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SINAMICS S120产品介绍
Sinamics S120 是西门子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制系统，它不仅能控制普通的三相异步电动机，还能控制同步电机、扭矩电机及直线电机。其强大的定位功能将实现进给轴的、相对定位。内部集成的DCC(驱动控制图表)功能，用 PLC 的 CFC 编程语言来实现逻辑、运算及简单的工艺等功能。
S120分为两种，AC/AC（单轴驱动器）和DC/AC（多轴驱动器）。
更多S120产品信息请参考支持中心提供的相关网页。
2.准备
2.1 环境要求
2.1.1 本文档所述实例基于以下硬件环境：
• PS3075A 6ES7307-1EA00-0AA0
• CPU317TF-2DP 6ES7317-6TF14-0AB0
• SIMATIC MMC 8M 6ES7953-8LP11-0AA0
• SIMATIC Field PG M3 6ES7715-1BB23-0AA1
• PROFIBUS电缆
• 其他S7 300模块（如果有，如DI、DO等）
• S120 TrainingCase 6ZB2480-0BA0，
图2 S120 Training Case
包括：
（1）CU320 6SL3040-0MA00-0AA1
（2）非调节型电源模块5kW 6SL3130-6AE15-0AA0
（3）双电机模块3A 6SL3120-2TE13-0AA0
（4）同步电机（1FK7022-5AK71-1AG3），通过SMC20（6SL3055-0AA00-5BA1）接增量型编码器（2048,Sin/Cos，1Vpp）
（5）同步电机（1FK7022-5AK71-1LG3），通过DRIVE-CLIQ接值编码器（512 ppr，EnDat）
（6）CompactFlash Card 6SL3054-0CG01-1AA0
2.1.2 本文档所述实例基于以下软件环境：
• bbbbbb XP SP3
• STEP 7 V5.5 SP2
• S7 Technology V4.2 SP1
• S7 Distributed Safety V5.4 SP52)
2）如需使用故障安全功能，则需要此软件。
2.2 任务
2.2.1 组态实例
图3 系统连接图
1.热电偶的概述
1.1热电偶的工作原理
热电偶和热电阻一样，都是用来测量温度的。
热电偶是将两种不同金属或合金金属焊接起来，构成一个闭合回路，利用温差电势原理来测量温度的，当热电偶两种金属的两端有温度差，回路就会产生热电动势，温差越大，热电动势越大，利用测量热电动势这个原理来测量温度。
结构示意图如下：
图1 热电偶测量结构示意图
注意：如上图所示，热电偶是有正负极性的，需要确保这些导线连接到正确的极性，否则将会造成明显的测量误差
为了保证热电偶可靠、稳定地工作，安装要求如下：
① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离；
⑤ 热电偶对于外界的干扰比较敏感，安装还需要考虑屏蔽的问题。
1.2热电偶与热电阻的区别
| 属性 | 热电阻 | 热电偶 |
| 信号的性质 | 电阻信号 | 电压信号 |
| 测量范围 | 低温检测 | 高温检测 |
| 材料 | 一种金属材料（温度敏感变化的金属材料） | 双金属材料在（两种不同的金属，由于温度的变化，在两个不同金属的两端产生电动势差） |
| 测量原理 | 电阻随温度变化的性质来测量 | 基于热电效应来测量温度 |
| 补偿方式 | 3线制和4线制接线 | 内部补偿和外部补偿 |
| 电缆接点要求 | 电阻直接接入可以更的避免线路的的损耗 | 要通过补偿导线直接接入到模板；或补偿导线接到参比接点，用铜制导线接到模板 |
表1 热电偶与热电阻的比较
2.热电偶的类型和可用模板
2.1热电偶类型
根据使用材料的不同，分不同类型的热电偶，以分度号区分，分度号代表温度范围，且代表每种分度号的热电偶具体多少温度输出多少毫伏的电压，热电偶的分度号有主要有以下几种。
| 分度号 | 温度范围(℃) | 两种金属材料 |
| B型 | 0~1820 | 铂铑—铂铑 |
| C型 | 0~2315 | 钨3稀土—钨26 稀土 |
| E型 | -270~1000 | 镍铬—铜镍 |
| J型 | -210~1200 | 铁—铜镍 |
| K型 | -270~1372 | 镍铬—镍硅 |
| L型 | -200~900 | 铁—铜镍 |
| N型 | -270~1300 | 镍铬硅—镍硅 |
| R型 | -50~1769 | 铂铑—铂 |
| S型 | -50~1769 | 铂铑—铂 |
| T型 | -270~400 | 铜—铜镍 |
| U型 | -270~600 | 铜—铜镍 |
表2 分度号对照表
2.2可用的模板
| CPU类型 | 模板类型 | 支持热电偶类型 |
| S7-300 | 6ES7331-7KF02-0AB0（8点） | E,J,K,L,N |
| 6ES7331-7KB02-0AB0（2点） | E,J,K,L,N | |
| 6ES7331-7PF11-0AB0（8点） | B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
| S7-400 | 6ES7431-1KF10-0AB0（8点） | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
| 6ES7431-7QH00-0AB0（16点） | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
| 6ES7431-7KF00-0AB0（8点） | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
表3 S7 300/400 支持热电偶的模板及对应热电偶类型
3.热电偶的补偿接线
3.1补偿方式
热电偶测量温度时要求冷端的温度保持不变，这样产生的热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时冷端的环境温度变化，将严重影响测量的准确性，需要对冷端温度变化造成的影响采取一定补偿的措施。
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到控制仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本可以用补偿导线延伸冷端到温度比较稳定的控制室内，但补偿导线的材质要和热电偶的导线材质相同。热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。还需采用其他修正方法来补偿冷端温度变化造成的影响，补偿方式见下表。
| 温度补偿方式 | 说明 | 接线 | |
| 内部补偿 | 使用模板的内部温度为参比接点进行补偿，再由模板进行处理。 | 直接用补偿导线连接热电偶到模拟量模板输入端。 | |
| 外部补偿 | 补偿盒 | 使用补偿盒采集并补偿参比接点温度，不需要模板进行处理。 | 可以使用铜质导线连接参比接点和模拟量西门子CP5711网卡模板输入端。 |
| 热电阻 | 使用热电阻采集参比接点温度，再由模板进行处理。 | ||
| 如果参比接点温度恒定可以不要热电阻参考 | |||
表4 各类补偿方式
3.2各补偿方式接线
3.2.1内部补偿
内部补偿是在输入模板的端子上建立参比接点，需要将热电偶直接连接到模板的输入端，或通过补偿导线间接的连接到输入端。每个通道组必须接相同类型的热电偶，连接示意图如下。
| CPU类型 | 支持内部补偿模板类型 | 可连接热电偶个数 |
| S7-300 | 6ES7331-7KF02-0AB0 | 多8个（4种类型，同通道组必须相同） |
| 6ES7331-7KB02-0AB0 | 多2个（1种类型，同通道组必须相同） | |
| 6ES7331-7PF11-0AB0 | 多8个（8种类型） | |
| S7-400 | 6ES7431-7KF00-0AB0 | 多8个（8种类型） |
表5 支持内部补偿的模板及可接热电偶个数
图2 内部补偿接线
注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7331-7KB02-0AB0需要短接补偿端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板无。
3.2.2外部补偿—补偿盒
补偿盒方式是通过补偿盒获取热电偶的参比接点的温度，但补偿盒必须安装在热电偶的参比接点处。
补偿盒必须单独供电，电源模块必须具有充分的噪声滤波功能，例如使用接地电缆屏蔽。
补偿盒包含一个桥接电路，固定参比接点温度标定，如果实际温度与补偿温度有偏差，桥接热敏电阻会发生变化，产生正的或者负的补偿电压叠加到测量电势差信号上，从而达到补偿调节的目的。
补偿盒采用参比接点温度为0℃的补偿盒，推荐使用西门子带集成电源装置的补偿盒，订货号如下表。
| 推荐使用的补偿盒 | 订货号 | ||
| 带有集成电源装置的参比端，用于导轨安装 | M72166-VV V V V | ||
| 辅助电源 | B1 | 230VAC | |
| B2 | 110VAC | ||
| B3 | 24VAC | ||
| B4 | 24VDC | ||
| 连接到热电偶 | 1 | L型 | |
| 2 | J型 | ||
| 3 | K型 | ||
| 4 | S型 | ||
| 5 | R型 | ||
| 6 | U型 | ||
| 7 | T型 | ||
| 参考温度 | 00 | 0℃ | |
表6 西门子参比接点的补偿盒订货数据
西门子6FC5370-3AM20-0AA0
1、控制单元：
CU320（6SL3040-0MA00-0AA0，6SL3040-0MA00-0AA1），CU320-2DP（6SL3040-1MA00-0AA0），它是驱动系统的大脑，负责控制和协调整个驱动系统中的所有模块，完成各轴的电流环、速度环甚至位置环的控制，并且同一块CU320 控制的各轴之间能相互交换数据，即任意一根轴能够读取控制单元上其它轴的数据，这一特征广泛被用作多轴之间的简单的速度同步。
2、电源模块
电源模块就是我们常说的整流或整流/回馈单元，它是将三相交流电整流成直流电，供给各电机模块（又常称逆变器），有回馈功能的模块还能够将直流电回馈给电网。根据是否有回馈功能及回馈的方式，将电源模块分成下列三种：
基本型电源模块
基本型电源模块（BLM:Basic LineModules）：整流单元，但无回馈功能。靠接制动单元和制动电阻才能实现快速制动。型号有：6SL3330-1TE34-2AA0，6SL3330-1TE35-3AA0，6SL3330-1TH33-0AA0，6SL3130-1TE22-0AA0，6SL3136-1TE22-0AA0，6SL3130-1TE24-0AA0，6SL3136-1TE24-0AA0，6SL3130-1TE31-0AA0，6SL3136-1TE31-0AA0。
智能型电源模块
智能型电源模块（SLM:SmartLine Modules，又称非调节型电源模块）：整流/回馈单元，但直流母线电压不可调。SLM 的供电电压为380－480V，功率范围为5-36Kw。在实际应用中，在电网和BLM之间必须安装与其功率相对应的电抗器。
型号有：6SL3130-6AE15-0AB0，6SL3131-6AE15-0AA0，6SL3130-6AE21-0AB0，6SL3131-6AE21-0AA0，6SL3130-6TE21-6AA3，6SL3130-6TE23-6AA3。
主动型电源模块
主动型电源模块（ALM:Active Line Modules，又称调节型电源模块）：整流/回馈单元，且直流母线电压可调。主动接口模块AIM（ActiveInterface Modules），AIM 安装在电网和ALM 之间，它集成了滤波器、预充电回路及电源电压监控电路。型号有：6SL3130-7TE21-6AA3，6SL3131-7TE21-6AA3，6SL3130-7TE23-6AA3，6SL3131-7TE23-6AA3，6SL3130-7TE25-5AA3，6SL3131-7TE25-5AA3，6SL3130-7TE28-0AA3，6SL3131-7TE28-0AA3，6SL3130-7TE31-2AA3，6SL3131-7TE31-2AA3，6SL3100-0BE25-5AB0，6SL3100-0BE28-0AB0，6SL3100-0BE31-2AB0，6SL3330-7TE32-1AA0，6SL3330-7TE32-6AA0，6SL3330-7TE33-8AA0，6SL3330-7TE35-0AA0，6SL3300-7TE32-6AA0，6SL3300-7TE33-8AA0，6SL3300-7TE35-0AA0
3、电机模块
电机模块就是我们常说的逆变单元，它是将540V 或600V 的直流电逆变成三相交流电。目前的电机模块有两种类型：书本型和装机装柜型。书本型又分为单轴电机模块和双轴电机模块，单轴为3-200A；双轴为3-18A。装机装柜型为210-1405A（380-480V 电网）；85-1270A（500-690V电网）。电机模块和主控单元之间通过DRIVE-CLIQ 接口，进行快速数据交换。
6SL3040-1MA01-0AA0对模块进行了精细的设计，能够快速和佳地满足系统的要求：不需保留备件 没有不必要的和多余的通道 在应用对象的要求是形形色色的情况下，利用更换或组合各种各样 I/O模块的方法，可明显缩短设备的调整时间。 以 PROFIBUS DP总线上高达 12 MB/s的数据信号传输速率和极其强大的内部数据传送能力，ET200S分布式系统也非常适合应用于时间极其关键的场合。
6SL3040-1MA01-0AA0 通信中央控制器与故障安全 ET 200 模块之间的安全通信和标准通信是通过 PROFIBUS DP 和/或 PROFINET 完成的。专门开发的 PROFIBUS 行规 PROFIsafe支持在标准数据报文帧中传送安全功能的用户数据。无需其它硬件组件，例如特殊安全总线。所需的软件既可以作为一个操作系统的扩展功能集成在硬件组件中，也可以作为一个软件块装载到CPU 中。 操作模式 F-CPU 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中以及故障安全信号模块中。信号模块采用差异分析方法和测试信号注入技术来监视输入和输出信号。CPU通过周期性自检、命令测试以及基于逻辑和时间的程序执行检测，检查控制器运行的正确性。通过“活跃标志（sign-of-life）"请求，还可以对I/O 进行检测。 当系统诊断出一个故障时，系统将进入安全状态。 CPU 416F-2 和 CPU 416F-3 PN/DP的运行无需使用一份 F 运行版授权。
6SL3040-1MA01-0AA0 LOGO!模块化扩展模块 用于连接 LOGO! 的扩展模块模块化 带数字量输入和输出、模拟量输入或模拟量输出 注意： SIPLUSextreme 产品是基于西门子工业标准产品的。此处列出的内容来自相关的标准产品。添加了 SIPLUS extreme 设备信息。继电器输出，输出电流大为 5A。 不同的模块： 4 点数字量输入，4 点数字量输出；或 4 点数字量输入，4 点继电器输出；或 2点模拟量输入；或 2 模拟量输出。 用于连接到 LOGO! 模块化逻辑模块的接口。 关于兼容性的说明： LOGO! 的扩展模块8只能在 LOGO! 上使用8 个基本设备! LOGO! 的扩展模块6 和 7 不能与 LOGO! 结合使用8个基本设备
