西門子MM430 250KW變頻器380-480V標準版

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PROFINET中有兩個冗余概念

•          系統(tǒng)冗余SR：適用于冗余系統(tǒng)CPU的IO容錯控制方案，對應PROFIBUS DP的冗余功能
•          介質(zhì)冗余MRP：適用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)冗余控制方案，提高系統(tǒng)可用性

兩者的功能是互相獨立且不沖突的，可是說是無關的兩個冗余功能，只是因為同時應用于PROFINET IO網(wǎng)絡中所以經(jīng)常進行比較。

系統(tǒng)冗余（System Redundancy，簡稱SR）

系統(tǒng)冗余SR是指IO設備通過PROFINET與兩個容錯的CPU（H CPU）之間進行通訊連接。該通訊連接可以通過任何可拓撲的互連來建立，并不局限于環(huán)網(wǎng)拓撲，對交換機也沒有要求。

SR功能無需要特殊組態(tài)。支持SR功能的IO設備可以通過Redundancy選項卡檢查SR參數(shù)。

SR功能要求IO控制器和IO設備均支持SR功能。否則，即便該IO設備和兩個容錯CPU均建立了物理連接，仍然只能做為單邊IO和一個CPU進行IO通訊。例如，IE/PB Link雖然有兩個PN端口，但只能做為單邊IO設備。

PCS 7中支持SR功能的PROFINET設備有

IO Controller

•          S7-400H V6
•          CPU 410&Smart

IO Device(NAP S2)

•          ET200M HF V4.0
•          ET200SP HF V3.0
•          Simocode pro V PN V1.2.0

介質(zhì)冗余(Media Redundancy Protocol ，簡稱MRP)

MRP是通過對環(huán)型以太網(wǎng)進行狀態(tài)監(jiān)控與控制實現(xiàn)冗余的傳輸路徑。

在交換式以太網(wǎng)中，為保證網(wǎng)絡和工廠的可用性，往往采用冗余的傳輸路徑（環(huán)形拓撲），這樣在網(wǎng)絡組件（如交換機，網(wǎng)線故障）導致一條傳輸路徑失效時，其替換路徑是生效的，網(wǎng)絡通訊仍然不受影響。在工業(yè)以太網(wǎng)中，如果物理上成環(huán)但未設置正確的環(huán)網(wǎng)管理功能,會導致IO通訊直接中斷。環(huán)網(wǎng)控制方式可以基于不同協(xié)議：MRP/HRP/MRPD/PRP/HaSaR等。

適用于PROFINET IO的環(huán)網(wǎng)控制協(xié)議有：MRP(由PROFINET協(xié)議所定義，S7-CPU和IO設備，交換機均有支持MRP的版本)和HRP(僅西門子交換機支持)。

注意：在網(wǎng)絡設備故障時，MRP和HRP都有網(wǎng)絡重構時間，重構期間IO通訊中斷。因此為了保證網(wǎng)絡重構期間不會出現(xiàn)IO掉站，需要將IO設備的看門狗時間設置為200ms以上。

MRP環(huán)網(wǎng)中的所有設備均需支持MRP功能，不支持MRP功能的設備可以通過MRP交換機連接入環(huán)網(wǎng)。

支持MRP的PROFINET 設備有（紅色字體標注）

注意：并不是有兩個以太網(wǎng)端口的設備就支持MRP，例如

•          CP1613
•          CP443-1EX20
•          IE/PB Link
•          低版本的IO設備,緊湊型設備

MRP的配置和診斷

   熟悉低壓交流變頻器的工程師都知道，在交-直-交（電壓源型）變頻器主回路中，直流環(huán)節(jié)的電解電容是必*器件，其工作的穩(wěn)定性直接影響著變頻器的性能；由電解電容的構成材料特性決定，即使在正常使用條件下，電容容值也呈下降趨勢，如果超出其允許工作條件，會加速電容老化，甚至損壞。從變頻器的運行維護角度，工程師比較關注，到底有哪些因素會影響電解電容的使用壽命，在什么情況下需要更換電解電容，本期將和大家討論這內(nèi)容。

1                            變頻器直流回路電解電容的功能

在變頻器的主回路中，電解電容設計在整流橋與逆變橋中間，用于平滑交流整流后的脈動紋波，向逆變橋提供直流電能，吸收電機回饋的部分電能，為電機提供無功。

1.1                     電解電容的特性

電壓型變頻器中，中間回路的電容一般為電解電容。電解電容在變頻器中起到穩(wěn)定直流母線電壓的作用。大家閱讀西門子變頻器手冊時，在維護與保養(yǎng)一節(jié)中，會提到變頻器存放一年以上，就需要給變頻器的直流母線電容充電，然后才能正常使用。這是為什么呢？

這個問題我們首先要從電解電容的特點說起，

電解電容器通常是由金屬箔（鋁）作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層（氧化鋁）作為電介質(zhì)。鋁電解電容器的負電極由浸過電解質(zhì)液（液態(tài)電解質(zhì)）的薄紙/薄膜或電解質(zhì)聚合物構成。電解質(zhì)作為負電極。

從電解電容的特點中，電解電容內(nèi)部電解液一般為酸性物質(zhì)。鋁電解電容器經(jīng)過長時間無電壓狀態(tài)的存放而沒有任何應用時，其電解液中的氯離子對氧化鋁介質(zhì)膜的損傷大。隨著長時間的放置，沒有上電的情況下，電解電容的漏電流越大，如果此時接入一個高電壓，電容器會因溫度急劇上升而損壞。然而，隨著使用過程中氧化層的重新產(chǎn)生，     <圖1-1 電容組>

漏電流會逐漸降低至正常值。同時由于鐵，銅離子的還原，原電池效應也逐漸恢復，這使得鋁電解電容器的漏電流需要長時間施加電壓才能恢復。這個過程稱為老化。

鋁電解電容器在無電壓狀態(tài)下存放時，一般廠家都會要求放置1年以上的，在應用前需要進行老化，即對電容進行充電。

根據(jù)電解電容的特點，變頻器的存放和使用要有一定的條件。

存放溫度和濕度：一般在-25度至70度，但溫度不能劇烈的變化。相對濕度5-95%,不要有凝露的現(xiàn)象發(fā)生。

運行溫度和濕度：一般在0度至40度，但溫度不能劇烈的變化。相對濕度5-95%,不要有凝露的現(xiàn)象發(fā)生。

1.2                     電解電容失效的可能因素

根據(jù)電解電容的特點和使用要求，可以總結(jié)出電解電容失效的可能因素。

1.2.1                   使用環(huán)境溫度過高

變頻器在使用過程中電解電容發(fā)現(xiàn)有鼓包或者有漏液的情況，需要及時更換。

使用的環(huán)境溫度不能超過變頻器運行允許的環(huán)境溫度。

溫度對電容的影響是致命的。溫度過高，會使電解電容的電解液“沸騰”產(chǎn)生大量的氣體，使電解電容內(nèi)部壓力急劇升高，而導致壓力釋放裝置（橡膠塞）彈出。

1.2.2                   直流母線頻繁出現(xiàn)過電壓情況

過電壓容易導致電容的絕緣介質(zhì)擊穿；尤其放置時間長的電容，重新使用時要注意直流母線電壓波動不能太大，否則容易造成電容損壞。

1.3                     電解電容失效對變頻器的影響

電容容值下降，導致直流紋波加大。

電容容值下降，可能導致變頻器發(fā)生過壓、欠壓故障。

電容失效，可能導致直流回路漏電流加大，直流母線之間的絕緣降低。

電容損壞，可能導致直流回路短路，損壞整流橋。

電容漏夜，可能腐蝕變頻器其它部件。

2                            變頻器直流回路電解電容的日常維護保養(yǎng)注意事項

日常維護中需對電容器周圍的環(huán)境進行清掃，保持電容周圍環(huán)境潔凈，風道暢通，保證電容正常散熱。

2.1                     存放時間的計算

注意，放存時間應自生產(chǎn)的時間起計算，而不是自交貨時間起計算。

變頻器出廠日期按下面的例子查找：

<圖2-1 變頻器出廠日期>

2.2                     直流母線電容預充電

一般存放一年以上的變頻裝置，投入運行前需要對變頻器的直流母線電容進行預充電操作，進而恢復電容電解質(zhì)活性，存放不超過一年的，可以不進行預充電。

對于預充電具體操作步驟，需要參考相應的產(chǎn)品說明書，建議充電時分階段升高電壓，見圖2-2，逐步將直流母線電壓升至額定值，防止電流過大，造成電容毀壞。

一個MRP環(huán)網(wǎng)為一個MRP冗余域，由惟一的MRP Manager（S7 CPU，Scalance交換機均可，如果都設置為Manager，則競爭上崗）對環(huán)網(wǎng)所有MRP Client設備進行管理。

MRP環(huán)網(wǎng)配置可以通過兩種方式進行。

1:僅由交換機構成的MRP環(huán)網(wǎng)可以通過交換機的WEB頁面進行配置。

2:如果MRP環(huán)網(wǎng)中有IO控制器，IO設備等，則需要通過SIMATIC Manager進行配置。此時交換機需要通過GSDML文件集成到PROFINET 總線中。

•          通過PROFINET IO Domain進行統(tǒng)一配置

•          也可以在每個PROFINET對象的端口選項卡中進行MRP配置

•          配置MRP時不但要設置MRP角色（Manager或Client）,還需要配置MRP端口（CPU和IO設備只有兩個端口，所以不需要配置，交換機有多個端口，必須正確的MRP端口，否則無法工作）。
•          MRP環(huán)的工作狀態(tài)可以在MRP節(jié)點的Interface在線狀態(tài)中檢查

系統(tǒng)冗余System Redundancy與MRP的結(jié)合拓撲

在小型冗余系統(tǒng)（僅H CPU和IO設備）中，可以采用SR開環(huán)或者MRP閉環(huán)方案，均可以達到高可用性和系統(tǒng)冗余的要求。

兩種方案的網(wǎng)絡性能比較：

西門子G110變頻器0.37KW-3KW系列訂貨號

一， 0.37KW  2.3A 1AC200-240V

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?二， 0.55KW，3.2A 1AC200-240V

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三， 0.75KW，3.9A 1AC200-240V

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四，1.1KW，6A 1AC200-240V

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五，1.5KW 7.8A 1AC200-240V

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六，2.2KW 11A 1AC200-240V

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七，3KW 13.6A 1AC200-240V

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