西门子G120变频器代理商

SINAMICS G120 和 SINAMICS G120D 的能量回收

在变频器的紧凑性和高能效方面，西门子树立无二的全新标准：所采用的技术具有世界水准，在更小、更轻和成本低得多的变频器中提供了再生回馈功能。

所提供的变频器采用了馈电技术

下列变频器采用了馈电技术：

• SINAMICS G120（集成在 PM250 和 PM260 功率单元中）
• SINAMICS G120D

因采用馈电技术而实现潜在节约

下表介绍了该技术与常规二象限变频器相比之下的优点。

三个技术标准特别重要：

• 再生式反馈
  • 100 % 制动功率回馈，允许连续制动。这在使用制动电阻器时是不可能的。
  • 无需配置制动电阻器。
  • 无需外部部件的安装和散热监视等。
• 无功功率失真极低
• 不会产生任何高峰电流消耗，电流波形几乎是正弦波；因此只需很小的变压器额定功率，无功功率失真降低。
• 为了使采用常规直流回路的变频器达到这样的低谐波电流（进线谐波），需要使用一个 u_K = 6 % 的进线电抗器。
• 这样就可使电流消耗降低大约 22 %，相当于将电源系统中的损耗降低大约 40 %。
• 因此降低了电源系统的负荷。
• 输入略微为容性时 ≅ 0.95（容性）
• 补偿相同电源上电机和其它感性负载的无功功率。
• 整个系统的功耗降低。在一个由一台带电机变频器和相同电源上的另外一台电机组成的系统中，总功耗降低高达 12 %。
• 通过无功功率补偿，提高了功率因数 cos φ

进线电源条件

采用馈电技术的变频器与标准变频器相比谐波成分大大降低（因此无功电流分量较低）。高达 11 次的谐波（包括 11 次谐波）明显低于相关标准中的规定值。这些相关谐波小于相关标准 (EN 61000-3-12) 中所规定的谐波幅度的一半。

经验证明，这种技术可在世界范围内使用。一的例外：在带有单独发电机的“孤立电网”中（不带线路连接），必须使用一个外部电容器来降低谐振。必须根据特定系统的要求对电容器的规格进行设计。

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电网短路功率 S_{K line} 与变频器视在功率 S_inverter之间的允许比值：:

S_{K line} ≥ 100 × S_inverter ，根据 u_K ≤ 1 %

法规框架

机器制造商和设备制造商必须确保他们的机器和设备不会因故障造成电击、灼伤或辐射等危险。

例如，在欧洲，欧盟工作安全法规强制规定应遵守机械指 2006/42/EC。为了确保符合此法规，建议采用相应适用的欧洲标准。这就触发了“一致性假设”，提供给了制造商和操作者符合法规和 EU 法规的法规安全。设备制造商使用 CE 标识对货物自由移动所有相关的法规、规程的一致性进行文档化。

安全标准

功能安全的采用了多种标准。例如，EN ISO 12100 规定了与机器安全性有关的标准（风险评估和风险降低）。IEC 61508 规定了电子及可编程安全相关系统的基本要求。EN 62061（仅适用于电气和电子控制系统）和 EN ISO 138491（已替代 EN 954-1）中定义了安全相关控制系统的功能和安全相关要求。

上述标准定义了设备必须符合的各种不同安全要求，如风险，危险情况的频率，发生的可能性和识别未定风险的机率。

• EN ISO 13849?1:性能级别 PL a ... e；类别 B，1 ... 4
• EN 62061:安全集成度级 SIL 1 … 3

趋势倾向集成安全系统

随着生产系统越来越复杂化和模块化，传统的安全集中控制功能（例如通过主断开装置关闭整台机器），并进入到自动控制系统与传动控制系统中。由于缩短了装备时间，所以通常可显著提高生产率。根据机器的类型，甚至可能在进行装备时继续制造其他部分。

集成安全功能比传统结构的设备运行速度会快很多。使用 Safety Integrated，设备安全可进一步提高。此外，集成安全控制技术的安全性措施和这些措施的快速反应方式使得机械的操作者几乎感觉不到干扰，显著降低了人为规避安全功能的可能。

功能

集成在 SINAMICS 驱动器内的安全功能如下所述。

¹⁾带故障安全控制单元。

²⁾带安全扩展许可证。

以下地址提供了有关能够进行能量恢复的具有 STO 功能的 SIMATIC ET 200pro FC 2 变频器的详细信息：

SINAMICS 变频调速柜的集成安全功能

SINAMICS 变频调速装置具有许多集成安全功能。与安全功能所需的传感器和安全控制结合使用时，它们可确保根据实际情况为人员和机器提供有效保护。

它们符合以下安全类别的要求：

• 符合标准 EN ISO 13849 1 的 PL d 和类别 3 的规定要求
• SIL 2 依据 IEC 61508 和 IEC 61800?5?2

注：

安全制动试验 (SBT) 诊断功能满足 EN ISO 13849?1 中类别 2 的要求。

集成安全功能由独立的机构进行认证。您可从西门子联系伙伴获取相应的测试证书和厂商声明书。

目前可用的集成安全功能如下所述。其功能安全性均满足适用于变速驱动系统的标准 IEC 61800?5?2 中所定义的要求。

SINAMICS 变频调速柜中的集成安全功能可大致分为四类：

• 用于安全停止变频器的功能< >安全扭矩断开 (STO)安全停机 1 (SS1)安全停机 2 (SS2)安全操作停止可靠制动控制 (SBC)安全制动试验 (SBT)（此诊断功能超出了标准 IEC 61800-5-2 的范围）安全限速 (SLS)安全速度监控 (SSM)安全方向 (SDI)
• 安全限制位置 (SLP)
• 安全位置 (SP)（此功能超出了 IEC 61800?5?2的范围）

安全扭矩断开 (STO)

STO 功能是常用的变频器集成基本安全功能。它可确保产生转矩的能量不会继续影响电机，并防止意外起动。

作用

此功能可防止变频器意外重启，符合 EN 60204?1 标准 5.4 节的要求。安全转矩停止功能可抑制变频器脉冲（相当于 EN 60204-1 的停止类别 0）。驱动器可以可靠地实现零转矩。这个状态在驱动器内部监控。

应用举例

STO 的直接效果就是，变频器无法提供产生转矩的能量。STO 可在变频器因负载转矩或充分的短时间摩擦而自然达到停止状态的任何场合使用，或在变频器的减速停止对安全来说无关紧要的情况下使用。

通过 STO，人员可在防护门打开（重启互锁）以及在具有运动轴的机器/装置（如搬运或输送系统）上使用的情况下安全工作。

客户利益

通过机电式开关设备的常规安全技术提供的集成 STO 安全功能的一些优点包括：消除了单独部件以及对这些部件进行接线和维护所需的工作，即，由于采取电子式关断，没有磨损部件。由于电子式切换速度很快，与常规解决方案中的机电式部件相比，此功能的切换时间较短。触发 STO 后，变频器保持与电网连接，可进行全面诊断。

安全停机 1 (SS1)

SS1 功能可使电机迅速而安全地停止运转，并在停止之后将电机切换到无转矩模式，即激活 STO 功能。

作用

SS1 功能可按照标准 EN 60204?1 的停止类别 1 的要求安全停止传动装置。若选择了 SS1 功能，传动装置会在设置的安全延时过后，沿着一个快速制动斜坡自主制动，并自动激活安全转矩关闭和安全制动控制功能（如果已组态）。

如果对变量“SS1 with external stop (SS1E)”进行参数化，则选择该功能时驱动器不能自动制动。在此情况下，更别的控制必须在参数化的 STO 过渡时间内使驱动器停止。SBR（安全制动斜坡）和 SAM（安全加速度监控）功能没有激活。SS1E 是用于需要由运动控制系统成组停止的驱动器的有用功能，以防对机器或产品造成潜在损害。

应用举例

SS1 功能在发生安全相关事件时使用，变频装置尽可能快速地停止，随后转为 STO 状态（如急停状态）。因此，此功能可用于出于操作人员的安全而将很大的离心质量尽可能快地带到停止状态，或尽可能快地将高速旋转的电机制动。典型应用包括锯、磨床主轴、离心机、卷取机和立体仓库等。

客户利益

通过 SS1 功能有目标地停止变频器可以降低危险，提高机器的生产效率，并减小机器中的安全间隙。原则是要将变频器主动带到静止状态，这与仅使用 STO 功能时的情况不同。通常无需使用易于磨损的复杂机械制动器将电机制动。

安全停机 2 (SS2)

SS2 功能可迅速而安全地将电机带到静止状态，然后在电机停止时启动 SOS 功能。

作用

“安全停止 2”功能可按照 EN 60204-1 的停止类别 2 将变频器安全停止。在选择了 SS2 功能后，变频器将沿一条快速停止斜坡独立制动。与 SS1 相比，驱动控制随后仍能继续运行，即，电机能够提供维持零速所需的全部转矩。停机可被安全监控（安全运行停机功能）。

应用举例

与 SS1 一样，SS2 功能可确保对电机进行快速的减速。不过，电机电源并没有关闭。控制系统会防止其离开静止位置 – 即使电机受到外力的影响，也是如此。SS2 的典型应用包括机床等。

客户利益

SS2 功能可确保将轴迅速停止。由于控制仍保持激活状态，因此，在取消此安全功能后，生产运行可继续进行，不会受到影响。这可确保调整和停机时间都较短，生产效率提高。

安全操作停止

使用 SOS 功能时，变频调速装置会使已停止的电机就位，并对其进行监控。

作用

SOS 功能包括安全停机监控。驱动器控制仍保持运行。电机因而可以传递全部的转矩以保持当前位置。可对实际位置进行可靠监控。与安全功能 SS1 和 SS2 不同的是，转速整定值不会独立受到影响。在启用 SOS 后，更高等级的控制必须在一个参数化的时间内使驱动器停止然后保持位置定位点。

应用举例

对于机器或机器的一部分必须在某工序中保持安全静止、但变频器必须还要提供保持转矩的应用，SOS 是一种理想解决方案。可以保证即使有反转矩，驱动器也可以保持在其当前位置。与 SS1 和 SS2 不同的是，在这种情况下，变频器不会独立制动。它会等待上位控制器在一段可调的延迟时间内，将相关的轴作为一个同步组来减速停止。这样可以防止对机器或产品造成任何损害。SOS 的典型应用包括卷绕机、制品加工和包装机和机床。

客户利益

尽管可能会出现反作用力，但不需要使用机械部件来使轴保持其位置。由于切换时间很短且位置控制始终处于激活状态，因此，可以缩短调整和停机时间。无需在退出 SOS 功能后对轴进行重新校准。在禁用 SOS 功能后，轴可立即再次移动。

可靠制动控制 (SBC)

通过 SBC 功能，可对抱闸进行安全控制。SBC 总是与 STO 功能同时激活。

作用

将使用安全双通道技术对断电状态下处于激活状态的抱闸进行控制与监视。由于进行双通道控制，在控制电缆发生绝缘故障的情况下，仍可以激活抱闸。通过测试脉冲，可提前检测到这种错误。

注：

安全制动控制并不检测制动器自身的机械故障，如制动衬片磨损等。对于书本型的电机模块，电机制动器的端子为集成式的。书本型逆变柜需要使用额外的安全制动适配器。装置型逆变柜需要使用额外的安全制动适配器。

应用举例

SBC 功能与 STO 或 SS1 功能结合使用，可防止轴在无转矩状态下移动（例如，由于重力）。

客户利益

同时，使用此功能时，无需使用外部硬件和相关接线。

安全制动测试 (SBT)

SBT 诊断功能按固定时间间隔或在人员进入危险区之前，执行功能测试。

作用

检查已发生磨损的抱闸的功能是否正常的一个良好方法是在已关合的抱闸上施加一个力矩。使用不同的扭矩值，可以测试具有两个抱闸（如电机抱闸和外部抱闸）的传动系统。

应用举例

SBT 诊断功能与 SBC 功能相结合，适合实现安全制动。

客户利益

该功能会检测抱闸机械部件中的故障或磨损。通过自动测试抱闸功能的有效性，可以降低维护成本，提高机器设备的安全性和可用性。

安全限速 (SLS)

安全限制转速 (SLS) 功能可确保变频调速装置不会超出预设的转速限制。

作用

SLS 功能根据设置的速度限值对变频调速装置进行监控。可以选择四种不同的限值。和在 SOS 情况下一样，速度设定值不会自动受到影响。启用 SLS 功能后，更别的控制必须在可参数化的时间内将驱动器控制在所选时间限制以下。若超出速度限制，会发生变频调速装置集成故障响应，该响应可自定义。

可以将 SLS 第 1 级限值乘以一个通过 PROFIsafe 以 16 位分辨率传送的因子。这样就能几乎无限个限值。

应用举例

若人员位于机器的危险区中，并且其安全性只能通过降低转速来保证，此时就可使用 SLS 功能。典型应用包括操作员为了维护或调整而必须进入机械设备的危险区的场合，例如，需要由操作员手动穿线的卷绕机。为防止对操作员造成伤害，滚筒只能在较低的安全转速下旋转。SLS 也常常在一种两级安全方案中采用。当人员位于不太关键的区域中时，将会激活 SLS 功能，仅在危险程度较高的较小区域中将驱动系统停止。SLS 不仅可用于操作员保护，而且可用于机械设备保护（例如，在不得超出大转速时）。

客户利益

SLS 功能有助于大大缩短停产时间，或大大简化甚至加快调整速度。所取得的总效果是机器设备的可用性提高。并且，可以省去像转速监控器这样的外部部件。

安全速度监控 (SSM)

SSM 功能可在变频调速装置的运转速度低于可调速度限值时发出警告。只要转速保持在阈值之下，此功能就会发出安全信号。

作用

若转速下降到设定值以下，就会生成安全信号。例如，可根据具体情况，通过编程在安全控制器中处理该信号以对事件做出响应。

应用举例

使用 SSM 功能的一种简单情况是，可在速度下降到某个非关键速度以下时将安全门解锁。另一个典型示例是，仅当离心机的运转转速低于设定的速度限值时，才可以灌充该离心机。

客户利益

与 SLS 不同的是，超出转速限制时，不会有变频器集成的故障响应。可以在一个安全控制单元中对安全反馈进行分析，从而可使用户对具体情况适当做出响应。

安全方向 (SDI)

SDI 功能可以确保传动只能在选择的方向上转动。

作用

将会可靠检测出偏离正在监控的旋转方向的情况，并启动所组态的变频器集成故障响应。可以选择要监控的选择方向。

应用举例

当变频器只能在一个方向上运动时，可以使用 SDI 功能。一个典型应用是，只要机器在安全方向上旋转（即离开操作员），操作员就可以进入到危险区中。在这种状态下，操作员可向该工作区域中送入物料或从工作区域移出物料而不会存在危险。

客户利益

使用此功能时无需使用外部部件，如转速监控器和相关接线。当机器从操作员移开时将危险区解除还可提高生产效率。若不使用 SDI 功能，则必须在装料和卸料期间将机器安全停止。

安全限制位置 (SLP)

SLP 功能对轴进行监控，以确保其处于允许的移动范围内。

作用

若激活了 SLP，将会安全监视由组态的软限位开关限制的移动范围。若超出允许的移动范围，则会发生故障响应，该响应可配置。即使机器正在运转，也可以在两个移动范围之间切换。

应用举例

SLP 用于机器操作员需要进入保护区（例如，为了送入或清除物料）的应用场合。轴位置的安全监控可确保轴无法移动到为操作员设立的保护区内（从而给他们带来危险），例如，堆垛机、龙门起重机或加工中心。

客户利益

SLP 可用于实现有效的保护区监控。使用此功能可以省去外部组件（硬限位开关）且不会产生相关接线费用。由于在超出限值后会迅速产生响应，安全间隙可以减小。

安全位置 (SP)

SP 功能可通过安全 PROFIsafe 通信将变频调速装置中安全测定的实际位置值传送到安全控制器。

作用

与根据限值对当前实际位置进行监控并在发生过冲时激活变频器中集成的故障响应的 SLP 功能不同的是，SP 功能将当前实际位置值传送到安全控制器。位置监控是在控制器的安全程序中实现的。大量 PROFIsafe 报文用于传送位置值。根据需要，位置值可用 16 位或 32 位分辨率来传送。与位置值一起，还会传送时间戳。

应用举例

使用 SP 功能，可以创建定制的安全方案。此功能适合在需要灵活安全功能的机器设备上使用。其功能多样，例如，可用来借助于安全凸功能实现与轴相关的安全范围检测。SP 功能也可用于实现多轴安全方案、多维保护区和分区方案。

客户利益

位置监控或速度监控是在控制器的安全程序中实现的，因此，用户可灵活开发量身定制的安全功能。安装程序中还必须对超出限值的响应。这需要较高的初始编程开销，但提供了启动不同故障响应的机会。

基本集成安全功能和扩展集成安全功能

Safety Integrated 功能可分组为基本功能和扩展功能。

基本功能包括在标准供货范围内。
扩展功能必须通过许可证激活。

• 基本功能
  • 安全扭矩断开 (STO)
  • 可靠制动控制 (SBC)
  • 安全停机 1 (SS1)
• 扩展功能
• 安全停机 1 (SS1)，带 SBR 或 SAM
• 安全停机 2 (SS2)，带 SBR 或 SAM
• 安全操作停止
• 安全限速 (SLS)
• 安全速度监控 (SSM)
• 安全方向 (SDI)
• 安全限制位置 (SLP)
• 安全位置 (SP)
• 安全制动试验 (SBT) 诊断功能

对于具有 SAM 的扩展功能 SS1 和 SS2，制动时，将执行安全加速监控 (SAM)，以便在制动阶段就可以对安全故障加以识别。

使用 SS1 和 SS2，可将安全制动斜坡 (SBR) 配置为替代功能。

基本功能 – 通过设备上的内置端子、TM54F 终端模块或通过 PROFIsafe 激活 – 不需要编码器。

激活集成安全功能

可通过端子激活 SINAMICS 变频调速柜的安全功能，例如，用于使用常规安全电路。

对于中小规模应用的独立安*方案，通常将各种检测组件直接硬接线到变频调速装置/柜就足够了。

对于集成安*方案，通常在故障安全 SIMATIC 控制器中处理并协调安全相关功能。此时，各系统组件借助于 PROFINET 或 PROFIBUS 现场总线进行通信。安全功能通过安全 PROFIsafe 通信协议来控制。

SINAMICS 变频调速柜可方便地集成在工厂或系统拓扑中。

PROFIsafe

SINAMICS 支持基于 PROFIBUS 和 PROFINET 的 PROFIsafe 协议。

PROFIsafe 是一个开放式通信标准，其支持在同一根通信路径（有线或无线）上进行标准和安全相关的通信。因此也就不需要第二个单独的总线系统。将对发送的报文进行连续监视以确保安全通信。

避免可能出现的错误，例如：电报丢失、重复或接收顺序错误。这可通过以安全相关的方式对电报进行连续编号，监视它们在规定时间内的接收并为电报的发送器和接收器传输 ID 来实现。一个 CRC（循环冗余检查）数据安全机构也同时使用。

安全集成的操作原理

两个独立的关断信号通道

两个独立的关断信号通道可用。所有关断信号路径均为低电平有效。这可确保在某个部件出现故障或发生断线时，系统总是切换到安全状态。如果在切断信号路径中发现故障，则激活 STO 或 SS1 功能（取决于参数设置）并抑制系统重启。

双通道监控结构

所有用于安全集成的主要硬件和软件功能在两个独立的监控通道里运行（如关断信号路径、数据管理、数据对比）。安全相关数据的循环交叉式对比可在两个监控通道实现。

每个监控通道的监控功能的工作原理为：在实施每个动作前，一个定义的状态需处于主导地位，实施动作后，需进行相应确认。若未满足对监控通道的期望，则驱动惯性运转到停顿状态（两通道），并输出相应消息。

通过测试停止进行强制潜在错误检测

必须在一段时间内对各个功能和关断信号通路至少测试一次，以满足 EN ISO 13849?1 和 IEC 61508 标准对及时故障检测提出的要求。这必须在循环手动模式下实现或必须自动停止测试作为过程的一部分。测试停机周期将被监控，并在超时后发出警告。测试停机无需系统上电。确认是通过取消测试停止请求来设定的。

必须执行强制潜在错误检测的示例：

• 在系统接通后，驱动器仍处于停机状态时
• 在防护门打开之前
• 在定义的时间间隔（如每 8 小时）
• 在自动模式中，时间驱动和事件驱动

带/不带编码器进行安全速度/位置检测

增量式编码器或对值编码器可用来安全感测驱动器上的位置值。

安全实际值检测依赖于增量通道 A/B 的冗余分析，增量通道 A/B 提供 1 V_pp 的正弦/余弦信号。只能使用通过纯模拟技术生成和处理 A/B 通道信号的编码器类型。

也可以使用 HTL/TTL 增量式编码器。在此情况下，使用两个独立的编码器实现安全实际值感应。还必须考虑可能的低转速分辨率。

编码器信号通过传感器模块输入。

可使用集成 DRIVE?CLiQ 接口的电机作为替代产品。速度或位置实际值在电机内作为安全值直接生成，并通过 DRIVE?CLiQ 的安全通信传输至控制单元。

也可使用经过认证的采用 DRIVE-CLiQ 接口的内置旋转编码器（请参见
 

对编码器进行机械连接时，必须要使编码器轴无法拔出或滑出。有关此方面的说明，请参见 IEC 61800?5?2：2016 的表 D.16。

下面的网提供了满足电气和机械要求的西门子电机的列表：
 

以下系统可用于安全速度/位置检测：

• 单编码器系统或
• 双编码器系统

单编码器系统

示例：单编码器系统

在单编码器系统中，电机编码器于安全实值感测。

双编码器系统

示例：双编码器系统

对于双编码器系统，变频调速装置的安全实际值由两个独立的编码器提供。这些实际值通过 DRIVE-CliQ 传输到控制装置中。使用没有 DRIVE-CLiQ 连接的电机时，必须配备传感器模块。

HTL/TTL 增量编码器可用作带双编码器系统的替代产品。可以使用两个 HTL/TTL 编码器、一个双 HTL/TTL 编码器或者一个 HTL/TTL 编码器和一个正弦/余弦编码器。

不使用编码器进行安全实际值检测

操作一系列安全功能时，需要使用带编码器的驱动监控器。

对于不采用编码器或采用无安全功能的编码器的应用，也可以不使用编码器来实现安全功能。在此情况下，无法使用全部安全功能。

在不使用编码器的操作中，将从测量的实际电气值计算实际转速值。这意味着在运行过程中，没有编码器也能进行转速监控。

如果电机在关断之后仍能够由所连接的机械组件加速，则不能使用“无编码器”的扩展集成安全功能。

下面列出了各种安全功能以及实际值检测条件。