西门子Sinamics S120的抱闸功能设置中经常忽略的问题

1 抱闸应用概述

我们在实际工业场合中经常会使用到电机的抱闸，但是经常会出现一些工程师调试完抱闸后发现抱闸打开的时候会出现溜车，或者激活抱闸功能后出现打不开抱闸的情况，本文主要针对西门子Sinamics S120的抱闸功能设置中经常忽略的问题进行阐述。

2 扩展抱闸应用

*2.1扩展抱闸的应用场合

扩展抱闸多应用于位能型负载，例如起重，提升等类型设备，可实现如下功能：

可实现负载的制动控制；

可实现驱动系统脉冲封锁下机械定位控制等；

由于提供的灵活的配置功能，那么不正确的设置可能会导致机械设备的损坏。

在本文中将介绍实际应用存在问题，并给出对应的解决措施。

2.2提升类应用中的溜车问题及其解决方案

对于位能性负载，为实现在打开抱闸时零速平稳起动，甚至是稳定零速悬停。

可通过驱动系统输出由工艺控制器计算与负载相关的设定转矩后，在考虑抱闸，机械等动作时序后执行开抱闸操作。其基本控制原理如下：

图1 基本控制原理

转矩预控输出的控制量叠加于速度控制量，作为最终的转矩给定，其主要包括：

载荷预置转矩：根据机械设备及负载测量计算预置转矩。这个预置转矩在速度控制器使能后，立即输出理论上抵消载荷的转矩设定，而速度控制器输出仅做微小的动态补偿，进而是实际转速快速跟随转速给定，极大的消除或减小溜车现象，保证提升设备快速平稳启动，从而提高安全性与效率。

加速度预置转矩：根据机械设备的惯量来计算加速度转矩，同样在速度控制器使能后，叠加于转矩给定。

对于无法实施载荷观测应用下，扩展抱闸应用也可初步解决提升类负载开闸溜车问题。基本设置如下：

图2 超限阈值设置的的功能图

2.3扩展抱闸调试需要注意的问题

1. 抱闸打不开：

Q: 在扩展抱闸缺省设置下速度调节器使能p1152设置为开闸控制命令r899.15，但是r899.15只有在抱闸打开时方能为1，这样逻辑互锁，导致无法打开抱闸。

A: 我们可以将P1152=1，即可解决。

2.抱闸控制时序：

抱闸时序，由高到低：抱闸配置参数P1215→参数P1219[0..2]和P855→静态识别→模拟量互联使用阈值判断的控制指令。不同的优先级可以在一些复杂应用环境中，更好的去通过抱闸去保护机械设备,减少人员和财产的损失。

3.开闸时间P1216的影响：

P1216的作用与意义：

如果采用转矩电流或者转矩做为开抱闸的阈值，那么需要注意Stop2状态，在打开抱闸过程中有P1216延迟时间。该状态下，脉冲虽然使能，但转速控制器还未被使能，是一个中间状态，如果使用转矩实际值r80开抱闸，实际通过trace可以发现如果P1216的设置不合理，转矩在stop2过程中是变化的。

图3 stop2状态的trace图

存在的问题：

P1216设置的大小直接影响到开抱闸瞬间转矩和转矩电流的变化。

解决的方法：

可以尝试使用速度环的积分分量r1482做为开抱闸阈值，该值在stop2的变化较小。

总结：

P1216的开闸延时需要根据实际抱闸动作的机械时间进行设置，该参数设置不合理不仅仅影响到抱闸的使用寿命，同时还影响到开抱闸瞬间电流和转矩的波动。

2.4扩展抱闸使用中快速启停

应用背景：

抱闸在一些应用场合中需要快速动作，比如起重机，在带手动控制装置的起重机上，变频器必须立即对控制杆即主控开关的动作作出响应。

面临的问题：

电机在启动过程中有去磁和建立磁场的时间，这个时间通常需要1~2秒，与快速启停的需求矛盾。

解决措施：

驱动通过“ON”指令(p0840)上电（脉冲已使能）。而转速设定值(p1142)和转速控制器(p0856)处于锁定状态。电机已充磁。因而省去了交流电机上通常需要的充磁时间，大约 1-2 秒。

现在，在主控开关偏转和电机旋转之间只间隔了制动打开时间。一旦主控开关偏转，便发出“来自控制系统的设定值使能”（该位和 p1142、r1229.3、p1224.0 互联）。立即使能转速控制器。在制动打开时间(p1216) 届满后，使能转速设定值。

主控开关处于零位时，转速设定值被锁定，驱动沿着斜坡函数发生器的下降斜坡减速。一旦低出静态极限(p1226)，制动立即闭合。在制动闭合时间(p1217)结束后，转速控制器被锁定，现在电机无法旋转。

需要注意的是，上诉设置变频器始终处于使能状态。可以结合工艺情况，判断如果电机不在工作状态下，需要将变频器脉冲封锁。

图4 设置功能图

2.5 对于电机抱闸闭合的需求

1.位置机械锁定，无机械制动要求；
2.紧急状态下的抱闸实现机械制动要求
3.针对上述的抱闸需求，需要注意的闭合抱闸的逻辑条件要求：

（1）零速检测的逻辑：

默认关闭抱闸是需要零速检测的，零速检测条件：

•默认连接量是速度的实际值低于设定的阈值P1226，也可以连接现场速度检测传感器。

•速度给定值低于设定的阈值。

•可以设置P1224的参数以及OFF1和OFF3的命令存在。

（2）完全零速关闭抱闸设置：

零速关闭的设置：

上诉零速检测逻辑的三个条件中，第二个和第三个的逻辑条件需要关闭，关闭的方法是P1276和P1227的延时时间设置为300s。此时装置关闭抱闸的条件只剩下实际速度检测是零速。

（3）OFF2抱闸系统响应：

OFF2抱闸立即封锁脉冲、关闭抱闸。此时很有可能是带速抱闸，设计时需要考虑。

（4）紧急制动：

在紧急制动情况下电机需要同时达到电气制动和机械制动。此时, 可以将OFF3用作紧急制动的触发信号:p1219[0]=r0898.2和p1275.00=1(OFF3触发“立即闭合制动”,取反信号)应将OFF3 减速时间(p1135)设为 0 秒，防止变频器在制动闭合时运行。电机内可能会产生再生电能，因此必须将该电能反馈到电网中或通过制动电阻消耗。