西门子变频器以其强大的品牌效应，打破了以前日本品牌变频器在中国市场上的垄断地位，据有关专业市场调研构的统计，西门子的高低压变频器在中国市场上已****。
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西门子变频器在中国市场的使用早是在钢铁行业，
西门子变频器（图1）
然而在当时电机调速还是以直流调速为主，变频器的应用还是一个新兴的市场，但随着电子元器件的不断发展以及控制理论的不断成熟，变频调速已逐步取代了直流调速，成为驱动产品的主流，西门子变频器因其强大的品牌效应在这巨大的中国市场中取得了**规模的发展，西门子在中国变频器市场的成功发展应该说是西门子品牌与技术的**结合。在中国市场上我们能碰到的早期的西门子变频器主要有电流源的SIMOVERT A,以及电压源的SIMOVERT P，这些变频器也主要由于设备的引进而一起进入了中国的市场，目前仍有少量的使用，而其后在中国市场大量销售的主要有MICRO MASTER和MIDI MASTER,以及西门子变频器为成功的一个系列SIMOVERT MASTERDRIVE,也就是我们常说的6SE70系列。它不仅提供了通用场合使用的AC变频器，也提供了在造纸，化纤等特殊行业要求使用的多电机传动的直流母线方案。当然西门子也推出了在我个人看来技术上比较失败然而在市场上却相当成功的ECO变频器，在技术上的失败主要是由于它有太高的故障率，市场上的成功主要是因为它追赶了富士变频器成为中国市场的品牌。现在西门子在中国市场上的主要机型就是MM420，MM440.6SE70系列。
变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，
西门子变频器（图2）
使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。
控制方式：即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。
低运行频率：即电机运行的小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。
高运行频率：一般的变频器大频率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高频率将使电机高速运转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的**额定转速运行，电机的转子是否能承受这样的离心力。
载波频率：载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。
电机参数：变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。
跳频：在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避免压缩机的喘振点。
变频器日常使用中出现的一些问题，很多情况下都是因为变频器参数设置不当引起的。西门子变频器可设置的参数有几千个，只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性能。
[1]
变频器控制方式的选择由负荷的力矩特性所决定，电动机的机械负载转矩特性根据下列关系式决定：
p= t n/ 9550
式中：p——电动机功率(kw)
t——转矩(n. m)
n——转速(r/ min)
转矩t与转速n的关系根据负载种类大体可分为3种[2]。
(1)即使速度变化转矩也不大变化的恒转矩负载，此类负载如传送带、起重机、挤压机、压缩机等。
(2)随着转速的降低，转矩按转速的平方减小的负载。此类负载如风机、各种液体泵等。
(3)转速越高，转矩越小的恒功率负载。此类负载如轧机、机床主轴、卷取机等。
变频器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制。v/f控制中有线性v/f控制、抛物线特性v/f控制。将变频器参数p1300设为0，变频器工作于线性
v/f控制方式，将使调速时的磁通与励磁电流基本不变。适用于工作转速不在低频段的一般恒转矩调速对象。
将p1300设为2，变频器工作于抛物线特性v/f控制方式，这种方式适用于风机、水泵类负载。这类负载的轴功率n近似地与转速n的3次方成正比。其转矩m近似地与转速n的平方成正比。对于这种负载，如果变频器的v/f特性是线性关系，则低速时电机的许用转矩远大于负载转矩，从而造成功率因数和效率的严重下降。为了适应这种负载的需要，使电压随着输出频率的减小以平方关系减小，从而减小电机的磁通和励磁电流，使功率因数保持在适当的范围内。
可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将p1312在0至250之间设置合适的值，具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问题。适用于大起动转矩的调速对象。
变频器v/f控制方式驱动电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽度，当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。从p1091至p1094可以设定4个不同的跳转点，设置p1101确定跳转频带宽度。
有些负载在特定的频率下需要电机提供特定的转矩，用可编程的v/f控制对应设置变频器参数即可得到所需控制曲线。设置p1320、p1322、p1324确定可编程的v/f特性频率座标，对应的p1321、p1323、p1325为可编程的v/f 特性电压座标。
参数p1300设置为20，变频器工作于矢量控制。这种控制相对完善，调速范围宽，低速范围起动力矩高，精度高达0.01%，响应很快，高精度调速都采用svpwm矢量控制方式。
参数p1300设置为22，变频器工作于矢量转矩控制。这种控制方式是目前国际上先进的控制方式，其他方式是模拟直流电动机的参数，进行保角变换而进行调节控制的，矢量转矩控制是直接取交流电动机参数进行控制，控制简单，精确度高。
操作人员必须熟悉西门子变频器的基本工作原理、功能特点，
西门子变频器（图3）
具有电工操作常识。在对变频器日常维护之前，必须保证设备总电源全部切断；并且在变频器显示完全消失的3-30分钟（根据变频器的功率）后再进行。应注意检查电网电压，改善变频器、电机及线路的周边环境，定期清除变频器内部灰尘，通过加强设备管理大限度地降低变频器的故障率。
1、冷却风扇
变频器的功率模块是发热严重的器件，其连续工作所产生的热量必须要及时排出，一般风扇的寿命大约为20kh～40kh。按变频器连续运行折算为3～5年就要更换一次风扇，避免因散热不良引发故障。
2、滤波电容
中间电路滤波电容：又称电解电容，该电容的作用：滤除整流后的电压纹波，还在整流与逆变器之间起去耦作用，以消除相互干扰，还为电动机提供必要的无功功率，要承受较大的脉冲电流，所以使用寿命短，因其要在工作中储能，所以必须长期通电，它连续工作产生的热量加上变频器本身产生的热量都会加速其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。
3、防腐剂的使用
因一些公司的生产特性，各电气mcc室的腐蚀气体浓度过大，致使很多电气设备因腐蚀损坏（包括变频器）。
为了解决以上问题可安装一套空调系统，用正压新鲜风来改善环境条件。为减少腐蚀性气体对电路板上元器件的腐蚀，还可要求变频器生产厂家对线路板进行防腐加工，维修后也要喷涂防腐剂，有效地降低了变频器的故障率，提高了使用效率。
4、给变频器除尘：变频器根据使用环境的不同，应定期检查散热通道、及电路板中有无积累灰尘，一般每半年清理一次，至少也要一年清理一次，以确保变频器散热良好，使其避免因散热不良而引发故障。
在保养的同时要仔细检查变频器，定期送电，带电机工作在2hz 的低频约10分钟，以确保变频器工作正常。
由于西门子变频器在中国市场的一个庞大的销售量，在使用中必然会碰到许多问题，以下就西门子变频器的一些常见故障在这里说明：
西门子变频器应该是进入中国市场较早的一个品牌，
西门子变频器（图4）
所以有些老的产品象MICRO MASTER ,MIDI MASTER仍有大量的用户在使用。对于MICRO MASTER系列变频器常见的故障就是通电无显示，该系列变频器的开关电源采用了一块UC2842芯片作为波形发生器，该芯片的损坏会导致开关电源无法工作，从而也无法正常显示，此外该芯片的工作电源不正常也会使得开关电源无法正常工作。对于MIDI MASTER系列变频器较常见的故障主要有驱动电路的损坏，以及IGBT模块的损坏，MIDI MASTER的驱动电路是由一对对管去驱动IGBT模块的，而这对管也是容易损坏的元器件，损坏原因常由于IGBT模块的损坏，而导致高压大电流窜入驱动回路，导致驱动电路的元器件损坏。
对于6SE70系列变频器，由于质量较好，故障率明显降低，经常会碰到的故障现象有（直流电压低），由于是直接通过电阻降压来取得采样信号，所以故障F008的出现主要是由于采样电阻的损坏而导致的。此外，还会碰到F025、F026、F027关于输入相缺失的报警，故障原因一是由于6SE70系列本身带有输入相检测功能，输入检测电路的损坏会导致输入缺相报警，如排除此故障原因，报警信号还不能消除，那故障很有可能就是CU板的损坏了。此外F011（过电流）故障也是一个常见的故障，电流传感器的损坏是引起此故障的原因之一，此外，在维修中经常会碰到驱动电路和开关电源上的一些贴片的滤波电容的损坏也会引起F011报警，要特别注意由于这种原因而引起的故障报警。
对于ECO的变频器，碰到多的就是电源板的烧坏以及功率模块的损坏，引起的原因也主要是由于强电侧（功率模块）与弱电侧（驱动电路）没有隔离电路，导致强电进入了控制电路，引起驱动电路及开关电源大面积烧坏，此外预充电回路损坏也是常见故障（30KW以上），由于限流回路设计在交流输入侧，只要有三相交流电源任意一路送电时有时序上的**前和滞后，都有可能引起自身一路或其余两路充电时电流过大，而使得限流电阻和切入继电器烧毁。F231故障也是ECO变频器的一种常见故障，引起原因就是因为采样电阻的损坏。
西门子变频器故障分析及处理方法：
一般来说，当遇到西门子变频器故障时，再上电之前首先要用万用表检查一下整流桥和IGBT模块有没有烧，线路板上有没有明显烧损的痕迹。
具体方法是：用万用表（好是用模拟表）的电阻1K档，黑表棒接变频器的直流端(-)较，用红表棒分别测量变频器的三相输入端和三相输出端的电阻，其阻值应该在5K-10K之间，三相阻值要一样，输出端的阻值比输入端略小一些，并且没有充放电现象。然后，反过来将红表棒接变频器的直流端(+)较，黑表棒分别测量变频器三相输入端和三相输出端的电阻，其阻值应该在5K-10K之间，三相阻值要一样，输出端的阻值比输入端略小一些，并且没有充放电现象。否则，说明模块损坏。这时候不能盲目上电，特别是整流桥损坏或线路板上有明显的烧损痕迹的情况下尤其禁止上电，以免造成更大的损失。
如果以上测量西门子变频器故障结果表明模块基本没问题，可以上电观察。
1、上电后面板显示[F231]或[F002](MM3变频器)，这种故障一般有两种可能。常见的是由于电源驱动板有问题，也有少部分是因为主控板造成的，可以先换一块主控板试一试，否则问题肯定在电源驱动板部分了。
2、上电后面板无显示(MM4变频器)，面板下的指示灯[绿灯不亮，黄灯快闪]，这种现象说明整流和开关电源工作基本正常，问题出在开关电源的某一路不正常(整流二极管击穿或开路，可以用万用表测量开关电源的几路整流二极管，很容易发现问题。换一个相应的整流二极管问题就解决了。这种问题一般是二极管的耐压偏低，电源脉动冲击造成的。
3、有时显示[F0022,F0001,A0501]不定(MM4)，敲击机壳或动一动面板和主板时而能正常，一般属于接插件的问题，检查一下各部位接插件。也发现有个别机器是因为线路板上的阻容元件质量问题或焊接不良所致。
4、上电后显示[-----](MM4)，一般是主控板问题。多数情况下换一块主控板问题就解决了，一般是因为外围控制线路有强电干扰造成主控板某些元件（如帖片电容、电阻等）损坏所至，或与主控板散热不好也有一定的关系。但也有个别问题出在电源板上。
5、上电后显示正常，一运行即显示过流。[F0001](MM4)[F002](MM3)即使空载也一样，一般这种现象说明IGBT模块损坏或驱动板有问题，需更换IGBT模块并仔细检查驱动部分后才能再次上电，不然可能因为驱动板的问题造成IGBT模块再次损坏！这种问题的出现，一般是因为变频器多次过载或电源电压波动较大(特别是偏低)使得变频器脉动电流过大主控板CPU来不及反映并采取保护措施所造成的。
总结以上，大的原器件如IGBT功率模块出问题的比例倒是不多，因为一些低端的简单原器件问题和装配问题引发的故障比例较多，如果有图纸和零件，这些问题便不难解决而且费用不高，否则解决这些问题还是不容易的。简单的办法就是换整块的线路板！
西门子公司不同类型的变频器，用户可以根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。在选择变频器时因注意以下几点注意事顼：
1、根据负载特性选择变频器，如负载为恒转矩负载需选择西门子mmv/mdv、mm420/mm440变频器，如负载为风机、泵类负载应选择西门子430变频器。
2、选择变频器时应以实际电动机电流值作为变频器选择的依据，电动机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变差。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10%而温升会增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。
3、变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两挡选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
4、当变频器用于控制并联的几台电动机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果**过规定值，要放大两挡来选择变频器，另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为v/f控制方式，并且变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时，需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。
5、对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一挡选择。
6、使用变频器控制高速电动机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。
7、变频器用于变较电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行较数转换时，应先停止电动机工作，否则，会造成电动机空转,恶劣时会造成变频器损坏。
8、驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。
9、使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内没有限制；在**过额定转速以上的高速范围内，有可能发生润滑油用光的危险。因此，不要**过高转速容许值。
10、变频器驱动绕线转子异步电动机时，大多是利用已有的电动机。绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小。因此，容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。一般绕线电动机多用于飞轮力矩gd2较大的场合，在设定加减速时间时应多注意。
3.1控制系统硬件配置
整个上料系统采用一套plc系统，两台上位机完成对整个上料系统的监控及数据采集等。自动控制系统采用schneider tsx quantum 系列plc硬件组成基础自动化系统。采用mp7监控软件，编程软件采用concept2.6，windows 2000作为系统平台界面，组成计算机化的操作系统，实现人机通讯。控制器与上位机之间采用环形工业以太网进行通讯。主机控制单元接受由i/o接口收集的信号进行开关量和模拟量的处理后，将信号经i/o接口实现对设备的控制，与监控站及上位机通讯。这个系统配置如图2所示。其中处理器采用昆腾系列140-cpu-534-14a，电源模块采用140-cps-114-20，远程通讯模版采用140-noe-771-01，i/o模板配置如下：数字量输入模板为140-dai-753-00、140-ddi-353-00；数字量输出模板为140-ddo-353-00；模拟量输入模板为140-aci-040-00；模拟量输出模板为140-aco-130-00，远程i/o模版采用140crp 931 10、140 cra 931 00。
3.2槽下控制功能设计
（1）槽下控制范围及内容：实现对矿石、球团、烧结、焦炭等入炉原料的自动称量，并完成称量误差的自动补偿；实现槽下12个矿仓、12个称量斗、2条成品带、2条碎矿皮带、12台振动筛、4台给料机、1个翻板及碎焦系统的自动控制，实现自动备料和放料；可使用监控画面对上料系统设备的运行状态进行监视，对设备的运行进行软手/自动切换及手动启停设备，进行料单设定及更改等；对装料**时、放料**时、**满及设备运行故障等情况在“工艺流程画面”进行报警显示。
（2）矿石称量斗的称量控制：当排料程序发出后，矿石称量斗闸门开，料排出。当称量值为控制值（初始时为设定值的95%）的5%时，发出料空信号并关闭闸门，当闸门关好并称空好后，振动筛或给料机开始启动。称量值到控制值（经补正）时，振动筛或给料机停机，进行满称量。若达110%控制值（经补正）时发出声光报警信号。振动筛或给料机启动ts后，还未发出斗“满”信号，就发出上卡料报警信号。
（3）矿石称量斗的排料顺序：根据预先选定的装料程序，矿石中间称量斗一“空”且闸门关好，槽下翻板翻到位，矿石皮带机启动后，开始排料。排料顺序：球团、杂矿单装时按料单内所填仓号的先后顺序进行排料（矿石称量斗排料较多不同时**过三个）。混装时先排一斗的球团或杂矿（排料单内球团或杂矿对应仓号的**个斗），再排小烧或振大烧。当**个称量斗闸门开启，发出空信号后，发出下一个斗排料指令。排料斗的闸门开到位延时ts后，还未发出斗“空”信号，则发出下卡料报警信号。
（4）矿石中间称量斗称量控制：矿石中间称量斗称量控制分三种情况：
大烧结矿振动筛供料：当矿石中间称量斗“空”，闸门关好，设定好则发出同侧烧结筛运转指令，称量值达到控制值（初始时为设定值的95%）时，烧结筛停机，称量结束。称量值达110%控制值时发出音响报警信号。振筛启动延时ts后，还未发出斗“满”信号，则发出“上卡料”信号。
矿石皮带机供料：当矿石中间斗料一“空”，并且闸门关好，槽下翻板翻好，便发出矿石皮带机运转指令，当排料斗均放过料后，发出矿石中间斗装好信号，并发出皮带机停机指令。
矿石皮带机和大烧结振动筛完成混装：当矿石中间斗料一“空”，并且闸门关好，槽下翻板翻好，便发出矿石皮带机运转指令，当相应的一个矿石排料斗放过料后，发出大烧结振筛启动指令，同时发出皮带机停机指令。当称量发出“满”信号时，发出矿石中间斗装好信号。
（5）焦炭称量控制：当焦炭称量斗一“空”，闸门关好并设定好后，发出焦炭振动筛运转指令，开始称量，称量值达到控制值时（初始时为设定值的95%），发出振动筛停机指令，称量结束，若达110%控制值时，发出报警信号。振筛启动延时ts后，还未发出斗“满”信号，则发出“上卡料”信号
3.3炉**控制功能设计
（1）炉**控制范围及内容
炉**上至料罐下至探尺各设备的顺序控制。
无料钟串罐式炉**的装料及均压、放散控制。
料流调节阀开度（γ角）、布料溜槽倾动角（α角）、布料溜槽旋转角（β角）的控制。
（2）炉顶装料控制：上次布料结束且下密阀关到位后，程序发出申请装料信号，料车开始装料，受料斗满且料罐空，放散阀打开，在放散过程中，一旦打开放散阀并料罐内压力等于大气压力，则认为放散ok。放散ok后开上密阀，上密阀开到位后开柱塞阀，料车开始下料。延时一定时间后柱塞阀关闭，关放散阀，关上密阀，炉料装入料罐中后开均压阀开始均压。这时受料罐发允许料车上行信号。
（3）炉**布料控制：料罐满且上密关到位后，程序发出申请布料信号，此时探尺探测到设定料线后提探尺至零位。均压好后关均压阀。探尺提到零位后开始转动α、β。布料溜槽倾动的正常工作角度范围是13-53度。就地操作可以使溜槽倾角达到70度以便于拆卸溜槽。当溜槽倾角小于12度或大于54度时，溜槽停止移动和转动并发出报警，只有在报警清除后才可以继续移动。一旦降下探尺或探尺在高炉中时，溜槽倾角如果大于45度，必须锁定溜槽。为了使溜槽的定位精度达到±0.2度的要求，在程序中对溜槽的倾动速度进行处理，溜槽开始以较大速度倾动，当与目标位置只相差2度时，以较大速度的三分之一倾动，这样可以精确的定位到目标位置。溜槽的旋转由变频器驱动的交流电机驱动。正常情况下溜槽不停的旋转，如果溜槽的倾角位置达到了上限或下限，或者探尺在炉内时溜槽倾角大于45度，溜槽要立即停止旋转并报警。溜槽每4小时改变一次旋转方向，这样可以确保溜槽磨损平衡。plc根据炉**料单和槽下传送来的布料代号给出料流调节阀γ的设定开度，控制料流调节阀打开到设定开度开始布料，当接受到料罐清空信号，料流调节阀首先完全打开才能关闭。清空信号由射线检测和plc的定时器共同完成，如果在料流阀打开后规定的时间后发出清空信号，则认为料罐已经清空，如果在规定的时间之前发出清空信号则认为是料罐堵塞，plc将发出报警信号，该信号一直保持，只有料流阀完全打开并且确保料罐完全排空后才能解除。料流阀关闭后关下密阀，降下探尺检测料面，布料结束。
4结束语
本文讨论了基于施耐德昆腾系列plc的高炉矿槽炉**上料系统的控制系统的控制情况。控制系统已经在高炉生产得到了实际应用，满足了现场的生产工艺要求。操作画面简单方便，通过对料单设定画面的修改可以实现对矿石、焦碳配料参数及布料参数的设置与修改，并显示工艺所需要的数据。操作方式灵活，操作方式有自动、画面手动和现场就地操作。在该系统中，plc充分发挥了其配置灵活、控制可靠、编程方便和可现场调试的优点，给整个系统的稳定给整个高炉生产带来了较大的作用。
