西門子驅(qū)動模塊6SL3120-2TE21-0AD0

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SIMOTION IT：用于輕松訪問控制數(shù)據(jù)和機器數(shù)據(jù)的三種技術(shù)

SIMOTION IT：通過 Internet 實現(xiàn)服務(wù)和診斷

通過采用標準 IT 協(xié)議（如 HTTP），SIMOTION 控制器可以使用集成的以太網(wǎng)或 PROFINET 接口與其他設(shè)備進行通信。借助 SIMOTION IT 中集成的網(wǎng)絡(luò)功能，機器制造商和用戶無需使用額外的工程工具即可輕松對生產(chǎn)機器進行調(diào)試、診斷和維修。

SIMOTION IT提供了三種不同技術(shù)：

SIMOTION IT DIAG 和 SIMOTION IT OPC XML-DA 均在 SIMOTION 控制器上建立一個通信服務(wù)器。通過工業(yè)以太網(wǎng)/PROFINET，客戶端 PC 可訪問 SIMOTION 控制器中的數(shù)據(jù)，以便實現(xiàn)診斷或維修目的或者進行可視化。

SIMOTION IT 虛擬機在 SIMOTION 控制器上建立一個 Java 運行環(huán)境。這意味著可以在 SIMOTION 控制器中執(zhí)行 Java 應(yīng)用程序。因此，您可以開發(fā)自定義程序，以執(zhí)行調(diào)試、維修和預(yù)防性維護。

SIMOTION IT 許可

對于 V4.2 和更高版本的 SIMOTION Kernel，僅需要購買一個許可證來支持 SIMOTION IT 虛擬機。在此情況下，SIMOTION IT 功能 IT DIAG 和 OPC XML-DA 都包含在 SIMOTION 控制器的標準固件中，因此不需要使用許可證。

注： 
對于版本早于 V4.2 的 SIMOTION Kernel 版本，仍需要購買 SIMOTION IT 功能 DIAG 和 OPC XML-DA 的許可證。必須根據(jù)相關(guān)軟件選件來獲得許可證。對于 SIMOTION Kernel V4.2 或更低版本，SIMOTION IT 虛擬機許可證可繼續(xù)充當(dāng) SIMOTION IT DIAG、OPC XML-DA 和虛擬機的組合許可證。

SIMOTION IT DIAG (web server)

SIMOTION控制器帶有一個集成于其運行系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。使用 SIMOTION IT DIAG 執(zhí)行各種應(yīng)用時，SIMOTION 控制器中存儲的一系列預(yù)定義網(wǎng)頁，提供了以下信息和功能：

• 設(shè)備信息
  有關(guān)設(shè)備的固件版本、硬件組件和工藝對象的詳細信息

• 診斷
  有關(guān)設(shè)備資源的信息，例如：CPU 負載、內(nèi)存使用率、任務(wù)持續(xù)時間和運行狀態(tài)、診斷緩沖區(qū)、擴展診斷緩沖區(qū)和工藝對象報警、軸概覽、監(jiān)控表和運行狀態(tài)跟蹤
  SIMOTION D 的診斷頁面還顯示集成 SINAMICS 驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動報警、驅(qū)動診斷緩沖和參數(shù)。

• 運行狀態(tài)跟蹤
  單擊鼠標即可將記錄的數(shù)據(jù)加載到 PC。用于的 Web 跟蹤查看器 (Web Trace Viewer) 提供了用于評估所記錄數(shù)據(jù)的廣泛選項：圖形顯示，具有縮放和兩用測量光標。
  SIMOTION D 以直接下載的形式來提供 Web 跟蹤查看器。Web 跟蹤查看器與 Windows XP 和 Windows 7 32/64 位 Professional 或 Ultimate 兼容。

• 系統(tǒng)跟蹤
  同 SCOUT 一樣，可對系統(tǒng)中的不同控制器啟動分布式跟蹤。

• 訪問設(shè)備文件系統(tǒng)
  可使用 Internet 瀏覽器存儲和訪問 SIMOTION 控制器文件系統(tǒng)中特定目錄中任意數(shù)量的文件。因此，可以將文檔和維修說明直接存儲在控制器中。

• 項目更新和固件更新
  可使用專門的網(wǎng)頁來更新 SIMOTION 項目以及 SIMOTION 控制器的固件。

• 訪問保護
  SIMOTION IT 具備豐富的安全功能，例如，安全等級、用戶管理和訪問保護等?？蓡为毑捎盟袇f(xié)議 (HTTP/HTTPS/FTP/net)。

• 特定用戶的網(wǎng)頁
  用戶可創(chuàng)建自定義網(wǎng)頁并將其保存在 SIMOTION 控制器中?！癝erver side includes"用于訪問這些網(wǎng)頁中的 SIMOTION 變量。這是一個的 HTML 語法擴展，用于將所選變量的值插入到網(wǎng)頁中。

可以對 SIMOTION 變量進行讀寫訪問。Java 腳本或程序和 AJAX 可用于執(zhí)行 web 頁面中的當(dāng)前運行和顯示功能，使用 Internet 瀏覽器可在客戶 PC 上執(zhí)行該 web 頁面。該功能受到現(xiàn)在 Java 腳本庫支持。

SIMOTION IT DIAG 的標準頁面與 SIMATIC 控制器頁面采用相同的設(shè)計。維修概覽和監(jiān)控表可同時在單獨的窗口中打開。

可使用當(dāng)前所有的 Web 技術(shù)工具 (HTML4/HTML5) 來創(chuàng)建用戶頁面。

SIMOTION IT OPC XML-DA

SIMOTION 控制器在運行系統(tǒng)中集成了一個 OPC XML-DA 服務(wù)器。OPC XML-DA 是 OPC 基金會定義的接口，它基于標準的 IT 協(xié)議 HTTP?？蛻舳税l(fā)出的數(shù)據(jù)請求以 XML 格式編碼，然后通過 HTTP 協(xié)議傳送給 SIMOTION。這些數(shù)據(jù)由集成的 OPC XML DA 服務(wù)器加以分析，然后按照相同路徑將應(yīng)答傳送給客戶端。

因此，在不限操作系統(tǒng)的任何客戶端系統(tǒng)上，可以采用不同的編程語言（C#、Visual Basic、Java、JavaScript）創(chuàng)建 HMI 應(yīng)用程序。

該應(yīng)用程序使用 SIMOTION 變量的符號名稱，因此與 SIMOTION SCOUT 數(shù)據(jù)庫僅存在松散的符號相關(guān)性。無需進行符號導(dǎo)出，類似于在 SIMATIC NET OPC DA 服務(wù)器上執(zhí)行的基于 Windows 的流程。這可確?？蛻舳藨?yīng)用程序版本和 SIMOTION 項目版本不會出現(xiàn)一致性問題。

OPC XML-DA 服務(wù)器提供下列功能，以訪問 SIMOTION 控制器的數(shù)據(jù)：

• 對 SIMOTION 變量進行讀寫訪問

• 訪問診斷緩沖區(qū)、擴展的診斷緩沖區(qū)和工藝報警對象

• 通過 SIMOTION 變量實現(xiàn)的符號瀏覽功能

• 使用“訂閱"功能智能化輪詢變量

• 必要時可以設(shè)置訪問保護（采用密碼）。

SIMOTION IT OPC XML DA 直接集成在 SIMOTION Kernel 中。功能的響應(yīng)方式符合 OPC 基金會“OPC XML-DA 規(guī)范版本 1.01"的規(guī)定。

注：
SIMOTION 提供了兩種通過 OPC 實現(xiàn)的不同訪問方法。一種是上文介紹的通過 OPC XML-DA 訪問，一種是通過 OPC DA 進行訪問。OPC DA 要求客戶端 PC 上裝有 SIMATIC NET 軟件包，詳細信息，請參見“OPC 服務(wù)器"部分。

關(guān)于 OPC 的詳細信息，請訪問：

SIMOTION IT 虛擬機

SIMOTION 控制器的運行系統(tǒng)中集成了 Java 運行環(huán)境（虛擬機）。此功能的使用將通過“SIMOTION IT DIAG"許可證進行許可。

在安裝 SIMOTION IT 虛擬機的 SIMOTION 控制器上，可以執(zhí)行 Java 應(yīng)用程序?？墒褂脩裟軌蜃孕虚_發(fā)用于調(diào)試、服務(wù)及預(yù)防性維護的程序和方案。

這些程序可以采用目前市場上提供的標準開發(fā)工具創(chuàng)建，例如：Eclipse 或 NetBeans。創(chuàng)建完畢后，便可以將其通過在線方式下載到 SIMOTION 控制器中。與 SIMOTION SCOUT 沒有任何關(guān)系。

SIMOTION 控制器上的所有 Java 應(yīng)用程序都在非同步任務(wù)中運行，而不是在實時任務(wù)中運行。

Java 環(huán)境通過特殊的系統(tǒng)函數(shù)向 SIMOTION 運行系統(tǒng)提供了一個接口 (API)?？捎玫墓δ苋缦拢?/p>

• 對 SIMOTION 變量進行讀寫訪問

• 對非易失性存儲器 (NVRAM) 進行讀寫訪問

• 使用系統(tǒng)功能（工藝對象的功能）

• 使用設(shè)備中的標準 Java 類別（文件訪問、網(wǎng)絡(luò)功能、字符串功能等）

• 創(chuàng)建小服務(wù)程序 - 小服務(wù)程序適用于執(zhí)行控制器與特定 Web 應(yīng)用程序之間的用戶特定交互

西門子驅(qū)動模塊6SL3120-2TE21-0AD0

機電一體化智能大流量電動執(zhí)行機構(gòu)的研究
 

在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機構(gòu)起著十分重要的作用，它是自動控制系統(tǒng)中*的組成部分。現(xiàn)有的國產(chǎn)大流量電動執(zhí)行機構(gòu)存在著控制手段落后、機械傳動機構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機構(gòu)的全程運行速度取決于其電機的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。整個機構(gòu)缺乏完善的保護和故障診斷措施以及必要的通信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不便與計算機聯(lián)網(wǎng)。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動執(zhí)行機構(gòu)的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線等技術(shù)在工業(yè)過程中的應(yīng)用，這種執(zhí)行機構(gòu)已遠遠不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。筆者設(shè)計的大流量電動執(zhí)行機構(gòu)，采用機電一體化技術(shù)，將閥門、伺服電機、控制器合為一體，利用異步電動機直接驅(qū)動閥門的開與關(guān)。通過內(nèi)置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)閥門的動作速度、精確定位、柔性開關(guān)以及電機轉(zhuǎn)矩等控制。該電動執(zhí)行機構(gòu)省去了用于控制電機正、反轉(zhuǎn)的接觸器和可控硅換向開關(guān)模件、機械傳動裝置和復(fù)雜、昂貴的控制柜和配電柜，具有動作快、保護較完善、便于和計算機聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點。實際運行表明，該執(zhí)行機構(gòu)工作穩(wěn)定，性能可靠。

二、電動執(zhí)行機構(gòu)的硬件設(shè)計及工作原理

電動執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示。智能執(zhí)行機構(gòu)從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動部分。

控制部分主要由單片機、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A／D、D／A轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測和報警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動部分主要包括三相伺報電機和位置傳感器。

系統(tǒng)工作原理：

霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機。單片機通過8255控制PWM波發(fā)生器，產(chǎn)生的PWM波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊IPM，實現(xiàn)電機的變頻調(diào)速以及閥位控制。逆變模塊工作時所需要的直流電壓信號由整流電路對380V電源進行全橋整流得到。

控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計：

1、單片機

選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機，它主要通過并行8255口擔(dān)負控制系統(tǒng)的信號處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號；處理IPM發(fā)出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)反饋信號；

2、三相PWM波發(fā)生器

PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計算產(chǎn)生PWM波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進行整個系統(tǒng)的檢測、保護、控制等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。

3、智能逆變模塊IPM

為了滿足執(zhí)行機構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機構(gòu)主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為0．75。經(jīng)計算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動電路、制動電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關(guān)器件。

4、位置檢測電路

位置檢測電路是執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提供準確的位置信號。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構(gòu)中多采用繞線電位器、差動變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。

5、電壓、電流及檢測

檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。如圖2—2所示。

6、通訊接口

為了實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)和遠程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內(nèi)部有兩個*相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實現(xiàn)單片機與其它微機間的通訊。

7、時鐘電路

時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS12887。DS12887內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數(shù)據(jù)。

8、液晶顯示單元

為了實現(xiàn)人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數(shù)等信號進行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。

9、程序出格自恢復(fù)電路

為了保證在強干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復(fù)正常，選用MAX705組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運行。如圖2—3所示，該電路由MAX705、與非門及微分電路組成。

工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非"門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳2電平的這種變化使“與非"門輸出一個正脈沖，使單片機產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運行。