西门子6SE70系列变频器升级与替代探索

梁飞 李永生 廖世铭 周又吾

[摘    要]西门子6SE70变频器由于其可靠性高，应用范围广等原因，在我生产现场有大量使用。但其于2011年左右开始陆续停产，备件采购也于几年无法正常采购，由于鄂钢宽厚板厂是连续大型化轧钢生产线，整线停机改造的可能性小，代价大。且由于自动系统采用西门子TDC装置的原因，改造技术门槛也较高。于是保证备件正常供应和高效可靠升级是本文探索的主要内容。

[关键词]西门子;6SE70;变频器升级;汇川MD880

[中图分类号]TM921.51 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–0–03

Upgrading and Replacement of Siemens 6SE70 Series Frequency Converter

Liang Fei，Li Yong-sheng，Liao Shi-ming，Zhou You-wu

[Abstract]Siemens 6SE70 frequency converter is widely used in our production site because of its high reliability and wide application range. However， it began to stop production around 2011， and the procurement of spare parts could not be normally purchased in recent years. Because our plant is a continuous large-scale steel rolling production line， the possibility of shutdown and transformation of the whole line is small and the cost is high. Moreover， due to the adoption of Siemens TDC device in the automatic system， the technical threshold of transformation is also high. Therefore， the main content of this paper is to ensure the normal supply of spare parts and efficient and reliable upgrading.

[Keywords]siemens;6SE70;frequency converter upgrade;huichuan MD880

鄂钢宽厚板厂于2009年建成投产，其生产线辅传动系统均采用西门子6SE70系列变频器，该变频器为西门子推出的高端工程型变频器，单机容量从2.2～4000 kW，该系列变频器具有应用范围广、可靠性高、调速性能好等优点。但其产品于2011年左右陆续开始宣布产品停产。随着时间的推移，其备件价格逐步升高，同时备件采购的难度也越来越大。探索此变频器的升级与替代方案显得尤为重要。

1 升级方案探索与对比

针对此实际情况，鄂钢宽厚板厂自2017年就开始探索和了解国内同行业针对类似问题的解决方案;此系列变频器的升级方案主要由6SE70系列升级到西门子S120系列和国产化替代方案，其中国产化替代方案一般情況下都具有替代门槛低，不需要改造自动化系统，改造方便，大多厂家产品尺寸都比原西门子6SE70尺寸小，改造快捷，可以一台一台利用日常检修实施推进等特点;由此可见，由于国产化替代方案大多具备实施方便，技术门槛较合资产品技术门槛低、改造时间短，目前主流同类企业在备件替换的情况下多倾向于改造较为方便的国产化替代方案。但也由于国产化产品的产品周期大多不超过5a，故其可靠性还有待考验，部分产品对现场维护考虑不够成熟等问题，大型技改或关键核心设备还是采用升级西门子S120或同类合资或进口产品较多。

由于西门子S120系列无法实现对其上一代产品6SE70系列完全兼容，如果要从6SE70系列升级到S120系列，则需要对自动化TDC/PLC程序和HMI的Faceplate面板进行重新开发和调试（见图1），一方面此工作技术门槛较高，另一方面相对调试时间较长。故笔者厂对常规变频器的升级和备件替代在没有大型停机的前提下，重点考虑改造较为快捷的国产化替代方案，而大型核心传动现阶段还是利用每年大中修以实施西门子S120系列升级为主。

2018年上半年开始，鄂钢宽厚板厂陆续在非关键位置对中冶京诚、汇川科技、英威腾等国内品牌变频器进行了使用测试，经测试中冶京诚和汇川科技能满足不改变自动化的前提下实现变频器的无缝替代，且替代过程简单易操作。

2 方案过程实施

通过上述几个厂家变频器的对比，就鄂钢宽厚板厂现场实际而言，汇川的MD880系列从产品安装尺寸、改造难易程度、实施效率等角度综合考虑均比较适合鄂钢宽厚板厂的替代实施。本文以西门子6SE70系列中的一台VC类型的变频器改造为例，其主要过程如下。

2.1 参数分析

将原西门子变频器通过DriveMonitor上传到电脑，结合设备的控制工艺，对变频器的参数进行了分析，发现所有变频器采用的都是闭环矢量（速度）控制模式。传动接收一级系统的速度给定信号及内部速度信号，未见转矩限幅、转矩窗口或软化等功能使用;传动装置反馈给上位机信号包括状态字、滤波后速度、编码器速度、DI端子状态及故障编码等信号。主要参数数据见表1。

2.2 改造思路和单线图

改造施工利用生产间歇的时间完成。由于新系统的设计完全参照原系统的分布布局方式，因此施工内容主要包括更换传动装置、铺设通讯电缆、恢复I/O及电源电缆。

改造原则为替换传动部分硬件和参数设值，不更改PLC自动化软件程序，或者仅对STEP7中涉及的传动Hardware硬件组态作简单修改。替换后的新变频器与原变频器相比，有相同的PZD通讯字，包括控制字、状态字、速度给定、转矩给定等;有相同参数量纲，包括线速度、转速、电流、转矩等。

新控制系统的参数设值完全参照原控制程序设计和移植，因此在完成I/O及电源接线的校对之后即可进入冷负荷试车调试，各设备功能试验正常后即进入热负荷试车调试和恢复生产。系统替换后单线原理如图2所示。

2.3 新变频器参数设置

2.3.1 控制位定义的实现（见图3）

B0-01——B0-08定义了传动装置运行时需要接收到的状态，选择来源可为从总线或DI端子或其他状态等

2.3.2 状态位定义的实现

如图4所示，对照6SE70的状态字中每一个位的功能，通过内部位转字功能，将传动的状态组合成一个字。

2.4 设定通道的实现及基准值设定

（1）依照上文中分析西门子6SE70给定数据，关联相关通道。

给定通道：主给定通道，C0-00——对照6SE70中P443;辅助给定通道，C0-01——固定给定值。

（2）给定值标准转换。

如图5所示，过程数据输入2通讯基值N1-37：对应过程通道第二個字，也就是常用的速度给定通道，转换成汇川的标准为16384×P107/P352。过程数据输入5和6通讯基值N1-40及N1-41：对应过程通道第二个字，也就是上节中分析的转矩给定通道，转换成汇川的标准为16384×P113/P354。

2.5 反馈值通道的实现及基准值设定

N1-04：反馈值通道1，根据需要常规定义为状态字，即通过位转字功能实现;

N1-05：反馈值通道2，根据需要常规定义为滤波后速度反馈，选择U9-00即可;

N1-06：反馈值通道4，根据需要定义为输出电流，选择U6-01即可;

N1-07：位转字功能，将变频器DI端子信号组成字反馈给上位机;

N1-08：当前故障，将当前变频器报警代码反馈给上位机;

N1-09：编码器实际速度反馈给上位机。

得益于汇川变频器的控制器可以实现所有通讯字转换成位功能，将所有位信号重新排列，再根据需要按顺序转成字信号。汇川变频器可以实现在自动化端不改变任何硬件配置和控制逻辑的前提下实现装置的无缝替代，甚至西门子PLC端的GSD文件都可以继续沿用，大大降低了改造周期和成本。且所有的改造和调试都是通过Inodrive Studio软件来完成，改造技术门槛相对较低。

3 改造效果

随着中国制造技术的不断进步，在功率元器件领域也由从以前的完全进口逐步实现国产化替代，国产设备的设计和使用也更加考虑了国内的需求和使用环境，通过此次探索，不仅解决了现场变频器无备件所带来的生产风险，更是为以后的产品改造提供了不一样的实施思路和经验。

参考文献

[1] 徐清书，薛龙，焦样.SINAMICSS120变频控制系统应用指南[M].北京：机械工业出版社，2019.