Siemens G120 vs. S120: Hauptunterschiede und Wahl

Siemens G120 vs. S120: Hauptunterschiede und Auswahl

1. Einführung

Sowohl der Siemens SINAMICS G120 als auch der SINAMICS S120 sind mit einem PID-Prozessregler ausgestattet – dennoch unterscheiden sich die beiden Antriebe deutlich in Funktionsaufbau, Anwendungsbereich und Leistungsmerkmalen. Die Wahl der falschen Plattform kann zu übermäßigem Engineering oder zu geringer Leistung führen, was beides erhebliche Kostenfolgen nach sich zieht.

In diesem Artikel werden G120 und S120 in vier Kerndimensionen verglichen: Kernfunktionen und -architektur, Parameterkonfiguration, Anwendungsszenarien und Leistungsoptimierung. Ganz gleich, ob Sie OEM-Ingenieur, Systemintegrator oder Beschaffungsspezialist sind, dieser Leitfaden hilft Ihnen dabei, den richtigen Siemens-Antrieb für Ihr Projekt zu finden.

2. Produktübersicht

2.1 Siemens SINAMICS G120

Der SINAMICS G120 ist ein modularer, universeller Frequenzumrichter für Standard-Industrieanwendungen. Es verbindet eine Steuereinheit (CU) mit einem Leistungsmodul (PM), das je nach Leistungs- und Gehäuseanforderungen unabhängig ausgewählt werden kann.

• Leistungsbereich: 0,37 kW – 250 kW (3AC 380V Standard)
• Steuermodi: V/f, Vektor mit offenem Regelkreis, Vektor mit geschlossenem Regelkreis
• Eingebauter PID-Regler für Füllstand, Temperatur, Druck und Geschwindigkeit
• Kommunikation: PROFIBUS, PROFINET, USS, Modbus RTU
• Sicherheit: STO (Safe Torque Off) serienmäßig
• Gehäuse: IP20-Standard; IP55 über Durchsteckmontage

Standardmäßig ist der G120-Ausgang an den Drehzahlsollwert (P1070) gebunden. Das Einbringen von physikalischen Größen Dritter wie Drehmoment oder Position erfordert die Einstellung von P1501 = 1, um diese Bindung aufzuheben. Die analoge Sprungantwort beträgt typischerweise mehr als 10 Sekunden, wodurch sich der G120 am besten für eine stabile Steady-State-Steuerung statt für schnelle Transientenanwendungen eignet.

2.2 Siemens SINAMICS S120

Der SINAMICS S120 ist ein leistungsstarkes, modulares Antriebssystem für anspruchsvolle Motion Control- und Prozessanwendungen. Dank der gemeinsamen DC-Bus-Architektur können mehrere Motormodule ein einziges Line Module gemeinsam nutzen und so den Energieaustausch zwischen den Achsen ermöglichen.

• Leistungsbereich: 0,12 kW – mehrere MW
• Steuermodi: Vektor, Servo, V/f
• Erweiterter PID mit automatischer Abstimmung, zwei skalierbaren Sollwerten und f(x)-Funktionsblöcken
• Encoder-Feedback für Servomodus erforderlich; flexibler Ableitungskanal für komplexe PID
• Sicherheit: STO, SS1, SLS, SDI, SOS, SSM – bis zu SIL 2 / PLe (Kat. 4)
• Kommunikation: PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP, DRIVE-CLiQ

Der Differenzialkanal des S120 kann frei mit Regelabweichung oder tatsächlichen Messwerten verbunden werden. Diese Fähigkeiten machen es überall dort zur bevorzugten Wahl, wo die Architektur des G120 an ihre Grenzen stößt.

3. Spezifikationsvergleich

4. Erklärte Hauptunterschiede

4.1 Kernarchitektur und PID-Fähigkeit

Der G120 unterstützt eine einfache PID-Regelung mit geschlossenem Regelkreis für Flüssigkeitsstand, Temperatur und Druck – ideal für Lüfter, Pumpen und ähnliche Lasten, bei denen die Anforderungen an die dynamische Reaktion gering sind. Sein Single-Loop-PID ist einfach zu konfigurieren und hat sich in Versorgungs- und HVAC-Anwendungen bewährt.

Der S120 bietet eine wesentlich umfassendere Steuerungsumgebung: Flüssigkeitsstand, Temperatur, schwebende Rollenposition, Spannung und eine koordinierte Steuerung mit mehreren Variablen werden nativ unterstützt. Es verfügt außerdem über zwei skalierbare Sollwerte, einen flexiblen elektrischen Stellungsregler und einen Rampenfunktionsgenerator.

4.2 Dynamische Reaktion

Die analoge Sprungantwort des G120 beträgt typischerweise mehr als 10 Sekunden – gut geeignet für die Steady-State-Steuerung, aber begrenzt für schnelle Transientenanwendungen. Der S120 liefert aktuelle Steuerungszykluszeiten von nur 62,5 μs, was für CNC-, Robotik-, Druck- und Wickelanwendungen unerlässlich ist.

4.3 Sicherheitsfunktionen

Beide Antriebe unterstützen STO (Safe Torque Off). Der S120 bietet zusätzlich eine nach IEC 62061 (SIL 2) und ISO 13849 (PLe / Cat 4) zertifizierte Sicherheitsbibliothek:

• SS1 – Sicherer Stopp 1
• SLS – Sicher begrenzte Geschwindigkeit
• SDI – Sichere Richtungsanzeige
• SOS – Sicherer Betriebsstopp
• SSM – Safe Speed ​​Monitor

4.4 Systemintegration und Skalierbarkeit

Der G120 lässt sich über PROFIBUS oder PROFINET integrieren, wobei jede Einheit unabhängig konfiguriert wird. Der S120 lässt sich über DRIVE-CLiQ tief in TIA Portal und SINUMERIK integrieren und ermöglicht so eine automatische Parameteridentifizierung und zentrale Diagnose. Bei einer 6-Achsen-Verpackungslinie reduzierte die DRIVE-CLiQ-Integration die Inbetriebnahmezeit um etwa 40 %.

5. PID-Parameterkonfiguration

5.1 G120 PID-Setup

Aktivieren Sie PID, indem Sie P2200 = 1 setzen. Sollwertquelle: P2253 = r2050.1 (PROFINET) oder r755.0 (AI0). Rückmeldung: P2264 = r755.0. Für die Bar-Druckregelung stellen Sie P595 = 3 und P596 = 10 ein (100 % = 10 bar).

5.2 S120 PID-Setup

S120 PID erfordert die Anpassung der P-, I- und D-Parameter entsprechend den dynamischen Eigenschaften des gesteuerten Objekts. Der Logikinvertierungsparameter P2306 muss sorgfältig konfiguriert werden. Die Autotuning-Funktion des S120 identifiziert automatisch Motormodellparameter und optimiert PI-Einstellungen, wodurch der Inbetriebnahmeaufwand erheblich reduziert wird.

6. Typische Anwendungsbeispiele

6.1 G120-Anwendungsszenarien

Regelung der Lüftergeschwindigkeit:G120 paart sich mit einem Anemometer für konstante Windgeschwindigkeit. PID-Zeitkonstanten liegen typischerweise im Bereich von mehreren zehn Sekunden – ideal für die stationären Stärken des G120.

Wasserversorgung mit konstantem Druck:Drucksensor + Pumpe + integriertes PID sorgen für einen stabilen Wasserdruck bei moderaten dynamischen Reaktionsanforderungen.

Konstanttemperaturregelung:Temperatursensoren mit PID-Schleife ermöglichen eine präzise Regelung von Heiz- oder Kühlsystemen.

Fallbeispiel – Wasseraufbereitungsanlage:G120 mit PROFINET steuert 12 Pumpenmotoren über SCADA. Dank der integrierten PID ist kein separater Prozessregler erforderlich, wodurch die Panelkosten um etwa 20 % gesenkt werden.

6.2 S120-Anwendungsszenarien

Steuerung der schwebenden Rollposition:S120 reagiert schnell auf externe Störungen und sorgt für eine stabile und zuverlässige Positionierung in kontinuierlichen Prozesslinien.

Spannungskontrolle:Durch die präzise Einstellung des Motorausgangsdrehmoments wird eine genaue Kontrolle über Spannungsschwankungen beim Aufwickeln und Drucken erreicht.

Koordinierte Mehrgrößenregelung:Gleichzeitige Regulierung von Flüssigkeitsstand und Durchfluss mit zwei skalierbaren Sollwerten für komplexe Steuerungsanforderungen.

Fallbeispiel – Hochgeschwindigkeitsverpackungslinie:S120 mit 6 synchronisierten Achsen ersetzte ein hydraulisches Servosystem. Der Durchsatz stieg um 30 %, der Energieverbrauch sank um 15 % und die Kosten für die hydraulische Wartung entfielen.

7. So wählen Sie aus: Entscheidungsleitfaden

Wählen Sie G120, wenn:

• Ihre Last ist eine Pumpe, ein Ventilator, ein Förderband, ein Kompressor, ein Mischer oder eine Zentrifuge
• Die Geschwindigkeitsgenauigkeit unter V/f oder Open-Loop-Vektor (≥ ±0,5 %) ist akzeptabel
• Sie benötigen einen kostengünstigen Standalone-Antrieb mit einfacher PID-Verkabelung
• Es ist eine kompakte IP55-Durchsteckmontage erforderlich
• Das Budget ist eine primäre Projektbeschränkung

Wählen Sie S120, wenn:

• Ihre Maschine erfordert Präzision auf Servoebene oder eine schnelle Drehmomentreaktion (< 10 ms).
• Sie müssen zwei oder mehr Motorachsen synchronisieren
• Die Anwendung umfasst CNC, Robotik, Drucken, Wickeln oder Spannungssteuerung
• Erweiterte funktionale Sicherheit (SS1, SLS, SDI – SIL 2) muss zertifiziert sein
• Die Energierückgewinnung zwischen den Achsen ist wichtig für die Betriebskosten

8. Leistungsoptimierung

G120:Die adaptive Funktion (Firmware V4.7.13+) passt die PID-Zeitkonstanten automatisch an. Der Feinabstimmungsmodus (P2251 = 1) ermöglicht eine präzise Regelung nahe dem Sollwert. Die f(x)-Funktion unterstützt nichtlineare Eigenschaften wie Propellerblattkurven ohne externe Geräte.

S120:Durch die automatische Identifizierung entfallen manuelle PI-Tuning-Iterationen. Die P/I/D-Anpassung zielt auf Schwingungen und stationäre Abweichungen ab. Mehrzonen- und Kaskadenstrategien berücksichtigen Prozessdynamiken, die über die Fähigkeit einer Einzelschleife hinausgehen.

9. Kosten und Gesamtbetriebskosten

Ein G120 für einen 15-kW-Motor kostet normalerweise 30–50 % eines entsprechenden S120-Systems. Die Gesamtbetriebskosten sollten jedoch auch Folgendes berücksichtigen:

• Schalttafelplatz und Verkabelung:Der gemeinsame DC-Bus des S120 reduziert den Verkabelungsaufwand in Mehrachssystemen
• Energieeinsparungen:Die regenerativen Module S120 können die Energiekosten bei Anwendungen mit häufigem Bremsen um 10–25 % senken
• Wartung:Beide Plattformen unterstützen die vorausschauende Diagnose über PROFINET
• Ingenieurzeit:S120 mit TIA Portal und DRIVE-CLiQ kann bei komplexen Projekten die Inbetriebnahmezeit um bis zu 40 % verkürzen

Bei Einzelmotoranwendungen ist G120 bei den Gesamtbetriebskosten fast immer der Gewinner. Bei Systemen mit mehr als 3 Achsen ist S120 häufig kostenmäßig wettbewerbsfähig, wenn Energierückgewinnung und geringerer Verkabelungsaufwand berücksichtigt werden.

10. Allgemeine Modellreferenzen

Hinweis: Überprüfen Sie die Artikelnummern immer mit dem Siemens SIZER-Konfigurator oder wenden Sie sich an Ihren autorisierten Händler, da Optionen Auswirkungen auf den Bestellcode haben.

Abschluss

Sowohl der Siemens SINAMICS G120 als auch der S120 sind herausragende Produkte in ihren jeweiligen Domänen:

• G120= das richtige Werkzeug für standardmäßige industrielle Antriebsanwendungen (Pumpen, Lüfter, Förderbänder, Kompressoren)
• S120= das richtige Werkzeug für Bewegungssteuerung, hochpräzise Mehrachsen- und erweiterte Prozesssteuerung

Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Plattform für Ihre Anwendung geeignet ist, wenden Sie sich mit Ihren Motorspezifikationen, Lasttyp und Steuerungsanforderungen an unser Engineering-Team. Wir liefern Original-Siemens-SINAMICS-Antriebe G120 und S120 mit vollständiger Dokumentation, Garantie und technischem Support.