1. 项目基本信息

Basic Project Information

       汽车总装物流自动化系统，系统中使用了西门子的CPU319F、ET200s、G120、Comfort Panel。升降机设备使用的变频器是西门子G120：CU250S-2PN （6SL3246-0BA22-1FA0），PM240  45kw （6SL3224-0BE33-7UA0）

下图为总装厂内饰线物流设备和系统网络结构图： 

图1系统网络结构图

2. 问题描述

Problem description

        用户反映有以下几个问题：

        问题一：总装厂内饰4线的升降机有时会出带车身下降无法快速减速的现象，升降机会快速下滑，类似于失速，目前通过降低升降机的速度可以暂时使用。

        问题二：升降机下到位停止时，车盘抖动剧烈。

        升降机的功能是将车身从二层下放到一层（图2），升降机下降时，变频器最高输出频率运行在50Hz，遇到减速开关时输出频率设为8Hz，遇到到位开关时，变频器给停车命令，同时抱闸将电机抱死。

        现场观察发现：经常出问题的升降机在空车盘运行时，不会出现用户描述的问题一现象，下降到位停止时，车盘上下晃动较大。当车盘带车身下降时，遇到减速开关不能快速减速到8Hz，车盘直接撞到硬限位开关，电机抱闸将电机抱死。在此过程中，变频器不报警。

图2 升降机设备

3. 问题分析

Problem Analysis

问题一：升降机不能快速减速，且变频器不报错

1) 升降机下放重物，电机工作在发电状态，变频器应禁用Vdmax控制器，启用能耗制动，利用变频器集成的制动单元和外部制动电阻消耗能量。检查变频器接线，尤其是制动电阻的接线是否正确。检查变频器参数设置P1240/P1280，是否禁用Vdmax控制器。检查P219制动功率设置是否正确。

2) 考虑制动电阻的制动功率是否合适。

3) 实际速度与设定速度不一致时，变频器默认设置可以报A7903，且作为状态字Bit8通过通讯报文返回给PLC。需检查报警记录，并检查G120的Speed Message设置。

问题二：升降机下放到位停止时抖动

1) 考虑是否是变频器控制性能问题导致抖动。需要测试变频器从50Hz输出减速到0Hz输出（ON命令保持），观察升降机的稳定性。装置是否动态优化。

2) 考虑抱闸逻辑及机械影响。需要测试在变频器零速输出时，先抱闸再给停车命令。

4. 问题处理步骤

Problem Solving Steps

1）检查变频器接线和制动电阻接线，正确。变频器参数设置P1240=0、P1280=0，Vdmax控制器已经禁用。

2）变频器以50Hz设定值运行时，其运行曲线见图3。当速度设定值（红线）迅速下降时，编码器反馈的速度实际值（黄线）缓慢下降，直到碰到硬限位开关，电机抱闸抱紧，实际速度才变为0。图3中，设备在加速和减速转折点处的功率（浅蓝线）最大，但在减速过程中一直被限制在-13.75kw左右，且减速转折点处的输出转矩（深黄线）只有-90Nm左右。

图3 闭环矢量控制 输出频率50Hz P1531=-13.75kw

采用矢量闭环控制方式时，其转矩输出除了受转矩上下限影响以外，还受电流限制值和功率限制值影响（图4）。检查P1530和P1531（图5），P1531=-13.75kw。因此可以判断：在下降过程中，变频器受功率限制值的影响，转矩输出被限制。

图4 转矩限制                                       图5功率限制

3）用户提到的在降低输出频率（40Hz）的情况下，不会出现速度减不下来的问题。图6为闭环矢量控制，设定频率为40Hz，P1531=-13.75kw时的运行曲线，功率（浅蓝线）仍被限制在-13.75kw左右，当设定速度（红线）下降时，实际速度（黄线）其实并不能很好的跟随减速，主要原因还是功率限制影响了转矩输出，但速度降低以后刚好输出转矩可以满足负载要求，因此速度再次受控，不会表现出明显的速度不受控现象。

图6闭环矢量控制 频率输出40Hz P1531=-13.75kw

4）图7为V/F控制方式下，输出频率50Hz，P1531=-13.75kw时的运行曲线。此时的功率（浅蓝线）不受P1531的限制，在减速转折点处功率达到-22kw左右，转矩输出（深黄线）达到-155Nm左右，因此，在闭环矢量控制时，应设置P219>22kw（P1531会自动设置为-P219）。

图7 V/F控制方式 输出频率50Hz P1531=-13.75kw

5）为电机做静态优化和带编码器的动态优化，由于升降机的驱动电机是一用一备，因此可以切换到备用电机上做动态优化，并将原来电机的编码器线安装到备用电机上，注意在Scout中设置P410=1，将编码器方向取反。做动态优化时，需要强制抱闸打开。优化完毕后将电机和编码器接线恢复，并设置P410=0，P219=25kw，参数上传保存，并copy RAM to ROM。图8为修改参数后变频器的运行曲线，在减速转折点附近的功率（浅蓝线）达到-20kw，转矩输出达到-150Nm左右。

图8 闭环矢量控制 输出频率50Hz P1531=-25kw

6）为了进一步确认P1531对闭环矢量控制下转矩输出的影响，设置P1531=-10kw（图9）。当设定频率为50Hz时，功率（浅蓝线）被限制在-10kw，转矩输出（深黄线）被限制在-62Nm左右，电机失速（实际速度大于最大速度限制值1500rpm），报故障F7902，变频器OFF2停车，电机抱闸抱死。因此功率限制值P1530、P1531的设置限制了闭环矢量控制的转矩输出。

图9 闭环矢量控制 输出频率50Hz P1531=-10kw

7）在Scout中在线查看G120的Alarm History，当出现实际速度与设定速度相差很大的情况时，变频器报警A7903，但在变频器屏幕上没能及时看到此报警，因为出现的时间太短（小于1秒），但是报警点已经通过通讯报文状态字1的bit8返回给了PLC（图10），用户并没有使用此位参与控制抱闸。用户希望此报警直接变成故障输出。设置参数P2106=2197.7，利用此点激活外部故障1（F7860），变频器停止输出，电机抱闸抱死。图11为设置外部故障参数前变频器运行曲线，图12为设置外部故障后的运行曲线。

图10速度监控

图11实际速度（黄线）与设定速度（红线）差值大于P2163+P2164（150rpm+15rpm），超过P2166（200ms），抱闸无动作。

图11 设置P2106=2197.7之前

图12实际速度（黄线）与设定速度（红线）差值大于P2163+P2164（150rpm+15rpm），超过P2166（200ms），变频器停止输出，电机抱闸抱死。

图12 设置P2106=2197.7之后

8）升降机下降到位时，车盘上下抖动。首先，测试在变频器输出从50Hz减速到0Hz时的稳定性。当车盘遇到减速开关时，控制其直接减速到0Hz，On命令始终接通，图13为测试曲线，图中可以看出设定速度（红线）从高速减到0rpm时，实际速度（黄线）只在接近0rpm时经过了一个波谷（偏差<20rpm）就稳定在0rpm了，考虑到减速箱的减速比为1475/41，这个波动几乎无法察觉。变频器在0rpm时输出转矩（紫线）为110Nm左右，可以将车盘稳稳悬停。因此车盘抖动不是变频器闭环矢量控制参数的问题。

图13闭环矢量控制 0rpm输出测试

9）用户的抱闸是由PLC输出直接控制的，当变频器ON命令保持，0rpm输出时，强制抱闸输出抱紧电机时，车盘不晃动，说明抖动不是机械上的问题。需要用户查看抱闸控制逻辑，并注意抱闸动作所需时间。

10）检查用户关于变频器控制部分的程序FB101（图14）。当变频器既没有正转命令又没有反转命令时，PLC发给变频器的控制字为16#476，也就是说当车盘下降到位或上升到位时，变频器接收到的控制字为16#476（2#0000 0010 0111 0110），即PLC控制变频器OFF1停车(bit0）并脉冲封锁（bit3）。因此，在车盘下到位停止时，变频器得到脉冲封锁命令，变频没有转矩输出。变频器停止时速度设定值（红线）直接变为0，没有按P1121（2秒）斜坡下降，转矩输出（深黄线）直接变为0。车盘相当于自由停车，此时抱闸刚刚开始动作还没有抱紧，因此车盘下降速度（黄线）突然增大，而后抱闸抱紧，车盘停止，实际速度变为0rpm。

图14 PLC控制逻辑

图15抱闸曲线

用户需要修改此段程序，将停止命令改为16#47E，再根据抱闸动作所需时间，修改抱闸控制逻辑。

5. 处理结果

Final Result

问题一：升降机下降无法快速停车，且变频器不报错问题已经通过测试1-7找到根源并解决。问题关键点是：

1）P219参数设置，该参数直接影响P1531，设置P219=25kw（P1531=-25kw）。

2）矢量控制方式下，变频器需要静态优化和动态优化。

3）P2106=2197.7，实际速度与设定速度偏差过大时，激活外部故障1（F7860）。

问题二：车盘下降到位时上下抖动问题已经通过测试8-10找到，需要用户修改停车方式，理清抱闸逻辑。问题关键点是：

1）升降机正常停止时，PLC不能给变频器脉冲封锁命令，会直接导致变频器没有转矩输出，相当于自由停车，在抱闸完全抱紧之前，车盘必然会下滑。

2）抱闸动作时间与OFF1停车命令的配合逻辑需要用户自己理清。用户反馈：将变频器停止命令修改为16#047E，并使用G120的brake control抱闸控制点（变频器通讯状态字1 bit12）控制抱闸动作，车盘到位时不再抖动。