6ES7212-1BB23-0XB8技据

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 前言：包钢炼铁厂综合料场皮带传送系统采用132KW两台电机（一主一从）进行传动。原有系统采用接触器启动。传送皮带长度大约在500米左右。正常情况下直接启动对系统没有影响，但是当发生送料过程中有意外故障而造成停机时，系统检修结束后要求再启动时，就会出现启动非常困难，造成接触器过热烧毁甚至发生因过电流造成相间短路的现象。若采用一般常用的降压软启动方式，由于启动力矩与电压的平方成正比，因此根本无法实现重载启动。为此，我们采用艾默生公司的EV3000系列高转矩、变频器作为电机控制，配合EC20系列PLC实现两台变频器的主从控制，实现两台电机同频率或负荷平衡运转。

    设计采用EV3000-4T132G（）系列变频器。配合EC20系列PLC及模拟量组合模块M（四模入、一模出），通过PLC作PID闭环控制。其中主变频器的给定采用数字量设定或模拟量设定均可，将主变频器的输出频率作为PID的给定量，将从变频器的输出频率作为PID反馈环节，PID输出量作为从变频器的给定值，从而实现主、从变频器的频率一致运行。具体原理参见附图一至五

    由于现场不具备电机调谐运行（接手无法打开），因此控制方式采用V/F控制，电机参数F1.00-1.08按电机实际参数设置。

    具体原因是：由于AO2信号送入楼上控制站计算机室，控制站PLC要求信号为4-20MA。因此，当变频器输出电流信号为4MA时，对应实际电流为0；即将4MA/20MA=20%，输出偏置即位20%。2、PLC控制系统

    2.1PLC硬件配置

    由主机EC20-1410BRA、模拟量组合EC20-M(四入一出)构成。其中输入的一通道为主变频器的实际运行频率；二通道为从变频器的实际运行频率，输入信号均为4-20MA；输出为从变频器的给定值，信号为0-10V。

    2.2变频控制PID程序    

    2.3实际参数调整设置

    后经多次修改和调试，确定比例系数为10，积分时间为100毫秒，微分时间为零。经过运行发现能够满足现场的生产工艺，主、从皮带平稳启动。

    3、连锁控制

    连锁控制主要实现如下功能：

    一、启动时主、

    二、任何一台变频器故障，则另外一台变频器立即停止。

    连锁控制的实现通过中间继电器（设计院设计，可以通过PLC实现）

    4、实际运行情况：

    经过2个月左右的运行发现，系统能够运行非常稳定，皮带启动电流为120A左右，主、从变频器启动频率一致，启动电流主变频器略大于从变频器，启动平稳，能够满足生产要求。EV3000变频器设置面板具有中文显示功能，而且参数设置非常简单，便于现场的维护；该系列变频器在过载能力方面非常的强。由于变频器在初期调试时，皮带电机的抱闸没有打开，且减速机的油泵电机没有启动，当时的过载电流几乎达到450A，在大电流限幅下运行了十几秒，变频器没有发生任何故障。

  (2)在变频器比较集中的车间，建议采用集中整流，直流共母线供电方式。建议用户采用12脉冲整流模式。优点是，谐波小、节能，特别适用于频繁起制动、电动运行与发电运行同时进行的场合。

    (3)变频器输入侧加装无源LC滤波器，减小输入谐波，提高功率因数，成本较低，性高，效果好。

    (4)变频器输入侧加装有源PFC装置，效果，但成本较高。

    5 电机的漏电、轴电压与轴承电流问题

    变频器驱动感应电机的电机模型，Csf为定子与机壳之间的等效电容，Csr为定子与转子之间的等效电容，Crf为转子与机壳之间的等效电容，Rb为轴承对轴的电阻;Cb和Zb为轴承油膜的电容和非线性阻抗。

    高频PWM脉冲输入下，电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路，从而引起对地漏电流、轴电压与轴承电流问题。

    变频器驱动感应电机的电机模型

    漏电流主要是PWM三相供电电压其瞬时不平衡电压与大地之间通过Csf产生。其大小与PWM的dv/dt大小与开关频率大小有关，其直接结果将导致带有漏电保护装置动作。另外，对于旧式电机，由于其绝缘材料差，又经过长期运行老化，有些在经过变频改造后造成绝缘损坏。因此，建议在改造前，进行绝缘的测试。对于新的变频电机的绝缘，要求要比标准电机高出一个等级。

    轴承电流主要以三种方式存在：dv/dt电流、EDM(ElectricDischargeMachining)电流和环路电流。轴电压的大小不仅与电机内各部分耦合电容参数有关，且与脉冲电压上升时间和幅值有关。dv/dt电流主要与PWM的上升时间tr有关，tr越小，dv/dt电流的幅值越大;逆变器载波频率越高，轴承电流中的dv/dt电流成分越多。EDM电流出现存在一定的偶然性，只有当轴承润滑油层被击穿或者轴承内部发生接触时，存储在电子转子对地电容Crf上的电荷(1/2Crf×Urf)通过轴承等效回路Rb、Cb和Zb对地进行火花式放电，造成轴承光洁度下降，降低使用寿命，严重地造成直接损坏。损坏程度主要取决于轴电压和存储在电子转子对地电容Crf的大小。

    环路电流发生在电网变压器地线、变频器地线、电机地线及电机负载与大地地线之间的回路(如水泵类负载)中。环路电流主要造成传导干扰和地线干扰，对变频器和电机影响不大。避免或者减小环流的方法就是尽可能减小地线回路的阻抗。由于变频器接地线(PE变频器)一般与电机接地线(PE电机1)连接在一个点，因此，尽可能加粗电机接地电缆线径，减小两者之间的电阻，同时变频器与电源之间的地线采用地线铜母排或者接地电缆，保证良好接地。对于潜水深井泵这样的负载，接地阻抗ZE电机2可能小于ZE变压器与ZE变频器之和，容易形成地环流，建议断开ZE变频器，抗干扰效果好。

    在变频器输出端串由电感、RC组成的正弦波滤波器是抑制轴电压与轴承电流的有效途径。目前有多家厂家可提供标准滤波器。

1、概 述

数控机床回参考点时根据检测元件的不同分脉冲编码器方式和增量脉冲编码器方式两种，使用脉冲编码器作为反馈元件的系统，在机床安装调试后，正常使用过程中，只要脉冲编码器的后备电池有效，此后的每次开机，都不必再进行回参考点操作。而使用增量脉冲编码器的系统中，机床每次开机后都进行回参考点操作，以确定机床的坐标原点，寻找参考点主要与零点开关、编码器或光栅尺的零点脉冲有关，一般有两种方式。

1）轴向预方向快速运动，挡块压下零点开关后减速向前继续运动，直到挡块脱离零点开关后，数控系统开始寻找零点，当接收到个零点脉冲时，便以确定参考点位置。配FANUC系统和北京KND系统的机床目般采用此种回零方式。

2）轴快速按预定方向运动，挡块压向零点开关后，反向减速运动，当又脱离零点开关时，轴再改变方向，向参考点方向移动，当挡块再次压下零点开关时，数控系统开始寻找零点，当接收到个零点脉冲，便以确定参考点位置。配SIEMENS、美国AB系统及华中系统的机床一般采用这种回零方式。

采用何种方式或如何运动，系统都是通过PLC的程序编制和数控系统的机床参数设定决定的，轴的运动速度也是在机床参数中设定的，数控机床回参考点的过程是 PLC系统与数控系统配合完成的，由数控系统给出回零命令，然后轴按预定方向运动，压向零点开关（或脱离零点开关）后，PLC向数控系统发出减速信号，数控系统按预定方向减速运动，由测量系统接收零点脉冲，收到个脉冲后，设计坐标值。所有的轴都找到参考点后，回参考点的过程结束。

数控机床回不了参考点的故障常见一般有以下几种情况：一是零点开关出现问题；二是编码器出现问题；三是系统测量板出现问题；四是零点开关与硬（软）限位置太近；五是系统参数丢失等等。下面以本人在工作中遇到的几个实例介绍维修的过程。

2、维修实例

例1）XH714加工开机回参考点，X轴向回参考的相反方向移动。

该机配SIEMENS810D数控系统，采用半闭环控制方式，使用增量脉冲编码器作为检测反馈元件。

分析：机床开机X轴回参考点的动作过程为：回参考点轴先以快速移动，当零点开关被挡块压下时，PLC输入点I32.2信号由1变为0，CNC接收到该跳变信号后输出减速指令，使X轴制动后并以低速向反方向移动，当挡块释放零点开关时，I32.2信号由0跳变为1，X轴制动后改变方向，以回参考点速度向参考点移动，当零点开关再次被挡块压下时，I32.2信号由1变为0，此时起，CNC接受到的增量脉冲编码器发出的零位标志脉冲I0时，X轴再继续运行到参数设定的距离后停止，参考点确立，回参考点的过程结束。

这种回参考点方式可以避免在参考点位置回参考点这种不正常操作对加工造成的危害。当加工X轴本已在参考点位置，而进行回参考点操作时，这时I32.2初始信号是零，CNC检测到这种状态后，发出向回参考点方向相反的方向运动指令，在零点开关被释放，即I32.2为1后，X轴制动后改变方向，以回参考点速度向参考点移动，进行上述回参考点的过程。

根据故障现象，怀疑零点开关被压下后，虽然X轴已经离开参考点，但开关不能复位。用PLC诊断检查确认判断正确。

询问操作人员，机床开机时各轴都在中间位置，排除了因在参考点位置停机减速，挡块持续压着零点开关，导致开关弹簧疲劳失效的故障原因。也说明该减速开关在关机前已经失效了。

仔细观察加工过程，发现每一加工循环结束后，加工都停止在参考点位置上。这大大增加了零点开关失效的可能性，增加了故障几率。这可能是本次故障的真正原因。

由于采用CAM软件编程生成的NC代码，在程序的结束（M30）前，大多为G28回参考点格式，故建议数控编程人员在编制零件加工程序时，在程序结束（M30）前，加入回各轴中间点的G代码指令，并去掉G28指令，以减少该类故障的发生。

例2）XH713/4加工回参考点出现程报警。

该加工配用FANUC-OMD控制系统，采用半闭环控制方式，使用增量脉冲编码器作为检测反馈元件，回参考点采用挡块压零点开关，减速前行，脱离零点开关，开始寻找零点的方式。

因CNC的后备电池失效，造成参数丢失。用计算机将备份参数重新装入后，再回参考点时出现各轴在行程范围中间位置处发生软限位程报警，此时用手动方式移动各轴，既使其机械位置在行程范围中间，CRT也显示各轴位置坐标软限位程报警。

这是因为后备电池失效后，重装电池开机时CNC把此时的机械位置认作回参考点位置。

解决的办法是应先将各个轴正向软限位值设成大值，再作三轴回参考点，建立正确的机床零点，仍后再将三轴软限位改为原值。具体步骤如下：

1）在OFFSET菜单下，设置PWE=1。
2）将CNC参数NO.700、702、704（X、Y、Z）三轴分别设为大值。
3）将XYZ手动移开机械原点一定距离。
4）在参考点回零模式，各轴手动回参考点。
5）仔细观察各轴是否在回参考点位置上，特别是与ATC有关的Z轴。若位置不准确，重复3至4步直至准确。
6）将二步中改过的参数重新再改回来。
7）将PWE重新设置为零。

这样，回参考点出现程报警的问题就解决了。

例3）V560加工在使用过程中Ｚ轴回参考点出现软限位程报警。

该加工配用FANUC-OIMA控制系统，，采用半闭环控制方式，回参考点采用挡块压零点开关，减速前行，脱离零点开关，开始寻找零点的方式。

观察CRT上Z轴显示6.01，系软限位程．经试验确认，该报警出现时，手动回参考点的过程还未完成．

在手动回参考点时观察减速开关输入PMC信号DGNX 9.3变化正常，说明减速开关无问题。将CNC参数NO.704（Z轴软限位）设为大值99999999，手动回参考点正常。NO.704重新设定为6000，回参考点又了出现程报警。

分析：由于减速开关无问题，而回参考点的过程还未完成，且出现的是软限位程。说明挡块没有松劲，有可能是减速开关的位置松劲了。

检查发现，减速开关的位置的确松劲了，经重新调整减速开关的位置，并拧紧固定锣钉，问题解决。

但需要说明的是，减速开关的位置一旦松劲，机床出厂时原先设置的丝杠螺距补偿参数就不准确了。需用激光测量仪重新测量机床丝杠螺距补偿参数后再作设置。

例4）某台配备北京KND-100M的数控铣床，在开机回参考点时，两XZ轴正常，但Y轴回参考点时，出现222“Y向伺服准备未绪报警”。

分析：根据故障现象进行针对性的，在到伺服驱动模块时，发现有23号伺服报警。此时查故障手册，有如下解释：

1）滚珠丝杠运动阻力过大或滚珠丝杠本身有问题。但手动移动检查未发现问题。
2）伺服电动机损坏。通过测量其绕阻伺服也未发现问题
3）伺服驱动模块带载能力不够或损坏，控制扳出现问题产生错误报警。

检查伺服驱动模块，对换相同型号的XY轴伺服驱动模块后故障。由此可见，此次故障为Y轴伺服驱动模块性能不稳定或接触不稳。但几天后又发生故障，当X轴回参考点时又出现212X向伺服准备未绪报警。根据的经验，检查到伺服驱动模块时，又发现有23号（伺服准备未绪）伺服报警。似乎很容易得出结论为误判原Y轴（现已换到X轴）的伺服驱动模块已损坏。但为了进一步确认，又一次对换相同型号的XY轴伺服驱动模块后故障依然存在，说明此次故障与伺服驱动模块无关。

原来，经检查发现，X轴正向限位开关的挡块已向减速开关的挡块方向移动，导致X轴回参考点时，回参考点动作还未完成就已挡到了硬限位开关，从而引起CNC产生以上报警。

经重新调整硬限位开关的位置，并拧紧固定锣钉，机床回参考点恢复正常。

3、总 结

数控机床回不了参考点的故障是数控机床中比较常见的故障之一。而这种故障一般又是由挡块的松动、减速开关的失灵、参数的丢失、软限位设置不准等因素引起的。当然，编码器或光栅尺的损坏以及编码器或光栅尺的零点脉冲出现问题等等也多会引起回不了参考点的故障，只不过编码器和光栅尺相对来说性较高，出现故障的概率比较低而已。只要我们掌握数控机床回参考点的相关工作原理和设备的机械结构，了解其操作方法、动作顺序并对故障现象作充分调查和分析，就一定能找到故障的原因所在，检查修理，排除故障，终使机床恢复正常。

在某些电机与变频器之间距离过100m的场合，需要在变频器侧添加交流输出电抗器L3，解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。一个行之有效的方法就是采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，并将钢管外壳或者电缆屏蔽层与大地连接。请注意，在交流输出电抗器L3时，如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，增大了输出对地的分布电容，出现过流。当然在实际中一般只采取其中的一种或者几种方法。

    减小变频器对外部控制设备的干扰措施

    (4)对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1M，跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果非要用模拟量控制时，建议一定采用屏蔽电缆，并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用V/F转换，光藕隔离再采用频率设定输入的方法。

    3.2变频器本身抗干扰问题

    当变频器的供电系统附近，存在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源或者采用滑环供电的场合，变频器本身容易因为干扰而出现保护。建议用户采用如下措施：

    (1)在变频器输入侧添加电感和电容，构成LC滤波网络。

    (2)变频器的电源线直接从变压器侧供电。

    (3)在条件许可的情况下，可以采用单的变压器。

    (4)在采用外部开关量控制端子控制时，连接线路较长时，建议采用屏蔽电缆。当控制线路与主回路电源均在地沟中埋设时，除控制线采用屏蔽电缆外，主电路线路采用钢管屏蔽穿线，减小彼此干扰，防止变频器的误动作。

    (5)在采用外部模拟量控制端子控制时，如果连接线路在1M以内，采用屏蔽电缆连接，并实施变频器侧一点接地即可;如果线路较长，现场干扰严重的场合，建议在变频器侧加装DC/DC隔离模块或者采用经过V/F转换，采用频率指令给定模式进行控制。

    (6)在采用外部通信控制端子控制时，建议采用屏蔽双绞线，并将变频器侧的屏蔽层接地(PE)，如果干扰非常严重，建议将屏蔽层接控制电源地(GND)。对于RS232通信方式，注意控制线路尽量不要过15m，如果要加长，随之降低通信波特率，在100m左右时，能够正常通信的波特率小于600bps。对于RS485通信，还考虑终端匹配电阻等。对于采用现场总线的高速控制系统，通信电缆采用电缆，并采用多点接地的方式，才能够提高性。

    4 电网质量问题

    在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合，电压经常出现闪变;在一个车间中，有几百台变频器等容性整流负载在工作时，电网的谐波非常大，对于电网质量有很严重的污染，对设备本身也有相当的破坏作用，轻则不能够连续正常运行，重则造成设备输入回路的损坏。可以采取以下的措施：

    集中整流的直流共母线供电方式

    (1)在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合建议用户增加无功静补装置，提高电网功率因数和质量

建议在风机和柜体之间加装塑料或者橡胶减振垫圈，可以大大减小风机震动造成的噪音。

    5)控制柜的前、后门和其他接缝处，要采用密封垫片或者密封胶进行一定的密封处理，防止粉尘进入。

    (6)控制柜底部、侧板的所有进风口、进线孔，一定要安装防尘网。阻隔絮状杂物进入。防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清理、维护。防尘网的网格要小，能够有效阻挡细小絮状物(与一般家用防蚊蝇纱窗的网格相);或者根据具体情况确定合适的网格尺寸。防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。

    (7)对控制柜一定要进行定期维护，及时清理内部、外部的粉尘、絮毛等杂物。维护周期可根据具体情况而定，但应该小于2～3个月;对于粉尘严重的场所，建议维护周期在1个月左右。

    2.3防潮湿霉变的控制柜的设计要求

    多数变频器厂家内部的印制板、金属结构件均未进行防潮湿霉变的特殊处理，如果变频器长期处于这种状态，金属结构件容易产生锈蚀，对于导电铜排在高温运行情况下，加剧了锈蚀的过程。对于微机控制板和驱动电源板上的细小铜质导线，由于锈蚀将造成损坏，因此，对于应用于潮湿和和含有腐蚀性气体的场合，对于使用变频器的内部设计有基本要求，例如印刷电路板采用三防漆喷涂处理，对于结构件采用镀镍铬等处理工艺。除此之外，还需要采取其它积、有效、合理的防潮湿、防腐蚀气体的措施。

    (1)控制柜可以安装在单的、密闭的采用空调的机房，此方法适用控制设备较多，建立机房的成本柜体单密闭处理的场合，此时控制柜可以采用如上防尘或者一般环境设计即可。

    (2)采用立进风口。单的进风口可以设在控制柜的底部，通过立密闭地沟与外部干净环境连接，此方法需要在进风口处安装一个防尘网，如果地沟过5m以上时，可以考虑加装鼓风机。

    (3)密闭控制柜内可以加装吸湿的干燥剂或者吸附毒性气体的活性材料，并近期换。

    3 干扰问题

    3.1变频器对微机控制板的干扰

    在注塑机、电梯等的控制系统中，多采用微机或者PLC进行控制，在系统设计或者改造过程中，一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。由于用户自己设计的微机控制板一般工艺水平差，不符合EMC标准，在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制系统工作异常，因此需要采取必要措施。

    (1)良好的接地。电机等强电控制系统的接地线通过接地汇流排接地，微机控制板的屏蔽地，单接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连[3]。

    (2)给微机控制板输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等，。可以有效抑制传导干扰。另外在辐射干扰严重的场合，如周围存在GSM、或者小灵通机站时，可以对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。

    微机控制板的电源抗干扰措施

    (3)给变频器输入加装EMI滤波器，可以有效抑制变频器对电网的传导干扰，加装输入交流和直流电抗器L1、L2，可以提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。

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