V20变频器PID控制恒压供水操作指南

1.硬件接线
西门子基本型变频器 SINAMICS V20 可应用于恒压供水系统，本文提供具体的接线及简单操作流程。
通过BOP设置固定的压力目标值，使用 4~20mA管道压力反馈仪表构成的PID控制恒压供水系统的接线如下图所示：

图1-1.V20变频器用于恒压供水典型接线 

2调试步骤

2.1 工厂复位

当调试变频器时，建议执行工厂复位操作：
    P0010 = 30
    P0970 = 1
    (显示50? 时 按下OK按钮选择输入频率，直接转至P304进入快速调试。)

2.2 快速调试

表2-1 快速调试参数操作流程

参数	功能	设置
P0003	访问级别	=3 （专家级）
P0010	调试参数	= 1 （快速调试）
P0100	50 / 60 Hz 频率选择	根据需要设置参数值： =0: 欧洲 [kW] ， 50 Hz （工厂缺省值） =1: 北美 [hp] ， 60 Hz
P0304[0]	电机额定电压 [V]	范围： 10 ... 2000 说明：输入的铭牌数据必须与电机接线 （星形 / 三角形）一致
P0305[0]	电机额定电流 [A]	范围： 0.01 ... 10000 说明： 输入的铭牌数据必须与电机接线 （星形 / 三角形）一致
P0307[0]	电机额定功率 [kW / hp]	范围： 0.01 ... 2000.0 说明： 如 P0100 = 0 或 2 ，电机功率              单位为 [kW]         如 P0100 = 1 ，电机功率单位为 [hp]
P0308[0]	电机额定功率因数（ cosφ ）	范围： 0.000 ... 1.000 说明： 此参数仅当 P0100 = 0 或 2 时可见
P0309[0]	电机额定效率 [%]	范围： 0.0 ... 99.9 说明： 仅当 P0100 = 1 时可见 此参数设为 0 时内部计算其值。
P0310[0]	电机额定频率 [Hz]	范围： 12.00 ... 599.00
P0311[0]	电机额定转速 [RPM]	范围： 0 ... 40000
P0314[0]	电机极对数	设置为0时内部计算其值。
P0320[0]	电机磁化电流[%]	定义相对于电机额定电流的磁化电流。 设置为0时内部计算其值。
P0335[0]	电机冷却	根据实际电机冷却方式设置参数值 = 0: 自冷（工厂缺省值） = 1: 强制冷却 = 2: 自冷与内置风扇 = 3: 强制冷却与内置风扇
P0507	应用宏	=10: 普通水泵应用
P0625	电机环境温度	范围： -40... 80℃（工厂设置20）
P0640[0]	电机过载系数 [%]	范围： 10.0 ... 400.0 （工厂缺省值： 150.0 ） 说明： 该参数相对于 P0305 （电机额定电          流）定义电机过载电流极限值。建议          保留工厂缺省值。
P0700	选择命令源	= 2: 端子启动
P0717	连接宏	=8: PID 控制与模拟量参考组合
P0727	2/3线控制方式选择	=0: 西门子标准控制（启动 / 方向）
P1000[0]	频率设定值选择	=0: 无主设定值
P1080[0]	最小频率 [Hz]	范围： 0.00 … 599.00 （工厂缺省值： 0.00 ） 说明： 此参数中所设定的值对正转和反转             都有效。 例如可设置为30Hz。
P1082[0]	最大频率 [Hz]	范围： 0.00 … 599.00 （工厂缺省             值： 50.00 ） 说明： 此参数中所设定的值对正转和反转             都有效。
P1120[0]	斜坡上升时间 [s]	范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省                   值： 10.00 ） 说明： 此参数中所设定的值表示在不使用              圆弧功能时使电机从停车状态加速              至电机最大频率（ P1082 ）所需的              时间。
P1121[0]	斜坡下降时间 [s]	范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省             值： 10.00 ） 说明： 此参数中所设定的值表示在不使用              圆弧功能时使电机从电机最大频率            （ P1082 ）减速至停车状态所需的              时间。
P1135[0]	OFF3 斜坡下降时间	范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省值： 5.00 ）
P1300[0]	控制方式	= 0: 具有线性特性的 V/f 控制（潜水泵适用） = 2: 具有平方特性的 V/f 控制 （离心循环泵        适用）
P1900	电机识别	= 0 : 暂时跳过电机辨识
P3900	快速调试结束	= 3: 仅对电机数据结束快速调试 说明： 在计算结束之后， P3900 及 P0010 自动复位至初始值0 。 变频器显示 “8.8.8.8.8” 表明其正在执行 内部数据处理。
P1900	选择电机数据识别	= 2: 静止时识别所有参数
此时变频器屏幕出现三角报警符号。报警号A541。 此时通过端子启动变频器，开始电机数据识别，待报警符号消失后， 电机识别完成。

 
  
 

2.3 输入输出端子相关参数设置

2.3.1 DI端子设置
            P0700[0]＝2             端子启动
            P0701[0]＝1             DI1 作为启动信号
            P0703[0]＝9             DI3作为故障复位

2.3.2 DO端子设置
            P0731[0]＝52.2             DO1设置为运行信号
            P0732[0]＝52.3             DO2设置为故障信号
            P0748.1＝1                   DO2作为故障输出，有故障时NO触点闭合，
                                                  无故障时NO触点断开。

2.3.3 AI端子设置
            P0756[0] ＝2             模拟量输入通道1，电流信号
            P0757[0] ＝4             模拟量输入通道1定标X1=4mA
            P0758[0] ＝0             模拟量输入通道1定标Y1=0%
            P0759[0] ＝20           模拟量输入通道1定标X2=20mA
            P0760[0] ＝100         模拟量输入通道1定标Y2=100%
            P0761[0] ＝4             模拟量输入通道1死区宽度4mA

2.3.4 AO端子设置
            P0771[0]＝21            模拟量输出通道1，设置为实际频率输出
            P0773[0]＝50            模拟量输出通道1，滤波时间50ms
            P0777[0]＝0              模拟量输出通道 定标X1=0%
            P0778[0]＝4              模拟量输出通道 定标Y1=4mA
            P0779[0]＝100          模拟量输出通道 定标X2=100%
            P0780[0]＝20            模拟量输出通道 定标Y2=20mA
            P0781[0]＝4              模拟量输出通道死区宽度4mA

2.4 PID恒压控制功能调试
            P2200[0]＝1             使能PID控制器
            P2240[0]＝X             依用户需求设置压力设定值的百分比
            P2253[0]＝2250        BOP作为PID目标给定源
            P2264[0]＝755.0       PID反馈源于模拟通道1
            P2265＝1                  PID反馈滤波时间常数
            P2274＝0                  微分时间设置。通常微分需要关闭，设置为0
            P2280＝P参数          比例增益设置（需要根据现场调试）
            P2285＝I参数           积分时间设置（需要根据现场调试）

2.5 其他可选功能

2.5.1 斜坡启动、自由停车 设置
            P0701[0]＝99             端子DI1使用BICO连接功能
            P0840[0]＝722.0        端子DI1设置为启动功能
            P0852[0]＝722.0        端子DI1设置为脉冲使能

2.5.2 使用2线制压力反馈仪表的接线

图2-1 压力反馈使用2线制仪表的接线

2.5.3 休眠功能
V20变频器具有简单休眠功能：当需求频率低于阈值时电机停转，当需求频率高于阈值时电机启动。

图2-2 简单休眠模式下要求的响应

            P2365[0]＝1 休眠使能 / 禁止 此参数使能或禁止休眠功能。
            P2366[0]＝t1 电机停止前的延迟 [s] 在休眠使能的情况下，此参数
                                   定义变频器进入休眠模式之前的延迟时间。
                                   范围： 0 ... 254 （工厂缺省值： 5 ）
            P2367[0]＝t2 电机启动前的延迟 [s] 在休眠使能的情况下，此参数定义变频器
                                    退出休眠模式之前的延迟时间。
                                    范围： 0 ... 254 （工厂缺省值： 2 ）

2.5.4捕捉启动功能
        水泵启动前可能处在自由旋转状态，为避免启动时出现过电流，可设置捕捉启动功能：

            P1200＝1             始终激活捕捉启动 双方向有效；
            P1202[0]＝50      以电机额定电流P305表示的搜索电流大小。
            P1203[0]＝100    最大600ms的搜索时间

2.5.5 BOP设置目标值记忆
            P2231[0]＝1 设定值存储激活

 

3常见故障和报警

表3-1 常见故障及处理

故障代码	故障分析	诊断及处理
F1 过电流	• 电机功率（ P0307 ）与    变频器功率（ r0206 ）    不一致 • 电机导线短路 • 接地故障 r0949 = 0 ： 硬件报告 r0949 = 1 ： 软件报告	检查下列各项： • 电机功率（ P0307 ）必须与变频器功率（ r0206 ）一致 • 电缆长度不得超过允许的极限值 • 电机电缆和电机内部不得有短路或    接地故障 • 电机参数必须与实际使用的电机相配 • 定子电阻值（ P0350 ）必须正确误 • 电机不得出现堵转或过载现象 • 增大斜坡上升时间（ P1120 ） • 减小启动提升强度（ P1312 ）
F2 过电压	• 电源电压过高 • 电机处于再生模式 r0949 = 0 ： 硬件报告 r0949 = 1 或 2 ： 软件报告	检查下列各项： • 电源电压（ P0210 ）必须在铭牌规定的    范围以内 • 斜坡下降时间（ P1121 ）必须与负载惯量    相匹配 • 需要的制动功率必须处于规定范围内。 • Vdc 控制器必须使能（ P1240 ）且参数    设置正确 说明： 斜坡下降过快或者电机由激活负载驱动 可能导致电机处于再生模式。 惯量越高，需要的斜坡时间越长；否则 需连接制动电阻。
F3 欠电压	• 电源故障。 • 冲击负载超过了规定的    限定值 r0949 = 0 ： 硬件报告 r0949 = 1 或 2 ： 软件报告	检查电源电压。
F4 变频器 过热	• 变频器过载 • 通风不足 • 脉冲频率过高 • 环境温度过高 • 风扇不工作	检查下列各项： • 负载或负载循环是否过高？ • 电机功率（ P0307 ）必须匹配变频器    功率（ r0206 ）。 • 脉冲频率必须设为缺省值 • 环境温度是否过高？ • 变频器运行时风扇必须旋转
F5 变频器 I 2 t	• 变频器过载。 • 负载循环需求过高。 • 电机功率（ P0307 ）超过    变频器功率（ r0206 ）	检查下列各项： • 负载循环必须处于规定范围内。 • 电机功率（ P0307 ）必须匹配变频器    功率（ r0206 ）。
F6 芯片温度超过临界值	电机过载	检查下列各项： • 负载或负载阶跃是否过高？ • 电机标称过热参数（ P0626 - P0628 ）    必须设置正确 • 电机温度报警阈值（ P0604 ）必须匹配
F20 直流波动过高	计算出的直流波动阈值已超过安全阈值。 这通常是因为电源输入的一相丢失引起的	检查电源接线
F41 电机数据识别故障	电机数据识别故障。 • r0949 = 0 ： 无负载 • r0949 = 1 ： 识别中达到   电流极限值 • r0949 = 2 ： 识别出的   定子电阻小于 0.1% 或   大于100% • r0949 = 30 ： 电压极限值   时的电流控制器 • r0949 = 40 ： 识别出的   数据   集不一致，至少一个识别   故障基于阻抗   Zb = Vmot,nom / sqrt(3) /   Imot,nom 的百分比值	检查下列各项： • r0949 = 0 ： 电机是否已连接到变频器？ • r0949 = 1 - 49 ： P0304 - P0311 中的   电机数据是否正确？ • 检查需要的电机接线类型（星形，   三角形连接）
F221 PID 反馈 信号低于最小值	PID 反馈信号低于最小值P2268	• 更改 P2268 的值 • 调整反馈增益
F222 PID 反馈 信号高于最大值	PID 反馈信号高于最大值P2267	• 更改 P2267 的值 • 调整反馈增益

  

表3-1 常见报警及处理

报警代码	报警分析	诊断及处理
A501 电流极限值	• 电机功率与变频器功率不一致 • 电机导线太长 • 接地故障	检查下列各项： 参见 F1
A502 过电压 极限值	达到过电压极限值。 如果 禁止Vdc控制器( P1240 = 0 ) , 则该报警可能在斜坡下降时出现	如该报警总是显示，请检查变频器输入电 压
A503 欠电压 极限值	• 电源故障。 • 电源电压及直流母线电压（ r0026 ）低于规定极限值	检查电源电压
A504 变频器过热	已超过变频器散热器温度的报警阈 值、芯片结温的报警阈值，或芯片 结点上的温度可允许变化值，从而 导致脉冲频率降低和 / 或输出频率 降低（取决于 P0290 中的参数设 置）	说明： r0037 = 0 ： 散热器温度 r0037 = 1 ： 芯片结温（包括散热器） 检查下列各项： • 环境温度必须处于规定极限值内 • 负载条件及负载阶跃必须恰当 • 变频器运行时风扇必须旋转
A505 变频器 I 2 t	已超出报警阈值，如已设置相应参 数（ P0610 = 1 ）则电流会降低	检查负载循环是否处于规定极限值内
A506 IGBT 结温升高报警	过载报警。 散热器和 IGBT 结温的差值超出报警极限值	检查负载阶跃及冲击负载是否在规定极限值内
A507 变频器温度信号丢失	变频器散热器温度信号丢失 ; 传感器可能脱落	联系技术服务部门或更换变频器
A511 电机过热  I 2 t	• 电机过载。 • 负载循环或负载阶跃过高	无论是哪种温度确定形式，都应检查下列各项： • P0604 电机温度报警阈值 • P0625 电机环境温度 • 检查铭牌数据是否正确。 不正确的   话，进 行快速调试。 通过执行电机   数据识别 （ P1900 = 2 ），可获得   准确的等效电路 数据。 • 检查电机重量（ P0344 ）是否   合理。 有必 要的话，更换电机。 • 如电机非西门子标准电机，则通过    P0626 、 P0627 及 P0628 改变   标准过热温度
A541 电机数据 识别激活	电机数据识别（ P1900 ）已选择或 正在运行
A910 Vdc-max 控制器被禁止	可能在以下情况下出现 • 电源电压（ P0210 ）持续   过高。 • 电机由激活负载驱动，从而   使 电机进入再生模式。 • 斜坡下降时，在很高的   负载惯 量下。 如果在变频器待机（输出脉冲禁 止）时出现报警 A910 并且随后给 出 ON 命令，则在排除 A910 报警 原因之前不会激活 Vdc-max 控制 器（ A911 ）	检查下列各项： • 输入电压处于范围内 • 负载必须匹配 • 在某些情况下，使用制动电阻
A911 Vdc-max 控制器 激活	Vdc-max 控制器的作用是保持直流 母线电压（ r0026 ）低于 r1242 中 定义的阈值	检查下列各项： • 电源电压必须在铭牌规定的   范围以内 • 斜坡下降时间（ P1121 ）必须与   负载惯量相匹配 说明： 惯量越高，需要的斜坡时间越长； 否则需连接制动电阻
A912 Vdc-min 控制器 激活	如果直流母线电压（ r0026 ）低于 r1246 中定义的阈值，则 Vdc-min 控制器会被激活； 此后，电机的动能用来缓冲直流母 线电压，从而使变频器减速。 因 此短路故障不一定会引起欠电压跳 闸。 请注意该报警可能在快速斜坡上升 时出现
A922 变频器无负载	变频器无负载。 因此，在常规负载条件下， 某些功能可能无法实现	检查电机是否连到变频器

 关键词
V20，恒压，PID