西门子模块6ES7241-1AA22-0XA0千万库存
硬件设备及其安装
下面用一个实例来介绍SmartLine触摸屏与一台V20变频器通过MODBUS通讯的实现方法。该例子中用到的主要硬件设备如表1所示，触摸屏组态软件为WinCCFlexible 2008 SP4 China。
表1 示例主要硬件设备
名称订货号数量说明触摸屏6AV6648-0BE11-3AX01Smart 1000IE24V电源6EP1332-1SH511DC24V/4A变频器6SL3210-5BE17-5UV01V20 变频器0.75kW电机1LA9060-4KA10-Z11LA9 电机 0.12kW
硬件安装步骤如下：
1）将变频器、电机、触摸屏固定在安装工位上。
2）连接变频器到电机的动力电缆和接地电缆。
3）连接供电电源到变频器的动力电缆和接地电缆。
4）连接变频器和触摸屏的RS485通讯电缆。触摸屏RS485的9针接口与 V20端子对应关系：3对应P+，8对应N-。
5）连接24V直流电源的交流进线电缆和到触摸屏的直流供电电缆。
3. V20变频器参数设置
V20变频器要采用MODBUS通讯，可以做如下设置：
1）变频器恢复出厂参数：
P0010=30
P0970=21
2）变频器快速调试，选择Cn011-MODBUS通讯连接宏：
a)设置电网频率和功率单位
b)输入电机铭牌参数
c)选择连接宏Cn011-MODBUS通讯
d)选择应用宏AP000
Cn011连接宏对应参数如表2所示。
表2 Cn011对应参数设置
参数描述工厂缺省值Cn011默认值备注P0700[0]选择命令源15RS485为命令源P1000[0]选择速度给定15RS485为速度设定值P2023[0]RS485协议选择12MODBUSRTU协议P2010[0]USS/MODBUS波特率86波特率为9600bpsP2021[0]MODBUS地址11变频器MODBUS地址为1P2022[0]MODBUS应答超时时间10001000向主站发回应答的大时间P2014[0]USS/MODBUS报文间断时间2000100监控报文间断时间
3）修改MODBUS通讯参数，其它参数为Cn011连接宏默认参数：
P2014[0]=0 不监控报文间隔时间，否则可能会报F72故障
P2021[0]=3 MODBUS设备地址为3（与触摸屏组态软件中设置的从站地址一致）
4. 触摸屏组态
在WinCC Flexible 2008 SP4China软件中组态Smart 1000 IE触摸屏。详细步骤如下：
1）创建项目。
创建一个空项目，如图3所示。
图3 创建空项目
选择触摸屏设备为Smart 1000IE，如图4所示。
图4 选择Smart 1000 IE触摸屏
2）设置连接。
在连接画面中新建一个连接，相关参数设置如下：
通讯驱动程序：Modicon MODBUS
类型：RS485
波特率：9600
奇偶校验：偶
数据位：8
停止位：1
组帧：RTU Standard
CPU类型：984
从站地址：3
连接设置如图5所示。
图5 连接设置西门子S7-200SMART主机模块CPUST40
3）添加变量。
添加与变频器监控相关的10个变量，如表3所示。
表3 变量列表
变量名MODBUS寄存器地址说明CtrlWord140100控制字1SetPoint40101速度设定值StsWord140110状态字1Feedback40111速度实际值ActFreq40342频率实际值OutpVoltage40343输出电压DCVol40344直流电压OutpCurrent40345输出电流OutpTorque40346输出转矩OutpPower40347输出功率变量地址参照V20变频器操作手册，添加完成后的变量画面如图6所示。
图6 添加变量
速度设定值变量SetPoint是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)来表示-50Hz到+50Hz的转速，此处采用变量的线性转换属性，将-16384对应-1500，+16384对应+1500，如图7所示。再采用变量的限制值属性，将变量的输入值限制在-1600和+1600之间，如果超出该限制值的范围，则输入不起作用。如图8所示。
图7 速度设定值变量线性转换
图8 速度设定值变量限制值
速度反馈值变量Feedback也是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)来表示-50Hz到+50Hz的转速，此处也采用变量的线性转换属性，将-16384对应-1500，+16384对应+1500，如图9所示。注意，图9和图7所示的线性转换是一致的。
图9 速度反馈值变量线性转换
4）添加画面。
项目生成时已经有一个模板和一个画面，此例仅用到一个画面。修改画面的名字为V20_Monitor，如图10所示。
图10 编辑之前的画面V20_Monitor
5）编辑模板。
模板中的对象在选择使用模板的画面中会显示出来，此处把西门子的LOGO和退出Runtime的按钮放置在模板中，如图11所示。
图11 编辑模板
在按钮的事件属性中添加函数。在按钮STOP RT事件属性的单击事件下添加StopRuntime函数，如图12所示。
图12 退出运行画面按钮事件设置
6）编辑画面。
在V20_Monitor画面中放置IO域、文本域、按钮、棒图、圆形等对象。在文本域中输入相应的文本，设置字号、颜色等，将相关对象分类排列整齐，完成后的V20_Monitor画面如图13所示。
图13编辑完成的画面V20_Monitor
给10个IO域分别连接10个变量。
其中控制字1和状态字1采用16进制显示，控制字1类型模式为输入/输出，状态字1类型模式为输出，如图14所示。
（一）、电源系统不充电故障的诊断排除
1.故障现象
起动发动机，充电指示灯仍然点亮，电源系统存在故障，发电机不能正常的给蓄电池充电。
2.故障原因
(1)发电机故障
①整流电路损坏。
②磁场电路故障：滑环脏污，电刷架变形使电刷卡住，电刷磨损过甚等。
③发电机磁场绕组或定子三相绕组有断路、短路或搭铁处。
(2)调节器故障
①调节器调节电压过低。
②调节器损坏。
(3)其它故障
①发电机连线断路。
②发电机驱动皮带打滑。
③充电指示灯损坏。
3.故障诊断与排
（二）充电电流过小的故障诊断
1.故障现象
（1）若将发动机转速由低速逐渐升高至1500r/min时，打开大灯，其灯光暗淡；按喇叭，其音量小，充电指示灯亮，说明充电电流过小。
（2）发动机中速时，测量充电电流的大小。如果电流表指示的充电电流为8A~12A，正常；如小于5A（在蓄电池电量不足的情况下），则说明电源系存在充电电流过小的故障。
2.故障原因
（1）发电机故障
①个别整流二极管损坏。
②定子三相绕组局部短路或有一相接头断开。
（2）调节器故障
①调节器电压过低。
⑶其它故障
①发电机皮带过松、打滑。
②线路接触不良，接触电阻过大。
3.故障诊断与排除
充电电流过小的故障诊断与排除如图所示。
图 充电电流过小的故障诊断流程图
（三）充电电流过大的故障诊断
电源系统在发动机正常运转时，蓄电池电压达到额定充电电压，但充电电流仍然在10A以上。充电电流过大可能故障原因：调压器失调所致。检测判断方法：晶体管调压器的充电系统应检查发电机与调压器是否匹配。
（四）充电指示灯故障诊断
将点火开关打到“ON”，充电指示灯“亮”，起动发动机运转到600~800r/min，充电指示灯“灭”，说明充电指示灯电路正常。若将点火开关打到“ON”，充电指示灯“不亮”，充电指示灯电路出现故障。检测充电指示灯灯泡是否良好。若充电指示灯灯泡正常，再继续检测检测充电指示灯电路。
交流发电机端电压受转速和负载变化的影响较大，必须配用电压调节器来控制电压。电压调节器的功用是：在发动机转速和发电机上的负载发生变化时自动控制发电机的输出电压，使其保持恒定，防止发电机的电压过高而造成用电设备的损坏和蓄电池过充电，也防止发电机电压过低而导致用电设备不能正常工作和蓄电池充电不足。
1.电压调节原理
根据电磁感应原理，发电机的感应电动势为EΦ＝C1nΦ，其中C1为常数，交流发电机端电压的高低，取决于转子的转速n和磁极磁通Φ。要保持电压恒定，在转速n升高时，应相应减弱磁通Φ，这可以通过减少励磁电流来实现；在转速n降低时，应相应增强磁通Φ，这可以通过增大励磁电流来实现。
2.电压调节器的类型
交流发电机电压调节器分为触点式和电子式调节器两大类。电子式又分为晶体管式和集成电路式，基本原理都是通过改变励磁电流的大小来控制电压的。触点式电压调节器结构复杂，质量和体积大，触点易烧蚀，寿命短，对无线电干扰大，触点开闭动作迟缓，可靠性不高，目前已被淘汰。
3.晶体管式电压调节器
晶体管式电压调节器是利用晶体管的开关特性，控制发电机的磁场电流，使发电机的输出电压保持恒定的。下面以JFT106型晶体管电压调节器为例进行分析。
JFT106型晶体管电压调节器属于外搭铁型电压调节器，其电路原理图如图1-26所示。该调节器共有“＋”、“F”和“－”三个接线柱，其中“＋”接线柱与发电机磁场绕组的“F2”接线柱连接后经熔断器接至点火开关，“F”接线柱与发电机磁场绕组的“F1”接线柱连接，“－”接线柱搭铁。该调节器由电压敏感电路和两级开关电路组成。
图1-26 JFT106型晶体管调节器电路原理图
电路中R1、R2、R3和稳压管VD1构成了电压敏感电路，稳压管VD1为稳压元件，R1、R2、R3为构成分压器，将交流发电机的端电压进行分压后加在稳压管VD1的两端；随时检测发电机端电压的变化。当稳压管VD1上的电压低于稳压管VD1的稳压值时，VD1稳压管截止；当稳压管VD1上的电压高于稳压管VD1的稳定电压时，稳压管VD1导通。可见，电压敏感电路检测出交流发电机端电压的变化。晶体三极管VT6、VT7、VT8组成复合大功率三级开关电路，利用其开关特性控制磁场电路的接通或断开。
(1)接通点火开关，起动发动机，蓄电池通过分压器R1、R2、R3将电压加在稳压管VD1两端，当电压低于稳压管VD1的稳定电压值，VD1截止，则VT6截止，VT7、VT8导通，蓄电池经大功率三极管VT8供给励磁电流，励磁电路为：蓄电池“+”→点火开关S→调节器磁场接线柱F2→发电机磁场绕组→调节器磁场接线柱F1→VT8→搭铁→发电机负极。由蓄电池提供发电机的励磁电流，他励状态。
(2)发动机转速逐渐升高，发电机转速随之逐渐升高。当发电机端电压高于蓄电池端电压时，发电机给用电设备供电，并且给蓄电池充电，励磁回路也由发电机供电，由他励转为自励。由于此时转速较低，加在稳压管VD1两端的电压仍低于稳压管VD1的稳定电压值，VD1依然截止，输出电压未达到调节电压值，VT6仍然截止，VT7、VT8仍然导通，发电机的端电压可以随转速和自励电流的增大而升高，逐渐提高输出电压。
(3)发动机转速升高，直到转速升至一定值使输出电压达到调压值时，经分压器加至稳压管VD1两端的电压达到稳定电压值，VD1反向击穿导通，使VT6导通，VT7、VT8截止，断开了励磁电路，发电机端电压下降。当发电机端电压下降到调压值以下时，经分压器加至稳压管VD1两端的电压又低于稳定电压值，使VT6截止，VT7、VT8导通，接通了励磁电路，发电机端电压又上升。如此循环反复，调控发电机的端电压保持恒定。
4.集成电路电压调节器
集成电路电压调节器简称IC电压调节器，是将二极管、三极管的管心都集成在一块基片上，这样就实现了电压调节器的小型化，将其装在发电机内部，减少了外部线，缩小了整个充电系统的体积。
夏利汽车发电机内装集成电压调节器及充电系统电路如图1-27所示。该发电机调节器装于发电机内部，构成整体式交流发电机。
图1-27 夏利轿车用整体式交流发电机电路原理图
调节器工作过程如下：T1控制励磁回路的接通和断开；T2控制充电指示灯的接通和断开。调节器根据各个检测点的信号控制T1、T2的基极电压。
(1)点火开关S接通且发动机起动时，蓄电池端电压经接线柱IG输入单片集成电路，使三极管T1、T2均有基极电流流过，T1、T2导通。T1导通，发电机由蓄电池进行励磁，磁场绕组中有电流流过，电流流向为：蓄电池“+”→接线柱B→磁场绕组→T1→搭铁→蓄电池“—”；T2导通时，充电指示灯亮，充电指示灯电路为：蓄电池“+”→点火开关S→充电指示灯→T2→搭铁→蓄电池“—”。
(2)发动机运转后，发电机输出电压逐渐升高，发电机由他励转为自励，并向蓄电池充电。P点检测的是定子绕组的输出电压，反映发电机的输出电压情况。由P点输入单片集成电路的发电机的输出电压，发电机运转后，输出电压逐渐升高，直到高于蓄电池电压而小于调节电压时，使三极管T1继续导通，T2截止。T1导通，磁场绕组中仍有电流流过，发电机的端电压可以随转速和自励电流的增大而升高，提高输出电压，励磁电路与上述相同；T2截止，故充电指示灯会熄灭，表示发电机工作正常。
(3)当发电机电压随转速升高到调节电压时，单片集成电路通过P点检测出该电压，于是T1由导通变为截止，磁场绕组电流中断，发电机电压下降。当电压下降到低于调节电压时，单片集成电路使T1导通，如此反复，使发电机输出电压将被控制在规定电压范围内。
单片集成电路检测各点的信号，当各点信号消失或者超出检测范围，判断此时电路出现了异常后，控制VT2导通，点亮充电指示灯。
5.晶体管电压调节器的检测
由于晶体管式电压调节器分为内搭铁型和外搭铁型两类，两类线路联接不同，为此检测前必须明确其类型。国产晶体管调节器从外观上看两类调节器无法区分，一般均有“+”、“F”和“-”或“B”、“F”和“E”三个接柱。其判别方法是模拟调节器的工作电路，用试灯进行判别。
1）晶体管调节器类型的判别
(1)将晶体管调节器的“+”、“-”分别接蓄电池分压器或直流稳压电源的“正”、“负”极。将电压调至12V，如图1-28所示。
图1-28 晶体管电压调节器类型的判别与性能检测接线图
(2)用一试灯代替发电机磁场绕组，一端接调节器的“F”接柱上，另一端先后触试调节器的“+”和“-”接柱：
当试灯接“+”接柱时试灯亮，而接“-”接柱时试灯不亮，则调节器为外搭铁型。
当试灯接“-”接柱时试灯亮，而接“+”接柱时试灯不亮，则调节器为内搭铁型。
2）电子调节器性能及故障检测
在判定调节器的类别后，应检测调节器的好坏及调节电压。检测方法步骤如下：
(1) 内搭铁型调节器按图1-29（a）所示连接线路，试灯接“-”接柱和“F” ；对于外搭铁型调节器按图1-29（b）所示连接线路试灯接“+”接柱和“F”。
图1-29 电子调节器检测电路
(2)接通开关，由零伏逐渐调高直流电源电压U，观察小灯泡的工作情况：
若小灯泡L的亮度随电压的升高而增强，且当电压U调高到调节电压值（14V调节器为13.5V~14.5V）或略高于调节电压值时，小灯泡熄灭，则调节器工作正常。
若小灯泡L始终发亮，则说明调节器已损坏。
若小灯泡L始终不亮（灯泡未坏），说明调节器已损坏。