情況正應該平衡，電壓值在正常范圍內(nèi)，單相電源電壓也在正常范圍內(nèi)。若三相不平衡或輸出電壓偏聽偏低，說明變頻器有潛在故障，必須停機檢修。直流電壓值過低也要檢查修理。3、用眼睛檢查電源導線、輸出導線是否發(fā)熱、變形、燒壞。如果有此情況，通常是接線端松動，必須扭緊；或停機更換導線，擰緊接線端。4、用眼睛和耳朵觀察冷卻風機運轉(zhuǎn)是否正常，如不正常應停機后清洗或更換新冷卻風機。5、使用紅外測溫槍檢查散熱器溫度是否正常（可用紅外線測溫儀測量），如不正常，若是環(huán)境溫度過高，應該采取措施降低環(huán)境溫度；若是冷卻風機使用年限已到或堆積塵埃、油污致使散熱器溫度升高，則應清洗或更換冷卻風機。6、檢查變頻器是否有振動現(xiàn)象（最好用振動測量儀測試）。直接用手摸變頻器外殼，可發(fā)現(xiàn)較嚴重的振動現(xiàn)象；用長柄螺絲刀一頭觸變頻器，耳朵貼緊螺絲刀柄，可以發(fā)現(xiàn)輕微的振動現(xiàn)象。這種振動通常是電動機振動引起的共鳴，它可以造成電子器件的機械損傷。采用增加橡膠墊的方法可減少或消除這種振動，另外也可以利用變頻器跳躍的功能避開機械共振點。這種做法應在確?？刂凭鹊那疤嵯逻M行。7、用鼻子檢查變頻器在運行過程中有無異味。（三）變頻器精密點檢1.變頻器斷電后，不能馬上檢查，因平波電容上仍然有高壓電，在DC+與DC-兩端的直流電壓低于30V后方可檢查；2.注意鼠患（定期檢查變頻器配線）；3.要定期檢查風扇且及時更換；4.散熱：定期清理灰塵；灰塵與潮濕是變頻器的最致命殺手，特別是當停機幾天后，粘在電路板上的塵埃返潮，這時送電后變頻器電路板最容易打火而損壞。最好能將變頻器安裝在空調(diào)房間里，或裝在有慮塵網(wǎng)的電柜里。要定時清掃電路板及散熱器上的灰塵；停機一段時間的變頻器在通電前最好用電吹風吹一下電路板！5.用數(shù)字萬用表測量變頻器輸出電壓有1000多伏（輸入380V），這是由于變頻器輸出電壓是高頻載波，普通沒防干擾的數(shù)字表在這里測量是很不準。建議使用指針式萬用表測量。6.出現(xiàn)故障時，不要馬上復位,首先排除故障，故障排除后再復位變頻器；7．定期緊固變頻器及變頻柜內(nèi)元器件的接線；8．定期檢查變頻器接地是否良好、屏蔽是否接地良好，以免變頻器運行時干擾到其他電器設備；9．不能在變頻器主回路輸出端子上使用搖表測量變頻器或電機的絕緣；10．更換放置一年以上的變頻器備件時，首先要對變頻器進行充電。11.保持變頻器周圍環(huán)境清潔、干燥以及不能有腐蝕性氣體存在。嚴禁在變頻器附近放置雜物(如備品備件等)。12.每次維護變頻器后，要認真檢查有無遺漏的螺絲及導線等，防止小金屬物品造成變頻器短路事故。四、 變頻器的維護保養(yǎng)變頻器日常維護保養(yǎng)的具體內(nèi)容可以分為：1、運行數(shù)據(jù)記錄，故障記錄：2、變頻器日常檢查：3、變頻器保養(yǎng)：五、通用型變頻器點檢故障處理案例（一）參數(shù)設置類故障（二）、過壓類故障（三）、過電流故障（四）、過載故障（五）、其他故障（六）、現(xiàn)場案例一、單選題1.變頻器控制電路的絕緣電阻應用（）測量。A．萬用表二極管檔B.兆歐表C.萬用表高阻擋D.搖表2.如果變頻器的功率很大占整個系統(tǒng)（）以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施。A．15%B.25%C.50%D.75%3.變頻器斷電后，不能馬上檢查，因平波電容上仍然有高壓電，在DC+與DC-兩端的直流電壓低于（）后方可檢查A．10VB.20VC.30VD.50V4.更換放置（）以上的變頻器備件時，首先要對變頻器進行充電。A．三個月B.半年C.一年D.兩年變頻器的維護點檢二、多選題1.測量變頻器主電路絕緣電阻時，必須將（）都連接起來后，再用500V兆歐表測量絕緣電阻。A．輸入端(R、S