西門子V90伺服驅(qū)動系統(tǒng)使用指導

時間：2018-08-17

西門子V90伺服驅(qū)動系統(tǒng)使用指導西門子V90伺服驅(qū)動系統(tǒng)使用指導SINAMICS V90 伺服驅(qū)和 SIMOTICS S-1FL6 伺服電機組成了性能優(yōu)化、易于使用的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。八種驅(qū)動類型，七種不同的電機軸高規(guī)格，功率范圍從 0.05kW 到 7.0kW 以及單相 220V 和三相 380V 的供電系統(tǒng)使其可以廣泛用于各行各業(yè)，如：定位，傳送，收卷等設備中。

V90伺服驅(qū)動系統(tǒng)通常以伺服變頻驅(qū)動裝置、電機、編碼器和編碼器和動力電纜的組件形式供貨。V90驅(qū)動裝置內(nèi)部具有功率半導體器件，通過大電流、高電壓的快速器件開關來輸出諧波含量很高的通斷電壓來實現(xiàn)電機調(diào)速，此時的 V90 驅(qū)動系統(tǒng)是非常強大的干擾源；同時 V90 的脈沖輸出、通信、編碼器等敏感設備也會因受到其他設備的電磁干擾而不能正常工作。為了保證 V90 既不影響其它設備也能保證自身運行不受影響，需要在電柜的安裝設計及現(xiàn)場安裝布線時必須遵守一些有效的安裝指導和安裝規(guī)范。

安裝指導

1 驅(qū)動器柜內(nèi)安裝

(1) 驅(qū)動器柜內(nèi)安裝方向及間距安裝變頻器時，建議安裝板使用無漆鍍鋅鋼板，將驅(qū)動垂直安裝在上面，以確保變頻器的散熱器和安裝板之間有良好的電氣連接，安裝間距如下圖所示。

在下列情況中，驅(qū)動應降額至 80% 使用：

1) 環(huán)境溫度在 0°C 至 45°C，且安裝間距小于 10 mm 時，較小安裝間距不得小于 5mm。

2) 環(huán)境溫度在 45 °C 至 55 °C，較小安裝間距不得小于 20 mm。

(2) 接地及等電位連接

通過所有金屬部件互相大面積連接，如控制柜背板。在機柜單元中安裝的設備外殼和組件（如變頻器、電源濾波器、控制單元、端子模塊、傳感器模塊等）通過導電性良好的（鍍鋅的）裝配板大面積互相連接。此裝配板和機柜、機柜單元的 PE 母線排或屏蔽母線排大面積導電相連。涂漆的控制柜壁、裝配板或帶有較小安裝面的安裝輔助工具不能滿足這些要求。PE 母排需要保證足夠的接地效果。

(3) 確保傳動柜接地良好，使用短和粗的接地線連接到公共接地點或接地母排上，如下圖所示。特別重要的是，連接到變頻器的任何控制設備(比如一臺 PLC)要與其共地。

(4) 器件柜內(nèi)分區(qū)設計

通過互相分隔干擾源及被干擾對象，能簡單經(jīng)濟的實現(xiàn)設備或控制柜內(nèi)部的抗干擾措施。該分隔必須在柜內(nèi)設計時予以考慮，可通過區(qū)域長間距降低干擾（大約 20cm）。不同區(qū)域的電纜必須分隔開，避免互相干擾，如下圖所示。

A 區(qū)：電源連接必須遵守電纜干擾放射性和抗干擾性的限值

B 區(qū)：干擾源由整流器、可能的制動嶄波器、逆變器 + 可能的電機側(cè)電抗器和濾波器組成的變頻器

C 區(qū)：控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)(被干擾對象)：敏感的控制系統(tǒng)電子設備和調(diào)節(jié)電子設備 + 傳感器系統(tǒng)

D 區(qū)：外設信號接口

E 區(qū)：干擾源電機和電機電纜

2 動力電纜及編碼器電纜連接

(1) 動力電纜屏蔽連接（隨機附送的屏蔽板非常重要）

為滿足 EMC 要求，所有與 SINAMICS V90 系統(tǒng)相連接的電纜必須為屏蔽電纜，這包括電源到電源濾波器的電纜以及電源濾波器到 SINAMICS V90 PN 驅(qū)動的電纜。屏蔽雙絞線的屏蔽層應連接至伺服驅(qū)動的

屏蔽板或卡箍，如下圖所示。

等電位連接可通過電機電纜屏蔽層連接至所有驅(qū)動組件（電機、變速器和負載機械）解決高頻率干擾問題。為達到高頻區(qū)域內(nèi)盡可能小的接觸電阻，應兩側(cè)大面積連接電纜屏蔽層，盡可能使用彈性單

元環(huán)繞屏蔽比如使用卡箍，屏蔽應無中斷。

(2) 編碼器電纜的屏蔽連接

編碼器和編碼器電纜屬于較敏感的設備部件，信號被干擾時，會出現(xiàn)編碼器故障或偶爾發(fā)生的驅(qū)動故障。電纜屏蔽為滿足 EMC 要求，編碼器電纜必須屏蔽。為保證較好的 EMC 效果，建議給編碼

器電纜去皮并將屏蔽層接地，如下圖所示。

3 通信電纜連接

要求 PROFINET 電纜、編碼器電纜和和功率動力電纜之間的較小間距為 20cm。插頭接口可實現(xiàn)PROFINET 通信設備間的屏蔽連接。如果通信設備并未安裝到金屬的裝配板上，必須另外布入一條 4

mm的等電位連接導線與保護等電位連接。

通信電纜屏蔽安裝舉例如下圖所示。

三進線濾波器

進線濾波器用于將 SINAMICS V90 **出的傳導干擾限制至可允許的值。通過使用該濾波器，SINAMICS V90 PN 驅(qū)動器已符合 C2 類環(huán)境的電磁干擾要求。傳導性**和輻射性**符合 EN 55011

標準并達到 A 類要求。

濾波器應盡量靠近控制柜的電纜入口使用大面積的金屬底板安裝，應盡量靠近驅(qū)動，通向濾波器的電纜和從濾波器接出的電纜原則上應分開布線，如下圖所示。

注意：

每個驅(qū)動器只能連接與之匹配的進線濾波器，不允許多個驅(qū)動器共用一個進線濾波器。

四　驅(qū)動器 24V 供電設計

V90 伺服驅(qū)動器需要 24 V 直流電源來供電，此電源的穩(wěn)定度決定 V90 系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。因此在設計時必須注意如下事項：

(1) V90 驅(qū)動器不能夠與類似繼電器或電磁閥這樣的電感性負載共用一個 24V 直流電源，感性負載比如繼電器，電磁閥需要一個額外獨立的 24V 直流電源，否則驅(qū)動器可能會工作不正常。電磁閥類型的負載

通斷時會導致 24V 電源波動及干擾，從而使 V90 工作異常，比如 V90 PTI 接收到的脈沖信號不正常、V90 編碼器信號受干擾報編碼器錯誤報警等。

(2) SINAMICS V90 驅(qū)動器需要一個 24V 直流電源，并且這個電源同時也可以為其他的控制器供電，比如PLC 設備。V90 所需要的 24V 容量如表 4-1 所示，用戶應根據(jù)所使用的 V90 驅(qū)動器數(shù)量來確定需要的24V 供電電源容量，如果供電電源容量不夠會造成 V90 工作不正常。

注意：

對于 220V 版本的 V90 驅(qū)動器沒有集成的電機抱閘接口，不能使用同一個 24V 電源給抱閘（DC 24 V）和抱閘控制信號（P24 V）供電，推薦的接線如下圖所示。

五　實際案例分享

1 設備運行時偶發(fā)報 0 F31100 和和 3 F7453 等編碼器相關故障

發(fā)現(xiàn)的問題如下：

(1) 配電柜中的 V90 驅(qū)動器未安裝隨機附帶的屏蔽板，動力電纜屏蔽層隨意連接到驅(qū)動器接地端子

(2) 柜內(nèi)布線混亂，動力電纜與編碼器電纜未分槽，即使在動力電纜及編碼器電纜上套了防干擾磁環(huán)，驅(qū)動器也報警

(3) 驅(qū)動器進線電纜為非屏蔽電纜

對以上 V90 EMC 安裝的問題整改后，設備運行時依然偶發(fā)報 F31100 和 F7453 等編碼器相關故障，進一步檢查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設備中有電磁閥，且 V90 與電磁閥設備共用了 24V 電源。

通過下述整改問題得以解決：

(1) 在驅(qū)動器上安裝屏蔽板

(2) 將動力電纜及編碼器電纜的屏蔽層按規(guī)范連接至驅(qū)動器的屏蔽板上

(3) 采用獨立的 24V 電源為現(xiàn)場中的幾臺 V90 驅(qū)動器供電，與電磁閥供電電源分開

2 設備調(diào)試時報 1 F52981 故障

V90 與 1FL6 電機在應用上，通過軟件固化是一一匹配的，如果編碼器損壞或者電機與 V90 不匹配就引起編碼器不能被識別，從而產(chǎn)生所連接的**值編碼器的電機無法運行。

處理方法：

(1) 查 V90 固件版本是否太低，沒有與之匹配的驅(qū)動，如需要較新高版本的固件。

(2) 確認 V90 與電機的訂貨號是否可以匹配使用，選擇合適的帶**值編碼器的電機與驅(qū)動器連接，不允許驅(qū)動連接與之不匹配的電機。

(3) 更換硬件，如 V90 驅(qū)動器、編碼器或者編碼器電纜來排查故障。

3 設備報 F7901 /F31110/F31112 故障

該類報警均是編碼器信號故障的報警，信號丟失或者信號偏差，主要有下面幾種情況：

現(xiàn)象 1 ：報警一直存在，重啟系統(tǒng)也無效。

如果報警一直存在，說明硬件有問題，可以通過交換法排查電機編碼器、電纜或者 V90 驅(qū)動的硬件問題。

現(xiàn)象 2 ：報警為偶發(fā)，并且沒有規(guī)律，而且重啟設備后又可以正常使用，然后又不定期的出現(xiàn)報警。

建議措施：根據(jù)經(jīng)驗，這種現(xiàn)象的主要原因是受到電磁干擾引起的故障，建議措施①將設備良好接地②將信號線的屏蔽層卡箍在屏蔽板上，請參看 2.1及 2.1章節(jié)③V90 的 24V供電是否與電

磁閥等感性負載共用電源。

4 Smart PLC 通過發(fā)送脈沖控制 I V90 PTI 定位，發(fā)現(xiàn)重復定位時實際行走位置不準確

處理方法：

(1)將編碼器電纜更換為西門子原裝電纜，長度小于 20米，并參照 2.2 章中的說明連接屏蔽層。

(2)檢查現(xiàn)場是否有電磁閥負載，電磁閥與 V90的控制電源是否共用？將電磁閥與 V90 的控制電源分開

(3)用示波器監(jiān)視 V90 PTI輸入的脈沖波形是否正常

5 V90 在運行中突然自動重啟

處理方法：

(1) 確認一下只是本臺 V90 在運行時自己會突然自動重啟，還是除這臺外還有其他的也會出現(xiàn)同樣的問題？如果只是這一臺可以考慮更換此臺驅(qū)動器

(2) 檢查給 V90 供電的 24V供電電源的容量是否足夠？需要的 24V電源容量請參看* 4 節(jié)。

(3) 或單獨找一個 24V電源為總自動重起動的 V90 供電看一下是否還會發(fā)生重起？如是更換驅(qū)動器

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