西門子驅(qū)動(dòng)模塊6SL3120-2TE21-8AA3

西門子驅(qū)動(dòng)模塊6SL3120-2TE21-8AA3

SIMOTION SCOUT：自動(dòng)化任務(wù)的統(tǒng)一視圖

SIMOTION SCOUT – 用于運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用的全套工程配置系統(tǒng)

SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)提供了豐富的預(yù)編程功能，您可在此基礎(chǔ)上分配參數(shù)以及進(jìn)行二次開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)自定義功能。

為了自動(dòng)化任務(wù)的有效實(shí)施，您需要一個(gè)支持所有必要工程配置步驟且便于使用的工具：SIMOTION SCOUT

SCOUT 是機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的通用自動(dòng)化環(huán)境。它可以對(duì) PLC 和運(yùn)動(dòng)控制功能要求*的復(fù)雜生產(chǎn)機(jī)器進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。

SCOUT 集成在 STEP 7 中，其變種 SCOUT TIA 集成在 TIA 博途中，因此，也被集成在 SIMATIC 環(huán)境中，以確保全集成自動(dòng)化（TIA）的功能完整性。

SCOUT 具有

• 集成的面向功能的自動(dòng)化任務(wù)視圖，同時(shí)

• 使用起來也非常方便。

支持的 SIMOTION 應(yīng)用范圍從簡(jiǎn)單的參數(shù)可調(diào)的速度控制式單軸應(yīng)用到復(fù)雜的機(jī)械耦合式可編程多軸機(jī)器應(yīng)用。

因此，SCOUT 根據(jù)具體的任務(wù)顯示不同的視圖，并且可通過附加工具進(jìn)行擴(kuò)展（例如，用于創(chuàng)建凸輪圖形的工具）。

SIMOTION SCOUT – 用于工程設(shè)計(jì)、測(cè)試和診斷的工具

SCOUT 支持運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用構(gòu)建過程中的所有必要步驟：配置、參數(shù)設(shè)置、編程、測(cè)試和診斷。

在調(diào)試和維護(hù)時(shí)，集成的測(cè)試與診斷功能十分有用。

SCOUT 的圖形菜單系統(tǒng)支持用戶執(zhí)行多項(xiàng)重要任務(wù)，例如：

• 創(chuàng)建硬件和網(wǎng)絡(luò)配置

• 創(chuàng)建、配置和設(shè)置工藝對(duì)象的參數(shù)，例如軸、測(cè)量輸入、凸輪輸出、凸輪軌跡和凸輪。

SIMOTION SCOUT – 支持文本式和可視化編程

在 SCOUT 中，可使用以下編程語言編寫 SIMOTION 應(yīng)用：

• 結(jié)構(gòu)化文本（符合 IEC 61131）

• LAD（梯形圖）和 FBD（功能塊圖）

• MCC（運(yùn)動(dòng)控制圖）：可視化“流程圖語言"，可輕松描述和編程生產(chǎn)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)順序

• DCC（驅(qū)動(dòng)控制圖）： 開環(huán)和閉環(huán)控制功能的圖形化組態(tài)（SCOUT TIA 沒有該功能）

CamTool 可選包（凸輪編輯器）

CamTool 可選包可擴(kuò)展 SCOUT 的功能，它具有一個(gè)創(chuàng)建和優(yōu)化凸輪的強(qiáng)大圖形化工具。SCOUT 中標(biāo)配有一個(gè)創(chuàng)建凸輪的簡(jiǎn)易編輯器。

CamTool 選件包*集成在 SCOUT 用戶界面中。

驅(qū)動(dòng)控制圖 (DCC) 可選包

借助驅(qū)動(dòng)控制圖 (DCC)，可輕松通過圖形化方式配置基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)控制功能。 可通過拖放操作從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)塊庫中選擇多實(shí)例函數(shù)塊，以圖形方式進(jìn)行連接，并進(jìn)行參數(shù)化。 SCOUT 可以清晰地顯示其控制結(jié)構(gòu)（SCOUT TIA 沒有該功能）

梯形圖邏輯 (LAD) 詳細(xì)比較

供貨范圍

SIMOTION SCOUT 工程組態(tài)軟件（含 SCOUT TIA）

• SCOUT 及相應(yīng)許可證

• SCOUT 許可證密鑰

• 集成的 STARTER 調(diào)試工具

SIMOTION SCOUT 可選包

• 無許可證 CamTool 可選包
  許可證必須單獨(dú)訂購。

• 驅(qū)動(dòng)控制圖表 (DCC) 選件包，無許可證 
  許可證需單獨(dú)購買； DCC 不能和 SCOUT TIA 一起使用。

文檔

• 包含全套 SIMOTION 文檔的 DVD

其他軟件

• SIMOTION – 實(shí)用程序和應(yīng)用
  免費(fèi)實(shí)用程序（例如，計(jì)算工具、優(yōu)化工具等）和應(yīng)用示例（即用型解決方案，例如卷取機(jī)、橫切機(jī)或裝卸）以及項(xiàng)目SIMOTION easyProject

• SIMATIC 軟件：
  SCOUT 單機(jī)版，STEP 7 的必要組件。

V4.4 的系統(tǒng)要求（在 STEP 7 環(huán)境中）

軟件

• Windows XP SP3 或 Windows 7 Professional 或 Ultimate（32/64 位）

• SIMATIC STEP 7 V5.5 SP4（對(duì)于 SCOUT 獨(dú)立版來說不需要）

硬件

SCOUT 的zui低 PG/PC 系統(tǒng)要求：

• 從 Pentium V 1.5 GHz 起，2 GB RAM（建議 4 GB）

• 屏幕分辨率：1024×768 像素，16 位色深

• 可用硬盤空間：3 GB

為了安裝集成在 SCOUT 中的 WinCC flexible (ES)，建議使用 4 GB RAM 主內(nèi)存。

建議使用具有常規(guī)性能的編程設(shè)備或 PC 來處理包含多個(gè)模塊的廣泛 SIMOTION 項(xiàng)目：

• 采用 In® CoreTM i5-3320M（3.3 GHz 或更高速度）的編程器或 PC 或類似設(shè)備

• Windows 7 64 位，8 GB RAM

• 畫面分辨率：1920 × 1080 像素，32 位色深

集成了調(diào)試工具 STARTER（不適于 TIA Portal 環(huán)境）

STARTER 調(diào)試工具直接集成在 SCOUT 中。通過該工具即可輕松快速地調(diào)試、優(yōu)化和診斷所有新一代的 Siemens 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

STARTER 支持以下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：

• SINAMICS

• COMBIMASTER 411

• COMBIMASTER

SIMOTION SCOUT 獨(dú)立軟件包

如未安裝 STEP 7，則可使用獨(dú)立 SIMOTION SCOUT 軟件包。其中也包含 SIMOTION SCOUT 所需的 STEP 7 組件以及 SCOUT 單機(jī)版的許可證密鑰。

在同一臺(tái)機(jī)器上無法同時(shí)運(yùn)行 SCOUT 和 SCOUT 獨(dú)立軟件包。

SCOUT TIA （TIA Portal 中的 SIMOTION）的相關(guān)說明

SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)集成在 TIA Portal 中，而 TIA Portal 具備 SIMOTION 的全部運(yùn)動(dòng)控制功能（包括深度集成的驅(qū)動(dòng)技術(shù)）。

現(xiàn)在，TIA Portal 風(fēng)格一致的全圖形化編輯器為硬件和網(wǎng)絡(luò)提供了、易于使用的組態(tài)機(jī)制， 與 HMI（包括新型 SIMATIC 精智面板和第二代基本面板）的連接變得非常容易。

全部自動(dòng)化組件都組合在 TIA Portal 項(xiàng)目中。

西門子驅(qū)動(dòng)模塊6SL3120-2TE21-8AA3

閥位及速度控制原理

閥位及速度控制原理框圖如圖3—1所示。

采用雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán)主要將當(dāng)前速度與速度給定發(fā)生器送來的設(shè)定速度相比較，通過速度調(diào)節(jié)器改變PWM波發(fā)生器載波頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。速度調(diào)節(jié)器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法。

外環(huán)主要根據(jù)當(dāng)前位置速度的設(shè)定，通過速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán)提供速度的設(shè)定值。由于大流量閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中存在加速、勻速、減速等階段。各階段的時(shí)間長(zhǎng)短、加速度的大小、在何位置開始勻速或減速均與給定位置、當(dāng)前位置以及運(yùn)行速度有關(guān)。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實(shí)際閥位與給定閥位，當(dāng)二者不相等時(shí)，以恒定加速度加速，減速點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前速度、閥位值、閥位給定值的大小計(jì)算得來。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)各階段運(yùn)行速度的計(jì)算原理

圖3—2為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型運(yùn)行速度圖，它由若干段變化速率不同的折線組成。將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點(diǎn)稱為起始段點(diǎn)，相應(yīng)的時(shí)間稱為段起始時(shí)間，如圖3—2中的t（i）（i＝0，1，2，……），相應(yīng)的速度稱為段起始速度，如圖3—2所示v（i）（i＝0，1，2，…）。

設(shè)第i段速度的變化速率為ki，則有：

式中：Δv為兩段點(diǎn)之間的速度變化值，Δv＝vi＋1－vi；Δt為兩段之間的時(shí)間，Δt＝ti＋1－ti。

顯然，當(dāng)ki＝0時(shí)為恒速段，ki＞0時(shí)為升速段，ki＜0時(shí)為減速段。任意時(shí)刻的速度給定值為：

Ts為采樣周期。

變化速率ki的取值由給定位置、當(dāng)前位置以及運(yùn)行速度的大小確定。

四、關(guān)鍵技術(shù)問題的解決

該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了最新的變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率小于5．5kW。用戶可根據(jù)需要設(shè)定力矩特性，根據(jù)控制的閥設(shè)定速度，速度分多轉(zhuǎn)式、直行程、角行程3種方式?？刂葡到y(tǒng)由閥位給定和閥位反饋信號(hào)構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，控制特性視運(yùn)行方式、速度而定，并具有自動(dòng)過流保護(hù)、過載保護(hù)、超壓、欠壓、過熱、缺相、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。
該執(zhí)行機(jī)構(gòu)解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題主要有：

1、閥門柔性開關(guān)

柔性開關(guān)主要是為了當(dāng)閥關(guān)閉或全開時(shí)，保證閥門不卡死與損傷。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的微處理器根據(jù)測(cè)得的變頻器輸出電壓和電流，通過精確計(jì)算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達(dá)到或大于設(shè)定的力矩，自動(dòng)降低速度，以避免閥門內(nèi)部過度的撞擊，從而達(dá)到*關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過力矩保護(hù)。

2、閥位的極限位置判斷

閥位的極限位置是指全開和全關(guān)位置。在傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，該位置的檢測(cè)是通過機(jī)械式限位開關(guān)獲得的。機(jī)械式限位開關(guān)精度低，在運(yùn)行中易松動(dòng)，可靠性差。在文中，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限位置通過檢測(cè)位置信號(hào)的增量獲得。其原理是，單片機(jī)將本次檢測(cè)的位置信號(hào)與上次檢測(cè)的信號(hào)相比較，如果未發(fā)生變化或變化較小，即認(rèn)為己達(dá)到極限位置，立即切斷異步電機(jī)的供電電源，保證閥門的安全關(guān)閉或全開。省去了機(jī)械式限位開關(guān)，無需在調(diào)試時(shí)對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。

3、電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

為了防止電機(jī)因過熱而燒毀，單片機(jī)通過溫度傳感器連續(xù)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行溫度，如果溫度傳感器檢測(cè)到電機(jī)溫度過高，自動(dòng)切斷供電電源。溫度傳感器內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部。

4、準(zhǔn)確定位

傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在異步電機(jī)通電后會(huì)很快達(dá)到其額定動(dòng)作速度，當(dāng)接近停止位置時(shí)，電機(jī)斷電后，由于機(jī)械慣性，其閥門不可能立即停下來，會(huì)出現(xiàn)不同程度的超程，這一超程通常采用控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)來校正。機(jī)電一體化的大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)當(dāng)前位置與給定位置的差值以及運(yùn)行速度的大小超前確定減速點(diǎn)的位置及減速段變化速率ki，使閥門在較低的速度下實(shí)現(xiàn)精確的微調(diào)和定位。

5、模擬信號(hào)的隔離。

對(duì)于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將它們彼此相互隔離。采用LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。如圖4—1所示，采用±15V和±12V兩組獨(dú)立的正負(fù)電源。若運(yùn)放A的反相端電位由于擾動(dòng)而正向偏離虛地，則運(yùn)放A輸出端的電位將降低，因而光電耦合器的發(fā)光強(qiáng)度將增強(qiáng)，則使其集射極電壓減小，最后使運(yùn)放A反相端的電位降低，回到正常狀態(tài)。若A的反相端電位負(fù)向偏離虛地，也可以重回到正常狀態(tài)。從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性。

五、結(jié)束語

該執(zhí)行機(jī)構(gòu)集微機(jī)技術(shù)和執(zhí)行器技術(shù)于一體，是一種新型的終端控制單元，其電機(jī)是通過內(nèi)部集成的一體化變頻器來控制，因此，同一臺(tái)智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在一定范圍內(nèi)具有不同的運(yùn)行速度和關(guān)斷力矩。該智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了液晶顯示技術(shù)，它利用內(nèi)置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門的開、關(guān)狀態(tài)和正常運(yùn)行時(shí)閥門的開度，還可以通過菜單選擇運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能顯示出故障信息。總之，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)集測(cè)量、決斷、執(zhí)行3種功能于一體，順應(yīng)了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，它的研制成功給電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究開發(fā)提供了新的思路