西門子EM221CN擴展模塊6ES7221-1BF22-0XA8
SINAMICS DC MASTER 是西門子生產的新一代直流變頻器。SINAMICS DC MASTER 簡稱為：SINAMICS DCM - 體現了新一代產品的優勢。該產品把上一代 SIMOREG DC-MASTER 的優點與 SINAMICS 系列產品的優勢結合在了一起。
在質量、可靠性和功能性方面，SINAMICS DC MASTER 不僅超越了自己的上一代產品，而且特別是在功能領域，提供了新的功能，并且集成了上一代產品的標準功能。
SINAMICS DC MASTER 是 SINAMICS 系列的新成員，將許多以交流技術而的 SINAMICS 工具和組件用在了直流技術方面。
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西門子EM221CN擴展模塊6ES7221-1BF22-0XA8
作為可擴縮的驅動器系統，SINAMICS DC MASTER 系列變頻器在應對基本應用和要求苛刻的應用方面都表現出色。直流變頻器配備了進行標準的閉環控制的標準的控制裝置（標準 CUD）。使用將標準 CUD 和高級 CUD 組合在一起的選件可以處理在計算性能和接口數量要求更高的應用。
SINAMICS DC MASTER 系列直流變頻器把開環和閉環控制以及電源部分結合在了一部設備上。由于具有緊湊而節省空間的外形設計而與眾不同。
AOP30 高級操作面板和 BOP20 基本操作面板可以用于試運行和本地運行。
CUD 的接口和數字輸入/輸出的數量可以使用附加模塊補充 - 例如 TM15 和 TM31 端子模塊。
直流驅動系統的組件以及這些組件如何邏輯互連見“直流驅動器的系統組件”-“概述”中的框圖。該部分還在“工程”一節下提供了流程圖，為選擇和確定所需的組件提供支持。
概述
組態
SINAMICS DC MASTER 是用于基本應用和要求苛刻的直流應用的驅動器系統。許多不同領域和互補市場中的應用要求具有高等級的可擴縮性和變頻器擴展能力。
為了能夠確保多用性，SINAMICS DC MASTER 集中了大量的新功能：
SINAMICS 變頻調速柜系列
SINAMICS DC MASTER 是 SINAMICS 驅動器家族中的一員。各個 SINAMICS 版本都基于一個公共的平臺，特別是在接口、工具、操作控制以及方面。
所有的 SINAMICS 驅動器都支持TIA 體系，在工程設計、通訊和數據管理方面與西門子的SIMATIC、SIMOTION 和 SINUMERIK 自動化系統使用了相同的方式。在使用這些系統時，可以使用 SINAMICS 簡單的生成自動化解決方案。
由于可以標準化、無縫的集成到西門子的自動化環境中，用戶還可以更快速的進行整機自動化和驅動器技術的工程設計和試運行中。此外，還可以降低相關的培訓成本，并且使產品支持、服務、維護和備件保存都得到了簡化。
標配 PROFIBUS，可以選配 PROFINET
該設備標配了作為工業標準的 PROFIBUS。可以選配提供 PROFINET。使用外部適配器可以實現與其他現場總線系統的通訊。
控制裝置的變化版
為了能夠*化的滿足與技術功能的接口和通訊性能相關的要求，可以選擇標準或高級 CUD，或這兩者組合。還可以使用兩個 CUD 來提高技術上開環和閉環控制任務的性能。這就使該設備可以*化的廣泛適應于驅動器技術和互補市場相關的要求——無論是在技術還是經濟方面。
勵磁電源供電符合要求
- 對于不帶勵磁的裝置（從 60A 額定直流電流或更高電流供電）
- 對于帶有 1Q 勵磁的裝置（帶有集成的續流電路）
- 對于具有 2Q 勵磁的裝置，可以主動降低電流實現快速的勵磁電流變化，并集成了勵磁過壓保護裝置（從 60A 額定直流電流或更高電流）
對于從額定 1500A 或更高電流供電的裝置，還可以在 1Q 或 2Q 版本中選擇具有 85A 額定勵磁電流的版本，取代 40A 勵磁供電。
另外，如果應用情況需要的話，當然還可以連接外部勵磁電源裝置。
24 V DC 電子裝置電源
直流變頻器的電子裝置電源現有兩種版本可用：
- 連接 230 V/400 V AC 的版本或
- 連接 24V 直流的版本（帶有極性接反保護）
使用 24V 供電，可以簡單的實現 UPS 功能——因此可以提高工廠或系統的可用性。
上圖顯示的是 24V 直流電源 SITOP smart。
電源部分與地隔離
裝置內部的電源部分電壓感應功能對于電子裝置來說是懸空的（電氣隔離）。
因此，在將來沒有必要通過斷開/連接電機電纜來測量直流電機的絕緣電阻。為了確保工廠和系統的安全，以及避免電機受到嚴重的損壞，必須強制性的對直流電機的絕緣電阻進行定期檢查。
自由函數塊和驅動器控制圖
裝置標配了足夠數量的自由函數塊可用于各種應用。可以自由的使用來自驅動器控制圖（DCC）的自由函數塊擴展功能范圍。這使驅動器可以*化的使用特殊應用——無論是在技術上還是經濟上。
使用 SINAMICS 組件可以擴展功能性
通過將 SINAMICS 的補充模塊與 DRIVE-CliQ 接口（高級 CUD）進行耦合可以獲得附加的輸入和輸出。這樣就提高了對工廠和系統進行工程設計時的靈活性，同時優化了成本。
可以進行單相連接
對于zui高 125A 和zui高 575 V交流的裝置，甚至在只通過兩根導線供電時，裝置的功能也全都完整可用。這意味著，例如當對一個單相連接的變頻器進行更新時，無需對現有機器或工廠進行變更 - 而且經過更新的驅動系統可以集成到的通訊概念里（TIA）。
涂層 PCB 和鍍鎳銅母線
可以選擇雙噴帶涂層的 PCB 和鍍鎳銅母線提高用于高污染等級和氣候壓力環境中的可靠性 - 也可以用于具有更高環境壓力的情況。
工作溫度范圍寬
由于保存和運輸允許的溫度范圍達到 -40 ℃ 到 +70 ℃，所以使在高氣候壓力地區的應用更加簡單。
SINAMICS DC MASTER 變頻器
SINAMICS DC MASTER 系列變頻器包括了DC Converter（直流變頻器）和控制模塊產品。
直流變頻器（DC Converter）包括了用于連接三相供電系統的內置裝置。這些都可用于電樞供電和可變速直流驅動器領域。該裝置的額定直流電流范圍為 15 到 3 000 A，可以通過并聯直流變頻器進一步提高。
根據實際應用情況，有針對二象限和四象限運行的裝置。該設備由于集成了參數化裝置具有自動功能，不需要任何附加設備進行參數化。所有與開環和閉環控制相關的功能，以及所有和輔助功能都由微處理器系統處理。設定值和實際值可以作為模擬量或數字量輸入。
SINAMICS DC MASTER Control Module（直流主控制模塊）是SIMOREG CM 的后續產品，主要用于對直流驅動器進行翻新和更新。
SINAMICS DC MASTER 轉換器現有以下規格（自通風zui高到 125A）：
直流變頻器 | 控制模塊 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
額定直流電流 | ||||||
≤ 30 | ≤ 280 | ≤ 600 | ≤ 850 | ≤ 1 200 | ≤ 3 000 | – |
尺寸 (W ×H ×D) | ||||||
268 × 385 × 221 | 268 × 385 × 252 | 268 × 625 × 275 | 268 × 700 × 311 | 268 × 785 × 435 | 453 × 883 × 505 | 271 × 388 × 253 |
詳細的尺寸圖見 PDF 文件，可以在 DVD 光盤的目錄 D 23.1 下找到 DXF 格式的文件，
優勢
- 使用SINAMICS DC MASTER 系列豐富的產品，所需的培訓時間更少、成本更低、產品使用了zui大數量的相同部件。
標準和無縫系列的SINAMICS DC MASTER 裝置可以處理極寬范圍的電流和電壓。該系列設備設計用于連接三相線路供電。此外，該設備還可以連接zui高額定直流 125A 的單相線路供電。 - 功能和性能方面具有靈活的擴展能力。
產品豐富，有許多選件可以讓直流轉換器*化的滿足客戶需求 - 無論是在技術上還是經濟上。不同的客戶需求，包括接口的類型和數量以及計算性能和速度都可以通過選擇標準 CUD、高級 CUD 或者組合使用來準確滿足。 - 由于能夠快速簡單的更換組件，提高了工廠和系統的可用性。
可更換組件的設計使它們能夠實現快速簡單的更換。可以隨時檢查現有的備件，設備的序列號。 - 使用帶有圖形化 LCD 和純文本顯示屏的 AOP30 高級操作面板上的交互菜單可以方便的進行調試和參數化，還可以使用STARTER 調試工具進行獲得 PC 支持（見“工具和工程設計”）。
- 在完整的生產過程中，所有組件都會受到全面的測試和檢測。這就確保了高度的功能安全性。
- 使用如標準的 PROFIBUS 通訊接口和各種模擬和數字接口，可將它們輕松集成到自動化解決方案中；
應用
直流驅動器技術：高動態、堅固、經濟有效
根據實際應用情況，直流驅動器經常是價格zui有利的驅動器解決方案。在可靠性、操作友好性和運行特性方面有許多優點。像過去一樣，在許多工業領域都有充足的技術和經濟原因仍然使用直流驅動器：
- 價格實惠的四象限運行
- 低速持續運行
- 即使低速情況下也能保證全轉矩
- 高起動轉矩
- 恒定功率下速度控制范圍寬
- 空間要求低，重量輕
- 可靠性高
直流驅動器的主要應用包括：
- 滾軋機驅動器
- 劃線機
- 擠出機和混捏機
- 壓力機
- 升降機和起重機
- 索道和電梯
- 礦井提升機
- 測試臺驅動器
功能
電樞電路上的閉環控制的功能 | |
速度設定值 | 速度設定值和附加設定值的來源可以通過進行合適的參數設置而自由選擇：
可以實現放縮，因此 * 設定值（由主設定值和補充設定值形成）相當于zui高電機速度。 設定值可以通過參數或連接器輸入限制在zui小值和zui大值之間。此外，在軟件中提供了其它點，例如可以在斜坡函數發生器之前或者之后輸入補充設定值。可以使用二進制選擇“設定值啟用功能”。在可參數化濾波器功能（PT1 元件）之后，總設定值會傳輸給速度控制器的設定值輸入。在這種情況下，斜坡函數發生器也會激活。 |
實際速度 | 可以選擇四個來源之一作為速度的實際值信號。
|
斜坡函數發生器 | 當在設定值輸入上引入了一個階躍變化時，斜坡函數發生器會采用恒定的上升率改變信號的設定值。斜坡上升時間和斜坡下降時間可以獨立的進行選擇。此外，斜坡函數發生器在斜坡時間開始結束時會有起始和結束舍位（加速限制）。 任何時候斜坡發生器都可以獨立設置。 對于斜坡發生器倍數有三個參數可以設置；可以通過二元選擇輸入或串口（通過binector）進行選擇。斜坡函數發生器參數可以在運行中切換。此外，通過一個連接器可以對參數組 1 的值應用倍增系數（通過一個連接器修改斜坡函數發生器數據）。在輸入斜坡函數發生器倍數為 0 時，速度設定值直接從速度控制器輸入。 |
速度控制器 | 速度控制器會對設定值和實際速度值進行對比，如果有偏差，就在電流控制器中輸入一個合適電流設定值（原則：使用更低等級的電流控制器控制速度）。速度控制器被實現成了帶有附加 D 組件（可以選擇）的 PI 控制器。此外，可開關的下降功能可以參數化。所有的控制器參數都可以獨立調整。Kp（增益）值可以根據連接器的信號（內部或外部）調整。 在這種情況下，速度控制器的 P 增益可以根據實際速度值、實際電流值、設定值-實際值的距離或卷筒直徑調整。可以進行預控制，以便在速度控制環路上實現高動態性能。為了實現此目的，例如根據摩擦和驅動器的慣性運動，在速度控制器之后可以增加一個轉矩控制信號。摩擦和慣性運動補償使用自動優化運行來決定。 速度控制器的輸出量可以在啟用了該控制器后直接通過參數來調整。 根據參數化，可以將速度控制器旁路掉，并通過閉環轉矩或電流控制來控制變頻器。而且，還可以使用“前導/隨動轉換”選擇功能在運行過程中在速度控制/轉矩控制之間切換。該功能可以使用一個二元用戶分配端子或串口選擇作為二進制。轉矩設定值通過可選擇連接器輸入，因此可以來自模擬用戶可分配端子或串口。 在隨后的驅動器狀態中會激活一個限制控制器（轉矩或電流控制運行）。在這種情況下，根據速度限制（可以使用參數選擇），限制控制器可以干預控制，以防止驅動器以不受控的方式加速。進行干預時，驅動器速度會被限制在一個可調偏差內。 |
轉矩限制 | 速度控制器的輸出根據參數化的情況可以表達轉矩設定值或者電流設定值。在轉矩受控運行時，速度控制器輸出使用機器通量 ? 進行了加權，并傳輸給電流限制級作為電流設定值。轉矩控制主要應用在弱磁運行中，以便獨立于速度限制zui大電機轉矩。 現有以下功能：
zui低的量應始終能夠有效的用作實際轉矩限制使用。可以在轉矩限制之后增加附加轉矩設定值。 |
限流功能 | 在使用了轉矩限制之后可以調整限流以保護變頻器和電機。zui低的量應始終能夠有效的用作實際限流值。 可以設置成以下限流值：
I2t 電源部分的監控：計算晶閘管的熱態用于所有當前值。達到晶閘管限制溫度時，裝置會按照參數設置的功能做出響應，即變頻器電流會下降到額定直流電流，或裝置會關機并發出故障信息。該功能用于保護晶閘管。 |
電流控制器 | 電流控制器實現成了 PI 控制器，具有 P 增益和積分時間參數，兩個參數可以獨立設置。P 和 I 分量還可以停用（純 P 控制器或純 I 控制器）。實際電流值使用三相側的電流互感器來感測，并通過一個負載電阻和模數轉換之后的整流饋送給電流控制器。變頻器相關電流的分辨率是 10 位。限流輸出用于電流設定值。 電流控制器輸出會把觸發角傳輸給選通裝置 - 預控制功能同時有效。 |
預控制 | 電流控制環上的預控制可以提高閉環控制的動態性能。這允許在電流控制環上有 6 到 9ms 的上升時間。預控制的有效性取決于電流設定值和電機的 EMF，確保了（對于間歇和連續電流或當轉矩方向反向時）所需的觸發角能夠作為設定值快速的傳輸給選通裝置。 |
自動倒車模塊 | 與電流控制環相結合，自動倒車模塊（僅適用于帶有四象限驅動器的裝置）可以確保改變轉矩方向所需的所有運行和過程的邏輯序列。轉矩方向還可以在需要通過參數停用。 |
選通裝置 | 選通裝置為與線路供電電壓同步的電源部分晶閘管生成觸發脈沖。同步與速度和電子器件供電無關，在電源部分感測。觸發脈沖的時序由電流控制器和預控制的輸出值限定。可以用參數設置觸發角度限制。 在 45 到 65 Hz 頻率范圍上，選通裝置會自動適應實際工頻。 |
勵磁電路上的閉環控制功能 | |
EMF 控制器 | EMF 控制器會對 EMF（感應電機電壓）的設定值和實際值進行對比，并為勵磁電流控制器輸入設定值。因此，這允許弱磁控制，其取決于 EMF。 |
勵磁電流控制器 | 勵磁電流控制器是一個 PI 控制器 - 其中 Kp 及 Tn 可以獨立設置它還可以作為純 P 或純 I 控制器運行。預控制功能與勵磁電流控制器同時運行。其作為電流設定值和線路供電電壓的函數計算和設置用于勵磁電路的觸發角度。預控制支持電流控制器，可以確保勵磁電路具有適當的動態性能。 |
選通裝置 | 選通裝置為與位于勵磁電路線路供電電壓同步的電源部分晶閘管生成觸發脈沖。同步在電源部分檢測，因此與電子器件的電源無關。觸發脈沖的時序由電流控制器和預控制的輸出值限定。可以用參數設置觸發角度限制。在 45 到 65 Hz 頻率范圍上，選通裝置會自動適應實際線路供電電壓。 |
驅動器組件之間的通訊 | |
DRIVE-CLiQ | SINAMICS 組件之間的通訊使用標準的內部 SINAMICS 接口 DRIVE-CLiQ（Drive Component Link with IQ的縮寫，使用 IQ 連接驅動器組件）實現。這就把控制裝置與所連接的驅動器組件（例如直流變頻器、終端模塊等）進行了耦合。 DRIVE-CLiQ 可以為所有 SINAMICS 驅動器提供標準數字接口。這就使驅動器功能可以實現模塊化，并因此為提高了定制解決方案的靈活性（允許電源和智能性分開處理）。 DRIVE-CLiQ 硬件基于工業以太網標準，使用雙絞線。DRIVE-CLiQ線路可以提供發送和接收信號功能，以及 24V 供電。 設定值和實際值、控制命令、狀態反饋信號和驅動器組件的電子額定銘牌數據都通過 DRIVE-CLiQ 傳輸。DRIVE-CLiQ 電纜必須使用原裝的西門子電纜。由于具有特殊的傳輸和阻尼特性，只有這些電纜能夠確保系統功能良好。 |
SINAMICS Link | SINAMICS Link 使多個控制裝置（2 到 64 個）可以直接交換數據。不需要更高等級的主設備。 以下控制裝置支持 SINAMICS Link：
為了使用 SINAMICS Link，所有的控制裝置都必須配備 CBE20 通訊板（選件 G20）。 此外，高級 CUD 還需要一塊存儲卡（選件 S01、S02）。通訊可以是同步（僅 CU320-2）或非同步的，也可以是兩者的組合形式。每個參與的裝置都可以發送和接收zui多 16 個過程數據字。 例如，SINAMICS Link 可以用于以下應用：
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