西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8优质产品
1、变频器谐波产生原理
实际上不限于通用变频器，晶闸管供电的直流电动机、无换向器电动机等凡是在电源侧有整流回路的，都将产生因其非线性引起的高次谐波，对通用变频器的谐波治理就显得尤为重要。
在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和高次谐波，谐波次数通常为6n±1次高次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。如果出现电源侧电抗充分小、换流重叠角"可以忽略强狂，那么n次高次谐波为基波电流的1/n。输出端谐波产生机理：在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形。输入端谐波产生机理：变频器的主电路一般为交一直一交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2～3kHz，而IGBT大功率逆变元件的PWMzui高载频可达15kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含基波和其他高次谐波。
2、高次谐波危害
传导是指高次谐波按着各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载，对并联的电气设备产生干扰；感应耦合是指在传导的过程中，与变频器输出线平行敷设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰；电磁辐射是指变频器输出端的高次谐波还会产生辐射作用，对邻近的无线电及电子设备产生干扰。与一般无线电电磁干扰一样，变频器产生的高次谐波通过传导、电磁辐射和感应耦合三种方式对电源及邻近用电设备产生谐波污染。高次谐波的危害具体表现在以下几个方面：
（1）开关设备：由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态恢复峰值电压增大，破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动作。
（2）电力电容器：当高次谐波产生时由于频率增大，电容器阻抗瞬间减小，涌人大量电流，导致过热、甚至损坏电容器，还有可能发生共振，产生振动和噪声。
（3）保护电器：电流中含有的谐波会产生额外力距，改变电器动作特性，引起误动作，甚至改变其操作特性，或烧毁线圈。
（4）感应电动机：电流和电压谐波同样使电动机铜损和铁损增加，温度升。谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。
（5）电力电子设备：电力电子设备通常靠jingque电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作，若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、以致造成许多误动作。
（6）计量仪表：计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转距，引起误差，降低精度，甚至烧毁线圈。
（7）变压器：电流和电压谐波将增加变压器铜损和铁损，结果使变压器温度上升，影响绝缘能力，造成容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声等。
高次谐波还会对电脑、通信设备、电视及音响设备、载波遥控设备等产生干扰，使通信中断，产生杂讯，甚至发生误动作，还会对照明设备产生影响。
3、抑制变频器高次谐波治理
1.对于变频器输出侧高次谐波治理
降低PWM控制的输出波形中所含有的交流谐波成分带来的磁杂讯技术已越来越多地在各种变频器中得到应用，如采用更高频率的开关元件、变频器输出端加装滤波装置，用随机法调节切换频率和闭环控制改善高次谐波。
2.对于变频器输入侧高次谐波治理
（1）在变频器交流输入侧设置交流电抗器增大整流阻抗使整流重叠角增大，减小高次谐波。
（2）在电力回路中并联使用交流滤波装置，能将来自变频器的高次谐波分量与电源系统分流。
（3）对于装设多台变频器的场合，可各配的变压器，利用输入变压器相位错开的方法抑制高次谐波。
3.使用无源滤波器或有源滤波器
使用无源滤波器其主要是改变在特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统。而使用有源滤波器主要是用于补偿非线性负载。
传统的方式多选用无源滤波器，无源滤波器出现zui早，因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置，它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。这种装置存在一些较难克服的缺点，主要是容易过载，在过载时会被烧损，可能造成功率因数过引、偿而被罚款；无源滤波器不能受控，随着时间的推移，配件老化或电网负载的变动，会使谐振频率发生改变，滤波效果下降。更重要的是无源滤波器只能过滤一种谐波成份(如有的滤波器只能滤除三次谐波)，如果过滤不同的谐波频率，则要分别用不同的滤波器，增加设备投资。
国内外有多种有源滤波器，这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源电力滤波器(APF)理论在20世纪60年代形成，后来着大zhonggong率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽度调制(PWM)控制技术的进步以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器得以迅速发展。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性的补偿电流频谱，以抵消原线路谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量。其中核心部分是谐波电流发生器与控制系统，即其工作靠数字信号处理(DSP)技术控制快速绝缘双极晶体管(1GBT)来完成。
目前，在具体的谐波治理方面，出现了无源滤波器(LC滤波器)与有源滤波器互补混合使用的方式，充分发挥LC滤波器结构简单、易实现、成本低，有源电力滤波器补偿性能好的优点，克服有源电力滤波器容量大、成本高的缺点，两者结合使用，从而使整个系统获得良好的性能。
4.减少回路的阻抗及切断传输线路法
谐波产生的根本原因是由于使用了非线性负载，解决的根本办法是把产生谐波的负载的供电线路和对谐波敏感的负载的供电线路分开(如图2所示)。由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降，而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其它负载，引起谐波电流在其上流过(如图3所示)。减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积，减少回路的阻抗方式来实现。目前，国内较多采用提高变压器容量，增大电缆截面积，特别是加大中性线电缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法，但此种方式不能从根本上消除谐波，反而降低了保护特性与功能，又加大了投资，增加供电系统的隐患。从图2中可知，可以将线性负载与非线性负载从同一电源
接口点(PCC)就开始分别的电路供电，这样可以使由非线性负载产生的畸变电压不会传导到线性负载上去。这是目前治理谐波问题较为理想的解决方案。
5.使用无谐波污染的绿色变频器
绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器，它能很好的抑制谐波，可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响，实践表明，不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰，在变频器的输出回路安装噪声滤波器。并且在变频器允许的情况，降低变频器的载波频率。在大功率变频器中，通常使用12脉冲或18脉冲整流，这样在电源中，通过消除zui低次谐波来减少谐波含量。例如12脉冲，zui低的谐波是11次、13次、23次、25次谐波。依次类推，对于18脉冲，zui低的谐波是17次和19次谐波。
变频器中应用的低谐波技术可，归纳如下：①逆变单元的并联多重化，采用2个或多个逆变单元并联，通过波形叠加抵消谐波分量。②整流电路的多重化，在PWM变频器中采用121脉冲、18脉冲或者24脉冲的整流，以减少谐波。③逆变单元的串联多重化，采用30脉冲的串联逆变单元多重化线路，其谐波可减少到很小。④采用新的变频调制方法，如电压矢量的菱形调制等。目前，许多变频器制造厂商已非常重视谐波问题，在设计时已从技术手段上保证了变频器的绿色化,从而在根本上解决谐波问题。
工作原理：
热继电器的时间与过载电流的大小按反时限关系变化〔而作为电动机过载保护的热继电器，必须保证电动机的正常起动和运行不受影响，并能大限度的发挥电动机的承载能力，热继电器的特性曲线应位于电动机的允许特性曲线的下方，且又接近于它）。
结构特征：
有电流调节凸轮用以调节整定电流。
有温度补偿装置以保证特性在-20C～60C的周围介质温度范围内基本不变。
有复位调节旋钮用以调节复位，有手动和自动二种复位状态。
有拉伸弹簧翻转跳跃机构以保证触头迅速可靠。
有差动式断相/三相不平衡保护装置。
有检测滑块/开关位置指示器模拟热继电器的脱扣并显示状态。通过这种模拟检查并确保辅助电路接线正确。当滑块上的标线位于“0"标志处显示脱扣，位于“l"标志处显示工作。
有断开按钮，按下断开按钮时，常闭触头打开串联器开路，断开负载，释放断开按钮后，负载通过器重新工作。
使用事项：
过载继电器只能作为控制电动机的过载保护，不能作为短路保护。
装设时必须了解保护对象的额定电流，选择规格必须为额定电流的+20%。
通常直接装设于电动机的启动器之后。
当电流过高或者因负载电流超过设定时，就会启动过载继电器而断回路，可借由重设纽回复通路，但如果装置过载继电器启动时，不可任意调高设定电流，应查明过载原因，否则极易烧毁被保护之装置。
七台河西门子代理商
USS指令库在S7-200的编程软件STEP7-Micro/WIN指令树中的“库"指令分支，请参考上传图片。
西门子的标准USS协议库以浅蓝色图标表示，如果未找到浅蓝色图标的指令库，说明系统中没有安装西门子标准指令库，需要先安装标准指令库。
S7-200的USS指令库现在能够*支持MicroMasterMM3系列和MicroMasterMM4系列产品，以及SINAMICSG110系列产品，目前此USS指令库还能对MasterDrive等产品提供有限的支持，这些产品包括6SE70/6RA70等。
上传图片中所示有二个USS，
1.USSProtocolPort0(V2.3)是指使用CPU通信口Port0与变频器进行通信。
2.USSProtocolPort1(V2.3)是指使用CPU通信口Port1与变频器进行通信。
S7-200CPU通信口的自由口模式可实现Modbus通信协议，三个Modbus通信协议的区别分别是主站（Master）的Port0和Port1通信口，及从站（Slave）Port0通信口。
1．SIMOTION工业以太网网络介质
西门子工业以太网网络通常使用的物理传输介质为屏蔽双绞线（FC TP）、工业屏蔽双绞线（ITP）和光纤。
1.1 屏蔽双绞线（Fast Connection Twist Pair）
FC TP快速连接双绞线用于将DTE快速连接到工业以太网上，配合西门子FC TP RJ45接头使用，连接方式如图1所示：
图1： FC TP电缆与TP RJ45接头
将双绞线按照TPRJ45接头标示的颜色插入连接孔中，快捷、方便地将DTE设备连接到工业以太网上。使用FC双绞线从DTE到交换机长通信距离为100米（DTE到DTE）。也可以使用普通RJ45接头，为了保证数据传输的可靠性，在无干扰情况下长通信距离为5米。
RJ－45连接有两种连接方式，交叉连接（如图2所示）和直通连接（如图3所示）。交叉连接用于网卡之间的连接或集线器之间的连接；直通线用于网卡与集线器之间或网卡与交换机之间的连接。Siemens交换机由于采用了自适应技术，可以自动检测线序，故通过交换机可以选择任意一种电缆进行连接。
图2 交叉线连接
图3 直通线连接
SIMOTION 带有RJ45接头，建议使用西门子FC TP和FC TP RJ45接头。
1.2 工业屏蔽双绞线 （Industrial Twisted Pair）
屏蔽双绞线如图4所示，它有白/蓝和白/橙两对双绞屏蔽线。外部包有屏蔽层和绝缘层，用于连接有ITP端口的以太网设备。通过ITP电缆连接的两个设备的远距离为100米。
图4 ITP电缆结构图
连接ITP电缆的连接头有两种，即 9 针或 15 针的Sub－D 接头，如图所示5、6：
西门子电缆代理商
图5 Sub－D9针接头 图6 Sub－D 15针接头
使用Sub－D 接头进行连接的网络连接牢固，不易松动。其连线方法及9/15 接头的转换可以查阅西门子手册 。同样ITP电缆也会有交叉连接的情况，可以直接定购 ITP XP 标准电缆 。
SIMOTION只有RJ45以太网，通常不使用工业双绞线ITP。
在控制系统中，使用PLC的模拟量控制多台变频器，由于变频器本身产生强干扰信号的特性和模拟量抗干扰能力不与数字量抗干扰能力强的特性；为了zui大程度的消除变频器对模拟量的干扰，在布线和接地等方面就需要采取更加严密的措施。
一．关于布线
1．信号线与动力线必须分开走线
2．信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部
3．模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5～2mm2。在接线时一定
要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。
4．为了提高接线的简易性和可靠性，*信号线上使用压线棒端子。压接端子选择如下图：
5．如无使用压线端子，接线时请注意：
二．关于接地
1．变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地，在不能够保证单独接地的情况下，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，由于在机组上PLC与变频器共用一个大地，建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。
2．变频器的接地
·400V级：C种接地（接地电阻10Ω以下）。
·接地线切勿与焊机及动力设备共用。
·接地线请按照电气设备技术基准所规定的导线线径规格。
如35KW的变频器接地线线径*为22mm2，87KW的接地线线径*为50mm2。
·接地线在可能范围内尽量短。由于变频器产生漏电流，与接地点距离太远则接地端子的电位不安定。
·使用两台以上变频器的场合，请勿将接地线形成回路。
3．变频器与电机间的接线距离。
变频器与电机间的接线距离较长的场合，来自电缆的高次谐波漏电流，会对变频器和周边设备产生不利影响。为减少变频器的干扰，需要对变频器的载波频率进行调整。
对于S7-1500模板取消0…10V量程的决定是为了参数化过程更为简单。省略了这个量程是因为从用户观点来看也没带来不利因素，参考下面的对照。
S7-300的模拟量输入模板是有0…10V量程范围。
分辨率取决于设置的干扰频率抑制：
在50Hz和60Hz时12位
10Hz时14位
S7-1500的模拟量输入模板具有+/-10V的量程范围。
分辨率为16位而与设置的干扰频率抑制无关。
分辨率对全部范围内均有效包括过冲范围和溢出部分。这些遵从下面的对照：
CPU类型S7-300S7-1500订货号6ES7331-7KF02-0AB06ES7531-7KF00-0AB0量程0…10V0…10V+/-10V分辨率12位14 位16 位干扰频率抑制50Hz 和 60Hz10Hz与设置无关增量212 – 1= 4.095214 – 1 = 16.383216 – 1= 65.535全部范围11.852V11.852V23.704V精度2.894mV / bit0.723mV /bit0.361mV / bit表 01
S7-1500模拟量输入模板使用+/-10V量程范围比S7-300使用0...10V时更jingque2或者8倍。
S7-1500模拟量输入模板不再需要0…10V测量范围。
硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以使用MODBUS通信协议通过通信模块CM1241RS485来实现S7-1200与PAC3200仪表的通信。
本例中使用的PLC硬件为：
1）PM1207电源 ( 6EP1332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214-1BE30 -0xB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7241 -1CH30 -0xB0 )
4) 模拟器 ( 6ES7 274 -1XH30-0xA0 )
本例中使用的PAC3200仪表硬件为：
1） PAC3200（7KM2112-0BA00-3AA0）
2） MODBUS RTU 模块（7KM9300-0AB00-0AA0）
3） MODBUS 通信电缆 (6XV1830-0EH10)
3．软件需求
1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)
4．S7-1200 MODBUS RTU的通信方式
S7-1200作为MODBUS RTU主站的通信方式是由DATA_ADDR 和 MODE 参数来选择 Modbus功能类型的。
DATA_ADDR（从站中的起始 Modbus 地址）： 要在 Modbus 从站中访问的数据的起始地址。MB_MASTER 使用MODE 输入而非功能代码输入。 MODE 和 Modbus 地址范围一起确定实际 Modbus 消息中使用的功能代码。
可编程控制器（PLC）的工作有两个要点：入出信息变换、可靠物理实现，入出信息变换主要由运行存储于PLC内存中的程序实现。这程序既有系统的（这程序又称监控程序，或操作系统），又有用户的。系统程序为用户程序提供编辑与运行平台，还进行必要的公共处理，如自检，I/O刷新，与外设、上位计算机或其它PLC通讯等处理。用户程序由用户按照控制的要求进行设计。什么样的控制，就有什么样的用户程序。
可靠物理实现主要通过输入（I， INPUT）及输出（O，OUTPUT）电路。每一输入点或输出点就有一个I或O电路。总是把若干个这样电路集成在一个模块（或箱体）中，再由若干个模块（或箱体）集成为PLC完整的I/O系统（电路）。这些模块相当多，占了PLC体积的大部分，但由于它们都是由高度集成化的，PLC的体积还是不太大的。
输入电路时刻监视着输入点的（通、ON或断、OFF）状态，并将此状态暂存于它的输入暂存器（还可能有别的称谓）中。每一输入点都有一个与其对应的输入暂存器。
输出电路有输出锁存器（还可能有别的称谓）。它也有两个状态，高、低电位状态，并可锁存。它还有相应的物理电路，可把这个高、低电位的状态传送给输出点。每一输出点都有一个与其对应的输出锁存器。
这里的输入暂存器及输出锁存器实际是PLC的I/O电路的寄存器。它们与PLC内存交换信息通过PLCI/O总线及运行PLC的系统程序实现。
把输入暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称为输入继电器，或称软触点，或称为过程映射输入寄存器（theprocess-image inputregister）。这些位（bit）置成1，表示触点通，置成0为触点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，它反映的就是输入点的状态。
输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈，或称为过程映射输出寄存器（theprocess-image output register）。通过PLCI/O总线及运行系统程序，输出继电器的状态将映射给输出锁存器。这个映射的完成也称输出刷新。
PLC除了有可接收开关信号的输入电路，有时，还有接收模拟信号的输入电路（称模拟量输入单元或模块）。只是后者先要进行模、数转换，再把转换后的数据存入PLC相应的内存单元中。
如要产生模拟量输出，则要配有模拟量输出电路（称模拟量输出模块或单元）。靠它对PLC相应的内存单元的内容进行数、模转换，并产生输出。
佳木斯西门子代理商
集成PROFINET接口
SimaticS7-1200的新CPU固件2.0版本支持与作为Profinet IO控制器的ProfinetIO设备之间的通信。通过集成的Web服务器，可以通过CPU调用信息，通过标准网络浏览器处理数据，也可以在运行时间从用户程序中对数据进行归档。
利用已建立的TCP/IP标准，SIMATICS7-1200集成的PROFINET接口可用于编程或者与HMI设备和额外的控制器之间的通信。作为PROFINETIO控制器，SIMATIC S7-1200现在支持与PROFINET IO设备之间的通信。
该接口包含一个具有自动交叉功能的抗噪声的RJ45连接器，它支持以太网网络，其数据传输速率高达10/100Mbit/s。
与第三方设备之间的通讯
在SIMATICS7-1200上采用集成PROFINET接口可以实现与其他制造商生产的设备之间的无缝集成。利用所支持的本地开放式以太网协议TCP/IP和TCP上的ISO，可以与多个第三方设备进行连接和通讯。
这种通信能力与集成工程系统SIMATIC STEP 7Basic支持的标准T-Send/T-Receive说明共同配置，为您在设计您的自动化解决方案中提供更高水平的灵活性。
简易通讯模块
在SIMATIC S7-1200的CPU上多可以增加3个通讯模块。
RS485和RS232通讯模块适用于串行、基于字符的点到点连接。在SIMATIC STEP 7Basic工程系统内部已经包含了USS驱动器协议以及Modbus RTU主、从协议的库函数
实用指令库
在STEP 7-Micro/WIN ProgrammingTips（Micro/WIN编程中）的Tip38就是关于如何实现上述转换的例程。
为便于用户使用，现已将其导出成为“自定义指令库"，用户可以添加到自己的Micro/WIN编程中应用。
模拟量比例换算指令库和例子
注意：此指令库/程序的作者和拥有者对于该的功能性和兼容性不负任何责任。使用该的风险*由用户自行承担。由于它是免费的，不提供任何，错误纠正和支持，用户不必为此西门子与服务部门。
在这个指令库中，子程序Scale_I_to_R可用来进行模拟量输入到S7-200内部数据的转换；子程序Scale_R_I可用于内部数据到模拟量输出的转换。
编程举例
图2. 编程举例