前面第五篇,我们讲了面板启停与面板调速。
面板启停适合第一次试机、维修排查、确认电机方向和判断变频器本体是否正常。但真正的工业现场,大多数设备不会长期用面板运行,而是通过外部按钮、旋钮、PLC 数字量输出、中间继电器、安全联锁等信号控制变频器。
这一篇开始讲现场最常见的控制方式之一:
外部端子启停。
外部端子启停看起来很简单,无非就是给变频器一个启动信号。但真正到现场,问题非常多。
比如:
面板能启动,外部按钮不能启动。
PLC 输出灯亮了,变频器没有反应。
DI 输入状态有变化,但电机不运行。
二线制控制复位后电机突然启动。
三线制启动按钮按了不能保持。
停止按钮接了,但电机停不下来。
正反转方向乱了。
故障复位端子按了没有用。
外部故障输入一直禁止运行。
这些问题本质上都不是单纯“变频器坏了”,而是外部信号、公共端、端子功能、命令源、频率给定、安全联锁之间的逻辑没有理清楚。
这一篇重点讲清楚:
什么是外部端子控制。
二线制怎么理解。
三线制怎么理解。
正反转怎么做。
故障复位端子怎么用。
PLC 输出控制变频器要注意什么。
DI 状态怎么判断。
为什么有启动信号也不一定运行。
外部端子启停,就是通过变频器控制端子上的数字量输入 DI 来控制启动、停止、正反转、复位、多段速、运行允许、外部故障等功能。
这些信号可能来自:
柜门启动按钮。
柜门停止按钮。
旋钮开关。
选择开关。
中间继电器触点。
PLC 数字量输出。
安全继电器辅助触点。
液位开关。
压力开关。
限位开关。
上位系统允许信号。
在西门子 SINAMICS 变频器里,数字量输入通常可以通过参数分配不同功能。也就是说,同一个 DI 端子可以根据参数设置承担不同任务。
例如:
某个 DI 用作启动命令。
某个 DI 用作反转命令。
某个 DI 用作故障复位。
某个 DI 用作固定速度选择。
某个 DI 用作运行允许。
某个 DI 用作外部故障。
所以外部端子控制不是只看线接在哪里,还要看这个端子在参数里被定义成什么功能。
端子启停属于远程控制。
如果变频器仍处于面板本地控制状态,外部按钮或 PLC 输出可能不起作用。
所以调试外部端子前,第一步不是查按钮,而是确认:
当前控制地点是不是远程?
命令源是不是端子?
频率给定源是不是你需要的来源?
比如:
端子启动,面板给定频率。
端子启动,模拟量给定频率。
端子启动,多段速给定频率。
端子启动,PID 自动给定频率。
端子启动,通讯给定频率。
很多现场只设置了启动端子,却忘了频率给定。结果启动命令已经有效,但频率给定为 0Hz,电机还是不转。
所以要记住:
启动命令和频率给定是两件事。
有启动命令,不代表一定有速度给定。
有速度给定,不代表一定有启动命令。
外部端子启停调试时,不要只问“按钮按了为什么不转”。
要按链路查:
第一,外部按钮或 PLC 是否动作?
第二,变频器 DI 状态是否变化?
第三,DI 是否被分配为启动功能?
第四,变频器是否处于远程控制?
第五,运行允许是否满足?
第六,是否有故障或报警?
第七,频率给定是否大于 0?
第八,输出频率是否大于 0?
第九,输出电流是否正常?
第十,电机和机械是否动作?
这条链路非常重要。
如果外部按钮动作,但 DI 状态没有变化,说明信号没有进变频器。
如果 DI 状态变化,但变频器不运行,说明问题在参数、命令源、运行允许、频率给定或故障状态。
如果输出频率有了,但电机不动,要查输出电缆、电机、抱闸、机械卡滞。
二线制控制,也可以理解为保持信号控制。
外部运行信号闭合,变频器运行。
外部运行信号断开,变频器停止。
它通常用一个保持型开关、旋钮开关、PLC 输出或继电器触点来控制。
例如:
旋钮打到运行,DI 有效,电机运行。
旋钮打到停止,DI 断开,电机停止。
PLC 输出 ON,DI 有效,电机运行。
PLC 输出 OFF,DI 断开,电机停止。
二线制控制的特点是:
接线简单。
逻辑直观。
适合 PLC 控制。
适合自动化设备。
适合保持型运行命令。
但是二线制也有一个很重要的安全风险:
如果运行信号一直保持有效,故障复位或重新上电后,变频器可能再次启动。
所以二线制控制必须和安全逻辑、复位逻辑、自动重启逻辑一起考虑。
二线制适合:
PLC 数字量输出控制启停。
柜门旋钮开关控制启停。
自动化系统保持运行命令。
风机水泵自动控制。
输送机由 PLC 控制启停。
上位系统远程启停。
比如 PLC 控制一台风机:
PLC 输出 Q0.0 接到变频器 DI。
Q0.0 为 1,风机运行。
Q0.0 为 0,风机停止。
这就是典型二线制。
对于自动化设备,二线制很常见,因为 PLC 程序本来就是保持输出控制。
但是对于人工按钮控制,如果希望按一下启动、按一下停止,就更适合三线制。
要查:
变频器是否在远程控制。
DI 状态是否真的有效。
DI 功能是否设置为启动。
频率给定是否为 0。
运行允许是否满足。
是否有故障未复位。
安全输入是否释放。
可能是运行信号没有撤销。
比如旋钮仍在运行位置,或者 PLC 输出仍然为 ON。故障复位后,变频器重新接收到运行命令,就会再次启动。
这也是二线制常见风险。
如果上电时运行信号已经有效,并且变频器允许上电后响应运行命令,设备可能自动启动。
现场必须按设备安全要求处理。
可能原因:
PLC 输出类型不匹配。
公共端接错。
24V 电源没形成回路。
中间继电器触点坏。
线断了。
端子接错。
DI 逻辑极性设置不对。
重点查:
DI 功能分配。
命令源。
频率给定。
运行允许。
外部故障。
安全功能。
三线制控制常见于按钮启停回路。
它通常有:
启动按钮。
停止按钮。
运行保持逻辑。
简单理解:
启动按钮按一下,变频器进入运行。
停止按钮按一下,变频器停止。
启动按钮不需要一直按住。
这种方式更接近传统接触器启停控制。
它适合人工按钮操作。
比如:
绿色按钮启动。
红色按钮停止。
按下启动后,即使松开按钮,电机继续运行。
按下停止后,电机停止。
三线制的优点是操作习惯清晰。
但它对端子功能和参数设置要求更明确。启动信号、停止信号、保持逻辑必须匹配,否则会出现按启动不能保持、停止无效、逻辑反了等问题。
三线制适合:
柜门按钮启停。
现场操作箱启停。
人工启停设备。
不希望运行信号长期保持的设备。
需要按传统启动/停止按钮习惯操作的设备。
例如一台单独的输送机,有启动按钮和停止按钮,操作员手动控制运行,这种场合三线制更自然。
但如果由 PLC 自动控制,通常二线制更简单,因为 PLC 可以直接保持运行输出。
可能原因:
没有设置三线制保持逻辑。
启动端子只被当作瞬时运行信号。
停止端子逻辑错误。
运行保持条件没有建立。
可能原因:
启动 DI 状态没有变化。
停止信号一直有效。
命令源不是端子。
频率给定为 0。
安全联锁未满足。
故障未复位。
可能原因:
停止按钮接法错误。
常开常闭触点用错。
停止 DI 功能设置错误。
停止信号极性反了。
PLC 或其他运行命令仍然有效。
可能原因:
常开常闭搞错。
DI 逻辑取反。
公共端接法错误。
参数设置与实际接线不一致。
三线制调试时,要特别注意停止信号。停止信号应该可靠、优先、清晰。
可以这样判断:
如果由 PLC 控制,优先二线制。
如果由旋钮开关控制,优先二线制。
如果由人工按钮启动、停止,优先三线制。
如果设备有自动程序,二线制逻辑更清楚。
如果设备是单机人工操作,三线制更符合习惯。
但无论二线制还是三线制,都不能替代安全回路。
急停、安全门、STO、安全继电器不能简单当作普通停止按钮处理。
正反转控制,就是通过外部端子控制电机旋转方向。
常见方式有几种:
一个 DI 作为运行命令,另一个 DI 作为方向选择。
一个 DI 作为正转运行,另一个 DI 作为反转运行。
通过 PLC 控制运行和方向位。
通过通讯控制方向。
外部端子正反转调试前,必须先确认设备是否允许反转。
有些设备不能反转,或者只能低速反转。
比如:
水泵通常不允许随便反转。
风机反转可能没有正常风量。
螺杆输送反转可能卡料。
提升设备反转涉及安全风险。
某些机械结构反转可能损坏设备。
所以正反转不是参数能设就可以用,而是要先看机械工艺是否允许。
正反转调试时,要注意以下几点。
第一,先低频试正转。
不要直接高速。
第二,停止后再试反转。
不要在机械不允许的情况下直接切换方向。
第三,正转和反转信号不能同时有效。
要通过 PLC 程序、电气互锁或参数逻辑避免同时给出。
第四,确认触摸屏显示方向和实际方向一致。
不要出现画面显示正转,现场实际反转。
第五,反转速度要按工艺限制。
有些设备反转只能用于点动或排料,不能高速运行。
第六,方向调整后要重新确认所有控制模式。
比如面板方向、端子方向、PLC 方向都要一致。
可能是电机输出相序、方向参数、PLC 方向位、端子逻辑之间不一致。
处理时不要只改一处,要确认整个控制链路。
这是危险状态。
要查 PLC 程序互锁、按钮互锁、端子接线、参数逻辑。
可能是反转被禁止,反转端子无效,方向源不对,或者安全联锁不允许。
可能是未停稳就反向、减速时间太短、负载惯性大、机械冲击大。
处理时要考虑停车时间、方向切换延时和机械允许条件。
故障复位端子用于通过外部信号清除变频器故障状态。
它常用于:
柜门复位按钮。
PLC 自动复位。
触摸屏复位命令通过 PLC 输出。
远程控制柜复位。
故障复位很实用,但也容易被误用。
要牢记:
复位不是修复故障,只是清除故障状态。
如果故障原因没有处理,复位后还会再次故障。
例如:
接地故障没有排除,复位后再启动仍然危险。
过热没有降温,复位后还会停机。
过流原因没查,复位后继续启动可能扩大损坏。
欠压电源没恢复,复位也没意义。
可能原因:
复位 DI 状态没有变化。
复位端子功能未分配。
故障仍然存在。
某些故障需要断电后才能复位。
按钮接线错误。
公共端接错。
说明故障原因没有解除。
比如电机接地、电缆短路、外部故障信号仍有效、安全信号仍未满足。
这是二线制控制中最需要注意的问题。
如果运行命令一直保持有效,故障复位后变频器可能再次运行。
所以复位前必须确认运行命令是否撤销,设备周围是否安全。
有些 PLC 程序会自动复位故障。如果故障原因未处理,变频器会反复启动、故障、复位。
这可能损坏设备。
建议重要故障不要无条件自动复位。至少要记录故障,并限制复位次数,必要时要求人工确认。
运行允许和启动命令是两个不同概念。
启动命令表示:
我要你运行。
运行允许表示:
条件允许你运行。
例如:
PLC 输出启动命令有效,但安全门没关,运行允许不满足,变频器不能运行。
启动按钮按下,但急停没复位,变频器不能运行。
启动信号来了,但外部故障输入有效,变频器不能运行。
所以现场遇到启动不成功时,不要只查启动 DI,还要查运行允许。
运行允许可能来自:
安全继电器。
急停回路。
安全门。
润滑系统。
冷却系统。
上位机允许。
PLC 联锁。
外部故障输入。
这部分如果不理解,就会出现“启动信号明明到了,为什么不转”的困惑。
外部故障输入是把外部设备的故障信号送给变频器。
例如:
电机热保护。
风机压差开关。
水泵缺水保护。
润滑油压力低。
制动器反馈异常。
安全继电器辅助触点。
冷却水流量不足。
当外部故障输入有效时,变频器可以停止或禁止启动。
外部故障输入的好处是保护设备。
但调试时要注意:
外部故障信号常开还是常闭。
信号断线时是否安全。
DI 状态是否符合逻辑。
参数中是否设置为外部故障。
PLC 和变频器是否重复处理同一故障。
如果外部故障输入一直有效,变频器当然不启动。
这时不要一直改启动参数,要先查外部故障链路。
很多现场用 PLC 数字量输出控制西门子变频器 DI。
要注意:
PLC 输出类型。
变频器 DI 公共端。
24V 电源来源。
NPN/PNP 或源型漏型接法。
中间继电器是否需要。
PLC 输出容量。
信号公共端是否共地。
线路是否断开。
输出点是否被程序强制。
PLC 指示灯亮,不代表变频器 DI 一定有效。
必须在变频器侧看 DI 状态,或者用万用表测量端子电压。
如果 PLC 输出灯亮,但变频器 DI 没变化,说明信号没有真正进入变频器。
这时不要改参数,先查接线和公共端。
调试外部端子时,最实用的方法是看 DI 状态。
操作按钮,观察 DI 状态是否变化。
PLC 输出,观察 DI 状态是否变化。
限位动作,观察 DI 状态是否变化。
如果 DI 状态不变化,问题在外部信号或接线。
如果 DI 状态变化,但功能无效,问题在参数功能、命令源、运行允许、给定源或故障状态。
这一步非常重要。
很多工程师只用万用表测到 24V,就认为信号正常。但变频器是否识别到这个信号,要看 DI 状态。
有时候端子有电压,但公共端不对,DI 仍然不识别。
所以排查顺序应该是:
先看外部动作。
再看 DI 状态。
再看 DI 功能。
再看变频器运行状态。
端子启停只是控制运行,不一定决定速度。
现场常见组合有:
适合调试阶段。
按钮控制启停,速度暂时由面板设置。
非常常见。
PLC 或电位器给 0-10V 或 4-20mA,端子负责启动停止。
适合低速、中速、高速固定档位。
适合恒压供水、风压控制、液位控制。
端子只负责启动,频率由 PID 自动计算。
有些项目中,PLC 通过 PROFINET 给速度,但关键安全允许仍通过硬线端子实现。
调试时必须搞清楚是哪种组合。
不要看到端子启动有效,就以为频率一定会来。
这一点要单独强调。
二线制控制中,运行命令是保持信号。
如果设备故障停机时,运行命令仍然有效,维修人员按复位后,变频器可能立即重新启动。
这在风机、水泵、输送机中都可能发生。
所以故障复位前要确认:
运行旋钮是否回到停止。
PLC 运行输出是否撤销。
触摸屏自动命令是否取消。
现场人员是否远离。
机械是否允许再次启动。
有些项目要求故障复位后必须重新启动,不允许自动恢复运行。这就需要在 PLC 程序或控制逻辑中处理。
不能简单依赖变频器复位端子。
外部端子启停建议按这个流程调试。
第一,面板本地试机正常。
第二,确认变频器切到远程控制。
第三,确认命令源为端子。
第四,确认频率给定方式。
第五,操作启动按钮或 PLC 输出。
第六,查看 DI 状态是否变化。
第七,确认 DI 功能分配正确。
第八,确认运行允许满足。
第九,低频运行确认方向和电流。
第十,测试停止。
第十一,测试故障复位。
第十二,测试正反转。
第十三,测试外部故障。
第十四,测试急停和安全联锁。
第十五,记录端子功能表。
这个顺序很清楚。
不要一开始就带载高速运行。
端子调试完成后,一定要记录端子功能表。
建议记录:
端子号。
信号名称。
来自哪里。
信号类型。
常开还是常闭。
有效状态。
对应功能。
备注。
例如:
DI1,运行命令,来自 PLC 输出,ON 有效,用于二线制启动。
DI2,故障复位,来自柜门复位按钮,脉冲有效。
DI3,反转命令,来自选择开关,ON 有效。
DI4,外部故障,来自热保护触点,断开报警。
RO1,运行反馈,送 PLC 输入。
RO2,故障反馈,送 PLC 输入。
有了端子功能表,后期维修人员一看就懂。
没有端子表,后期只能靠猜。
一台 G120C 由 PLC 输出控制启动。PLC 程序里输出点已经亮,触摸屏也显示启动命令有效,但变频器不运行。
维修人员没有马上改参数,而是先在面板诊断中查看 DI 状态。结果发现对应 DI 没有变化。
继续查线,发现 PLC 输出公共端接法和变频器 DI 回路不匹配,PLC 输出灯亮,但没有形成有效输入回路。
调整公共端接线后,DI 状态正常变化,变频器启动。
这个案例说明:
PLC 输出灯亮,不代表变频器收到信号。一定要看变频器 DI 状态。
一台风机采用二线制控制,柜门旋钮在运行位置。风机因故障停机后,维修人员处理完故障,直接按复位按钮。
复位后风机立即启动,现场人员吓了一跳。
原因很简单:
旋钮仍然在运行位置,运行命令一直有效。故障复位后,变频器重新接收到运行命令,所以启动。
后来现场增加了操作规程:复位前必须先将运行旋钮打到停止,确认现场安全后再复位。
这个案例说明:
二线制控制中,复位后的自动启动风险必须重视。
一台小输送机使用启动按钮和停止按钮控制。现场按住启动按钮时电机运行,一松手就停。
检查发现,参数中并没有设置三线制保持逻辑,启动 DI 只是被当作普通运行命令。启动按钮松开后,运行命令消失,所以电机停机。
重新按三线制逻辑设置启动和停止功能后,启动按钮按一下即可保持运行,停止按钮按下后停机。
这个案例说明:
三线制不是普通按钮接上就行,端子功能和控制逻辑必须匹配。
一台设备有正转和反转两个按钮。调试时发现偶尔按键切换方向会报警。
后来检查发现,正转按钮和反转按钮没有电气互锁,PLC 程序中也没有可靠互锁,导致某些瞬间正反转信号同时有效。
增加互锁逻辑后,要求必须先停止,再允许反向启动,故障消失。
这个案例说明:
正反转控制不能只靠操作员小心,必须通过电气或程序做互锁。
第一,变频器还在本地控制,就调端子启动。
第二,命令源没有设为端子。
第三,启动信号有效,但频率给定为 0。
第四,PLC 输出灯亮,却没有看 DI 状态。
第五,公共端接错。
第六,源型漏型接法不匹配。
第七,二线制复位后自动启动风险未处理。
第八,三线制启动不能保持。
第九,停止按钮常开常闭用错。
第十,正反转没有互锁。
第十一,外部故障输入一直有效还查启动参数。
第十二,复位端子保持太久或逻辑不对。
第十三,故障原因没处理就自动复位。
第十四,端子功能改了没有记录。
第十五,面板试机后没有切回远程。
这些错误都很常见,也是端子控制调试的重点。
西门子 SINAMICS 变频器外部端子启停,是现场最常见的控制方式之一。
端子启停调试时,必须先确认:
变频器处于远程控制。
命令源选择端子。
频率给定来源明确。
DI 状态能随外部信号变化。
DI 功能分配正确。
运行允许满足。
没有未处理故障。
二线制控制适合 PLC 输出、旋钮开关和保持型运行命令。它接线简单,但要特别注意复位后自动启动和上电后自动启动风险。
三线制控制适合启动按钮和停止按钮,符合传统人工操作习惯,但要正确设置启动、停止和保持逻辑。
正反转控制必须先确认机械是否允许反转,正反转信号必须互锁,方向调整后要重新低频确认。
故障复位端子只是清除故障状态,不是处理故障原因。复位前必须确认运行命令是否撤销、人员是否安全、故障原因是否处理。
PLC 控制变频器时,不能只看 PLC 输出灯,要看变频器 DI 状态。DI 不变化,先查接线和公共端;DI 变化但不运行,再查参数、命令源、频率给定和运行允许。
外部端子调试最重要的不是记住某一个参数,而是沿着信号链路查:
外部动作。
DI 状态。
DI 功能。
命令源。
运行允许。
频率给定。
输出频率。
输出电流。
电机动作。
这条链路清楚了,端子启停问题就容易排查。
下一篇继续讲:
西门子 SINAMICS 变频器调试教程第七篇:模拟量调速,0-10V、4-20mA 接线和参数思路。
第七篇会重点讲模拟量输入、AI 通道、电压电流模式、公共端、屏蔽、比例换算、频率上下限,以及为什么 PLC 输出了 10V,变频器却跑不到 50Hz。