西门子运动控制及驱动产品应用实例
2024年西门子杯运动控制
西门子运动控制器
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运动控制器类型
包括SIMOTION
的控制器等，满足不同应
用场景需求。
控制功能
支持多种运动控制功能， 如速度控制、位置控制、 同步控制等，实现高精度 运动轨迹。
编程与调试
提供直观的编程界面和调 试工具，简化运动控制器 的配置和调试过程。
电机产品
提供多种类型电机，如1FK7、 1FT6等，满足不同负载和速度要
求。
传感器种类
包括旋转编码器、线性编码器、压 力传感器等，实现精确的位置和速 度反馈。
应用领域
广泛应用于机床、印刷机械、包装 机械等领域，提高生产效率和产品 质量。
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西门子运动控制技术应用 案例
工业机器人应用案例
1 2 3
在智能制造、机器人等领域，运动控制技术的应用也越来越广泛，成为推动这些领 域发展的重要力量。
运动控制技术的发展水平直接影响着一个国家的工业自动化水平和制造业竞争力。
西门子在运动控制领域的贡献
西门子作为全球领先的工业自动化技术 供应商，在运动控制领域拥有深厚的技
术积累和丰富的产品线。
西门子提供的运动控制产品和解决方案 广泛应用于各种工业自动化领域，包括 机床、印刷机械、包装机械、纺织机械
物联网技术在运动控制领域的未来发展趋势
随着物联网技术的不断发展和应用，未来运动控制领域将 实现更加智能化、高效化和个性化的发展。
感谢您的观看
THANKS
等。
西门子还积极推动运动控制技术的创新 和发展，不断推出更加高效、智能的运 动控制产品和解决方案，为全球工业自
动化领域的发展做出了重要贡献。
02
运动控制基本原理
西门子S7-1200通过TO实现IS620F的位置控制
获取路径：运控原地->学习资料1 概述IS620F是苏州汇川公司自主研发的一款搭载profinet总线的新型伺服，它是汇川和西门子合作的产物。
支持prifidrive，并支持AC1、AC3、AC4三个应用类。
本文以 S7-1200连接IS620F 为示例，详细介绍了使用TIA Portal 软件完成项目的配置组态、轴的配置以及轴工艺对象的功能测试。
2 项目准备2.1实例的项目总览通过博途软件组态 S7-1200 T和 IS620F 驱动一起实现运动控制，任务如下：∙安装 IS620F 的GSD∙组态 S7-1200 和IS620F 的通信∙编写程序设备网络结构如图 2-1 所示：图 2-1 网络拓扑结构图2.2 使用的软硬件项目中使用的硬件如表 2-2 所示。
项目中使用的软件如表 2-3 所示。
表 2-3 使用的软件伺服驱动器准备1） 伺服电机为23位绝对值编码器电机，使用面板确认H00-00为14101， 2） H02-00=11(PN 总线控制)默认为11.3）H0201=0(增量位置模式)或H0201=1(绝对值位置线性模式). 4）驱动器PN 站名设置H0E21设置为1；H0E21（PN 站名）设置为1代表is620f1，设置为2代表is620f2， 多个IS620可以做区别；C o p y r i g h t S i e m e n s A G C o p y r i g h t y e a r A l l r i g h t s r e s e r v e d或者通过注意：设置IP地址时, IS620F不要连接PLCIS620F 在线后点击“设置工程名字->配置网络”，设置 IS620F 的 IP 地址及设备名称：注意：设置的设备名称一定要与 PLC 项目中配置的相同。
PN站名1代表is620f13 项目配置3.1 TIA 博途下项目配置3.1.1 添加 S7-1200 CPU 到项目中添加 S7-1200 CPU 到项目中操作步骤如表 3-1 所示。
《西门子PLC高级项目应用》第1章 工作台运动控制
MC_Reset指令
指令名称：确认故障
功能：用来确认“伴随轴停止出现的运 行错误”和“组态错误”。
使用要点：Execute用上升沿触发。
MC_Halt指令
指令名称：停止轴运行指令
功能：停止所有运动并以组态的减速度停 止轴。
使用技巧：常用MC_Halt指令来停止通过 MC_MoveVelocity指令触发的轴的运行。
扩展参数—主动回原点
①输入原点开关：设置原点开关的DI输入点。
②选择电平：选择原点开关的有效电平，也就是当 轴碰到原点开关时，该原点开关对应的DI点是高电 平还是低电平。
③允许硬件限位开关处自动反转：如果轴在回原点 的一个方向上没有碰到原点，则需要使能该选项， 这样轴可以自动调头，向反方向寻找原点。
基本参数—驱动器
①硬件接口： a 选择脉冲发生器：选择在“设备视图”中已组态的PTO。 b 信号类型：分成4种（前面已介绍过）。在这里以PTO（脉冲A 和方向B）为例进行说明。 c 脉冲输出：根据实际配置，自由定义脉冲输出点；或是选择系 统默认脉冲输出点。 d 激活方向输出：是否使能方向控制位。 e 方向输出：根据实际配置，自由定义方向输出点；或是选择系 统默认方向输出点。 f 设备组态：跳转到“设备视图”，回到CPU设备属性修改组态。 ②驱动装置的使能和反馈 g 选择使能输出：该使能信号的作用是让驱动器通电 h 选择就绪输入：驱动器在接收到使能信号之后准备好开始执行 运动时会向 CPU 发送“驱动器准备就绪”(Drive ready) 信号。
扩展参数—主动回原点
⑥逼近速度：寻找原点开关的起始速度，当程序中触发了MC_Home指令后，轴立即以“逼近速度”运行来寻 找原点开关。 ⑦参考速度：最终接近原点开关的速度，当轴第一次碰到原点开关有效边沿儿后运行的速度，也就是触发了 MC_Home指令后，轴立即以“逼近速度”运行来寻找原点开关，当轴碰到原点开关的有效边沿后轴从“逼近 速度”切换到“参考速度”来最终完成原点定位。“参考速度”要小于“逼近速度”，“参考速度”和“逼近 速度”都不宜设置的过快。在可接受的范围内，设置较慢的速度值。
S7-1200运动控制
S7-1200运动控制S7-1200运动控制根据连接驱动方式不同，分成三种控制方式，如下图所示1、PROFIdrive：S7-1200 PLC通过基于PROFIBUS/PROFINET的PROFIdrive方式与支持PROFIdrive的驱动器连接，进行运动控制。
2、PTO：S7-1200 PLC通过发送PTO脉冲的方式控制驱动器，可以是脉冲+方向、A/B正交、也可以是正/反脉冲的方式。
3、模拟量：S7-1200 PLC通过输出模拟量来控制驱动器。
对于固件V4.0及其以下的S7-1200CPU来说，运动控制功能只有PTO这一种方式。
目前为止，1个S7-1200 PLC最多可以控制4个PTO轴，该数值不能扩展。
S7-1200 运动控制—PROFI drive控制方式PROFI drive 是通过PROFIBUS DP和PROFINET IO 连接驱动装置和编码器的标准化驱动技术配置文件。
支持PROFI drive 配置文件的驱动装置都可根据PROFI drive 标准进行连接。
控制器和驱动装置/编码器之间通过各种PROFI drive 消息帧进行通信。
每个消息帧都有一个标准结构。
可根据具体应用，选择相应的消息帧。
通过PROFI drive 消息帧，可传输控制字、状态字、设定值和实际值。
『注意』固件V4.1开始的S7-1200CPU才具有PROFI drive的控制方式。
这种控制方式可以实现闭环控制。
S7-1200 运动控制--PTO控制方式PTO的控制方式是目前为止所有版本的S7-1200 CPU都有的控制方式，该控制方式由CPU向轴驱动器发送高速脉冲信号（以及方向信号）来控制轴的运行。
这种控制方式是开环控制。
S7-1200 运动控制--模拟量控制方式固件V4.1开始的S7-1200 PLC的另外一种运动控制方式是模拟量控制方式。
以CPU1215C为例，本机集成了2个AO点，如果用户只需要1或2轴的控制，则不需要扩展模拟量模块。
西门子 STEP 7 TIA Portal V16中S7-1200 Motion Control V
SIMATICSTEP 7TIA Portal V16中S7-1200 Motion Control V6.0升级为V7.0功能手册Siemens AG Digital Industries Postfach 48 4890026 NÜRNBERG A5E03790555-AGⓅ 10/2019 本公司保留更改的权利Copyright © Siemens AG 2011 - 2019. 保留所有权利法律资讯警告提示系统为了您的人身安全以及避免财产损失，必须注意本手册中的提示。
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合格的专业人员本文件所属的产品/系统只允许由符合各项工作要求的合格人员进行操作。
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按规定使用 Siemens 产品请注意下列说明：警告Siemens 产品只允许用于目录和相关技术文件中规定的使用情况。
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正确的运输、储存、组装、装配、安装、调试、操作和维护是产品安全、正常运行的前提。
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必须注意相关文件中的提示。
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西门子PLC应用80例(经典实例)
Q0.0 （）
I0.0 M0.0 M0.1 M0.2 Q0.0
（a） 梯形图
（b） 时序图
分频电路
用一个按钮来实现启 动和停止两种控制。
方法一：利用计数器 实现单按钮控制功能
I0.0 C9 M0.0 M0.1
2 M0.0 Q0.0
P
C9 CU CTU
M0.0 （）
M0.1 （）
R
C9
（6）当电梯位于3层时，若下方仅出现2层的向上外呼信号SB12，即1层的向 上外呼按钮SB11不按，则电梯下降到2层，由行程开关SQ2停止电梯下降。
（7）电梯在上升途中，不允许下降。 （8）电梯在下降途中，不允许上升。
下面我们逐条对上面的动作要求（1）～（8）用逻辑设计法进行设计：
对（2）：这条输出也是电梯上升，进入条件为 SQ1·SB12，退出条件为 SQ2 动作。因此， Q0.0 的逻辑方程为：
Q0.0 KM1 I0.4 SQ2
异步电动机主电路
PLC外部接线图
按钮连锁
软件互锁
解：1） 列出所有I/O点并分配地址
a) 代入开启条件
消铃信号
b) 将消铃信号变成长信号
消铃信号
c) 代入关断条件
消铃信号
d) 加入测试信号
消铃信号
3. 控制要求 （1）用启动和停止按钮控制电动机M运行和停止。在电动机运行时，被检 测的产品（包括正次品）在皮带上运行。
（1）控制任务：有3个抢答席和1个主持人席，每个抢答席上各有1个抢答 按钮和一盏抢答指示灯。参赛者在允许抢答时，第一个按下抢答按钮的抢
答席上的指示灯将会亮，且释放抢答按钮后，指示灯仍然亮；此后另外两
个抢答席上即使在按各自的抢答按钮，其指示灯也不会亮。这样主持人就
西门子运动控制系统.
生产机械制造行业的范例- SIMOTIONSIMOTION是一个全新的西门子运动控制系统，它是世界上第一款针对生产机械而设计的控制系统，将运动控制，逻辑控制及工艺控制功能集成于一身，为生产机械提供了完整的解决方案。
机械运动越来越复杂，对速度及精度的要求也越来越高。
SIMOTION面向的行业主要是包装机械，橡塑机械，锻压机械，纺织机械，以及其他生产机械领域，正是针对复杂运动控制而推出的全新运动控制系统。
SIMOTION运动控制系统：∙由一个系统来完成所有的运动控制任务∙适用于具有许多运动部件的机器SIMOTION系统具有三个组成部分∙工程开发系统工程开发系统可以实现由一个系统解决所有运动控制、逻辑及工艺控制的问题，并且它还能够提供所有必要的工具，从编程到参数设定，从测试调试到故障诊断。
∙实时软件模块这些模块提供了众多的运动控制及工艺控制功能。
针对某一特定的机器所需的功能，灵活地选择相关的模块。
∙硬件平台硬件平台是SIMOTION运动控制系统的基础。
使由工程开发系统所开发的且使用了实时软件模块的应用程序可以运行在不同的硬件平台上，用户可以选择最适合自己机器的硬件平台。
SIMOTION的不同之处在于，可按任务层次划分的系统，具有灵活的功能，且使用同一种工程开发工具。
SIMOTION 运动控制系统可连接三种硬件平台，即：∙SIMOTION D-集成在驱动器中的紧凑型系统。
SIMOTION D的功能是集成在新的SINAMICS S120多轴驱动系统的控制模板上。
使之成为一个极其紧凑的拥有控制器及驱动器的系统。
将运动控制与驱动器功能集成在一起，使得系统具有极快的响应速度。
o典型应用领域根据其紧凑的设计，以及集成于驱动器上这一特点，SIMOTION D特别适用于：▪小型机械▪分布式自动化结构，例如拥有多轴的机器▪模块化设计的机器，也可以与SIMOTION P或SIMOTION C配合使用▪实时性要求极高的多轴耦合应用∙SIMOTION C -模块化与灵活性SIMOTION C230-2控制器是装配在S7-300机壳中。
S7 200SMART介绍
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微处理器
执行用户程序，处理数据 ，控制整个系统的运行。
存储器
包括程序存储器和数据存 储器，用于存储用户程序 、数据和系统参数。
系统总线
连接CPU模块内部各部件 ，实现数据传输和控制信 号传递。
输入/输出模块
数字量输入模块
接收来自现场设备的数字量信号，将其转换为CPU模块能处理的 信号。
软件特点
直观易用的界面，支持多种编程语言，集成仿真功能，提供丰富的库函数和指 令系统。
编程语言与指令系统
编程语言
支持LAD（梯形图）、STL（语句表 ）、FBD（功能块图）三种编程语言 ，满足不同用户需求。
指令系统
提供丰富的指令集，包括基本指令、 功能指令、特殊功能指令等，可实现 复杂的控制逻辑。
通信协议与数据传
Modbus RTU协议
S7 200SMA现数据的 读取和写入。
TCP/IP协议
通过以太网接口，S7 200SMART使用TCP/IP协议与上位机、其他PLC等设备通信，实 现远程监控和数据传输。
PPI协议
PPI协议是西门子PLC专用的通信协议，S7 200SMART可通过PPI电缆与其他西门子 PLC进行通信。
解决问题。
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S7 200SMART应用实例
实例一：简单逻辑控制
逻辑控制功能
S7 200SMART可以实现基本的逻辑控制功能，如 与、或、非等逻辑运算。
顺序控制
该控制器支持顺序控制功能，可以实现按照预设 顺序依次执行的控制任务。
定时器和计数器
S7 200SMART内置定时器和计数器功能，方便实 现定时和计数控制需求。
S7 200SMART介绍
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SIMOTION D 运动控制系统，用其独有而又灵活的编程软件，以及集成的多种标准 运动控制包，很方便的实现卷曲、飞剪、角同步以及 CAM 等复杂的工艺功能。与 SINAMICS S120 的无缝结合，将为工业领域提供完整的驱动解决方案。
在收集应用实例的过程中，得到了西门子各部门同事们及合作伙伴和许多客户的大 力支持，在此深表感谢！我们将尽全力为各个工业及基础建设领域提供最好的控制 及驱动解决方案！
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运动控制及驱动产品应用实例
钢铁 Iron & Steel
一．首钢京唐托盘运输工程
项目简介 Project Introduction 首钢京唐 1580 热轧钢卷物流运输系统— 双排式托盘运输。双排式托盘运输方式 可以在热轧卷取区直接收卷，不需要天车 辅助。承载托盘在运输辊道上，根据需要 可自动直接被运送到冷轧原库、热轧成品 库、平整分卷的原料库等多个不同的目的 地，无论是转向还是改变运输高度都可灵 活实现。中间过程不需要人工干预。根据 各工序的实际情况，自动化系统还可自动
亮点及客户受益 Highlight and Benefits • S120 变频调速器提供了多种电机控制模式，既能采用矢量控制方式控制普通的交流 感应电机也能采用位置控制方式控制伺服电机，大大减少了所需控制单元种类，易 于维护、替换、备件 • 同一 CU320 控制单元下的各传动点之间能快速进行数据交换，可以高速实现负荷平 衡等控制功能 • 集成的 Profibus-DP 接口，容易和上位机连接，并且由于一个 CU320 集中控制多台 变频调速器，大大减少了 DP 从站的数量
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运动控制及驱动产品应用实例
钢铁 Iron & steel
三．湘钢 5M 厚板轧机项目
项目简介 Project Introduction
湘潭钢铁集团有限公司 5 米宽厚板轧机 工程，本工程由上海宝信软件股份有限 公司设计调试，采用 SIEMENS 公司的 SINAMICS S120 产品。共设置 50 段直流 母线 498 套逆变器及独立 6 台变频器。
注：想了解书中项目更详细的情况，请与工业业务领域驱动技术集团运动控制部项 目部门联系。
SINAMICS 系列变频器
简单应用
一般应用
低压
复杂应用
中压
高压大容量应用
SINAMICS G110
SINAMICS G120
SINAMICS G120D
SINAMICS G130 SINAMICS G150
了 100 多个 DP 站 • 占用柜内空间小，维护简单方便 • 横移车控制用 2 台电机控制，S120 主从控制简单方便
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运动控制及驱动产品应用实例
钢铁 Iron & steel
二．衡水高速电镀锡生产线
项目简介 Project Introduction 河北钢铁集团衡水板业有限公司的 400m/min 高速电镀锡生产线，是目前国内自主设 计制造的最快的电镀锡生产线，生产能力 20 万吨/年。生产线采用不溶阳极电镀、变 频电阻软熔、边缘罩伺服控制、全线张力闭环控制等先进的生产及控制技术，确保产 品质量达到国际先进水平。传动系统全部采用西门子最新的 SINAMICS S120 变频器
V/f 控制/矢量控制
0.8MW ... 120MW
大型泵和压缩机、 大型轧机、 大型搅拌机和挤出机 大型矿井提升机
G_D011_EN_00164a
SINAMICS G
SINAMICS S
搅拌机/粉碎机
泵/风机/压缩机
挤出机
金属加工机械 轧钢机
皮带运输系统
纺织机
木材加工机械
包装机
机床 印刷机和造纸机
实现钢卷运输的局部存储，为下游的故障处理提供缓冲时间，从而不影响上游工序的 生产。整个运输过程中钢卷不需要倒运，不需要采用铁路和汽车运输。可采用全自动 化操作，减少了作业人员。取消了天车上卷的操作，提高了成材率，减少了工厂的占 地面积，是现有的各种运输方式中运输功最小、物流运输周期最短的方式，完全满足 冶金流程工程学对钢厂生产中运输问题的各项要求。 托盘运输系统自动化集成度高，具有灵活、高效的顺序控制。整个系统控制采用西门 子 PLC 3 套（CPU416），现场 17 个操作柜均采用西门子触摸屏 。双排式托盘运输系 统辊道长，现场电机多，传动采用西门子高品质 SINAMICS 家族 S120 产品，运输辊道 在生产中要求快起、快停，定位准确。传动控制采用整流回馈+电机模块的控制方式， 整流模块选用 SLM 2 台（250kW），电机模块 168 台（4kW－32kW），自动化控制 灵活、可靠。
G_D211_EN_00137
运动控制及驱动产品应用实例
运动控制及驱动产品应用实例 Motion Contrl and Drive System Industry Reference
钢铁 Iron & Steel 有色金属 Non-Ferrous 造纸机械 Paper 煤矿 Coal Mining 石油、天燃气、石化、化工 OGPC 电力 Power 地铁 Metro 机场、市政 Infrastructure
0.12kW ... 4500kW
75kW ... 1200kW
生产线加工设备：轧机，纸机，辊道 低压大型处理设备：钻机，大型传送 带，实验台，港机 精密加工设备：如包装机、纺织机、 印刷机、注塑机、机床
试验台、离心 机，提升机
SINAMICS GM150 SINAMICS SM150 SINAMICS GL150
S7-PLC1
操作站
CU320 电机模块 电机模块
CU320 电机模块 电机模块
CU320 电机模块 电机模块
SMC30 SMC30
SMC30 SMC30
SMC30 SMC30
亮点及客户受益 Highlight and Benefits
• 设备要求快速停车，有提升装置。整流回馈节能 • 配置上 1 个 CU320 挂四个电机模块（矢量控制），减少了 DP 通讯的故障率，减少
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SC11_45 1
10
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SC31_19 2
8
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SE11_40 SE11_39 SE11_38 SE11_37 SE11_36 SE11_35 SE11_34 SE11_33
TT2---TT4
TT4---TT2
6
3
SC31_20
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4
SC11_46 4
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SE21_03
SC21_03 5
SE11_41 1
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运动控制及驱动产品应用实例
钢铁 Iron & steel
系统配置图 System Configuration 该自动控制系统采用分级控制系统，包括 L0 现场执行级，L1 基础自动化级和 L2 过程 控制级，并为 L3 生产控制级预留了接口。 HMI 系统基于西门子 WINCC 平台开发，采用服务器/客户端网络结构。 L1 基础自动化级控制系统的 PLC 采用西门子 SIEMENS 高性能 S7-416-3DP 可编程控制 器。该 PLC 适用于中、大规模复杂快速的自动化生产线，具有高速指令处理功能。通 过 PROFIBUS-DP 总线，PLC 与入口、工艺、出口的远程 I/O 模块、西门子 S120 变频调 速器及其它站点连接，组成了高速、可靠、并有很强扩展性的工业控制网络。 L0 现场执行级传动电机及伺服电机的驱动装置采用西门子 S120 驱动器，由两台并联 整流单元统一提供直流母线电源，这种配置方式使得处于发电或电动状态的设备控制 单元之间可以通过中间回路进行能量交换，大量减少电耗并能防止由此引发传动装置 的电源波动。
西门子运动控制及驱动产品应用实例
Answers for industry.
前言
进入二十一世纪以来人们对于生活品质的要求越来越高，与之相关的工业领域正以 前所未有的速度高速发展。与此同时我们生存的环境也受到越来越大的破坏，气候 变暖，污染严重，能源匮乏，交通拥堵。越来越多的人们已经意识到“可持续发 展”的重要性，由此一场根本性的技术变革正席卷全球，这一变革可以描述为“向 清洁、创新、节能型、低碳型技术及环境友善型基础设施转变”。做为这场技术变 革的收益者及推动者，西门子公司以自己最新的技术、产品以及综合解决方案服务 于全球工业界，“高效、灵活、节能”是我们的核心目标及价值体现。
工艺流程图 Work Flow Chart 生产线由左至右，生产线由以下几段组成：开卷段、焊接段、前活套、前处理段、拉 矫段、酸洗段、电镀段、软熔段、钝化段、涂油段、后活套、质检段、卷取段。 钢带在工艺段经过化学脱脂、电解脱脂、拉矫、电解酸洗后，采用不溶性阳极技术的 弗洛斯坦法，在钢带表面镀上特定厚度的锡层。再经过软熔后，一部分锡和带钢起反 应生成锡铁合金层提高电镀锡板的抗腐蚀性能。最后在钝化涂层后利用静电涂油方式 在成品表面涂上 2~5mg/m2 的保护油膜。
SINAMICS S120 变频调速装置适用于带有 集中进线整流，公共直流母排的多电机传 动系统。控制器通过 DRIVE-CLiQ（传动内部的通讯总线）对装置进行控制。
本系统的整流单元采用 S120 系统中的整流/回馈装置 SLM。电机模块采用 6SL3120 和 6SL3320 内置风冷系列。
S120 产品构成公共直流母线方式，传动系统供电顺序为：整流变压器 → 进线柜 → 电 源模块（SLM）→ 公共直流母线 → 电机模块（S120）→ 出线电抗器 → 现场设备。