西門(mén)子S120電源模塊6SL3330-7TE38-4AA3

專(zhuān)業(yè)顯示系統(tǒng)，可以不間斷地連續(xù)工作、免維護(hù)

SIMATIC HMI Net Panel 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，功能全面，適用于工業(yè)領(lǐng)域的大屏幕顯示應(yīng)用，非常適合工廠(chǎng)和控制臺(tái)或者貿(mào)易展銷(xiāo)會(huì)和公眾信息發(fā)布場(chǎng)所。

Net Panel 基于可靠的 SIMATIC IPC 系列工業(yè) PC 機(jī)，設(shè)計(jì)可以在工業(yè)環(huán)境全天候、免維護(hù)地運(yùn)行。其應(yīng)用極其靈活，可以作為單機(jī)解決方案使用，也可以在網(wǎng)絡(luò)中由多個(gè) Net Panel 構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)顯示系統(tǒng)。對(duì)于需要音頻輸出的應(yīng)用，可以購(gòu)買(mǎi)帶有音頻模塊和喇叭設(shè)備的不同 Net Panel 產(chǎn)品。

Remote Control 用于設(shè)置 SIMATIC HMI Net Panel。

Remote Control 軟件包含在供貨范圍之內(nèi)。使用該軟件，可以以本地方式或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì) Net Panel 進(jìn)行操作。借助該工具，可以調(diào)節(jié)亮度和音量，也可以關(guān)閉背光。

用于自診斷，可以顯示設(shè)備的溫度。使用 Remote Control 軟件，可以關(guān)閉該功能，以防止“萬(wàn)年殘像"現(xiàn)象（圖像殘留防護(hù)技術(shù)）。然而，僅在 Net Panel 上已經(jīng)采取了合適的措施、能夠防止圖像殘留的情況下，才可以禁用圖像殘留防護(hù)功能。

Remote Operate，用作工業(yè)顯示系統(tǒng)的客戶(hù)端/服務(wù)器解決方案（可選）

安裝 Remote Operate 之后，一個(gè) IPC 上可設(shè)置多達(dá) 4 個(gè)虛擬顯示卡（顯示為擴(kuò)展桌面）。

在每一個(gè) SIMATIC HMI Net Panel 上安裝一個(gè) Remote Operate 客戶(hù)端，并將其分配給一個(gè)虛擬顯示卡。不同畫(huà)面內(nèi)容，采用 HMI 軟件 WinCC 分配給虛擬圖形適配器。如果 Net Panel 配置了音頻功能，借助方便易用的功能，可以將 MP3 和 Wave 文件發(fā)送至可以播放這些文件的特定 Net Panel

優(yōu)勢(shì)

• 該系統(tǒng)采用免維護(hù)工業(yè)設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí) IP 65，具備*的系統(tǒng)可用性，可連續(xù) 24 小時(shí)不間斷地運(yùn)行。

• SIMATIC 產(chǎn)品堅(jiān)固耐用，即使很長(zhǎng)的時(shí)間之后，仍然具備優(yōu)異的可用性，因此，具備非常高的投資安全性

• LED 背光損耗低、更加省電，因此，成本更低；且設(shè)計(jì)有圖像殘留防護(hù)功能。

• 可以簡(jiǎn)便、成本地集成進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，無(wú)需 VGA/DVI/HDMI 附加裝置或者昂貴的視頻信號(hào)中繼器

• 可選購(gòu)帶有音頻模塊和喇叭的產(chǎn)品，以輸出聲音信號(hào)

• 可靈活地安裝在支撐臂系統(tǒng)、墻或天花板上，支持背靠背安裝方式，且垂直傾角大容許 20°

• 遠(yuǎn)程控制軟件（在設(shè)備上則為本地方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)則為遠(yuǎn)程方式），用于簡(jiǎn)便地設(shè)置。

• 亮度

• 關(guān)閉背光

• 顯示器的狀態(tài)消息

• 喇叭控制

• 受 WinCC flexible 2008 SP2 或更高版本支持（分辨率為 1920 x 1080 的 IPC427C）

應(yīng)用

SIMATIC HMI Net Panel 設(shè)計(jì)用于工業(yè)環(huán)境中高要求大屏幕顯示器。

它基于穩(wěn)定、可靠的 PC 技術(shù)，帶有豐富的接口，可以方便、成本地與已有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成，并具備度的定位和安裝靈活性。

該大型液晶顯示器采用 LED 背光燈、可 24 小時(shí)不間斷地工作，并具備的 PC 開(kāi)放性，理想用作工業(yè)制造領(lǐng)域的顯示器、增加系統(tǒng)、多媒體顯示器、過(guò)程可視化系統(tǒng)、火車(chē)站和機(jī)場(chǎng)顯示器（登機(jī)處、門(mén)廳、行李領(lǐng)取處、廣告陳列）等；此外，也理想適用于貿(mào)易展銷(xiāo)會(huì)、購(gòu)物中心、賓館、博物館和其它更多場(chǎng)合。

設(shè)計(jì)

SIMATIC HMI Net Panel 為一種堅(jiān)固耐用的顯示系統(tǒng)，內(nèi)含集成式工業(yè) PC　機(jī)，可選配音頻設(shè)備和喇叭。

• 液晶顯示器，分辨率1920 x 1080 像素，全高清分辨率

• 液晶顯示器的背光燈工作壽命長(zhǎng)，耗電量低

• 內(nèi)置式 SIMATIC 工業(yè) PC

• 堅(jiān)固耐用，采用了極富吸引力的小深度封閉式設(shè)計(jì)

• 防護(hù)等級(jí) IP65 ，工業(yè)兼容

• 前面板強(qiáng)度高，抗震性好，采用 6 mm 鋼化夾層玻璃設(shè)計(jì)

• 前面板具備防眩功能，抗焊珠性能優(yōu)異

• 設(shè)計(jì)有安全吊耳（必要時(shí)可拆除），懸掛式安裝時(shí)，可額外防止跌落事故

• 可選：轉(zhuǎn)接器，用于 Rose & Krieger FSK 50 支撐臂系統(tǒng)

• 所集成的寬范圍電源

• 1x USB 后置連接器（帶 IP65 安全罩），1x 工業(yè)以太網(wǎng)后置連接器（M12 4 芯，帶安全罩）

• 后置快速接口，用于集成式 100 - 240 V 電源（插頭包含在供貨范圍內(nèi)）

• 后置狀態(tài)指示器

西門(mén)子S120電源模塊6SL3330-7TE38-4AA3

一、引言

變頻器-電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中存在一些負(fù)面效應(yīng)：電機(jī)中的諧波電流過(guò)大，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱量增加，縮短了電機(jī)的壽命；在采用長(zhǎng)線(xiàn)電纜的場(chǎng)合，由于電纜終端電壓反射而造成電機(jī)端過(guò)電壓，對(duì)電機(jī)的絕緣性能造成危害，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電機(jī)絕緣擊穿，電纜爆裂。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中常在變頻器輸出端采用濾波器來(lái)消除或減輕以上負(fù)面效應(yīng)。正弦波濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。適當(dāng)選擇濾波器參數(shù)可以將變頻器輸出電壓濾成近似正弦波形，電壓總諧波失真度小于5%，可以采用長(zhǎng)達(dá)幾千米的電纜而不存在由于電壓反射而造成的電機(jī)端過(guò)電壓現(xiàn)象。濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程包括工程設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。在工程設(shè)計(jì)中要考慮到變頻器電機(jī)系統(tǒng)對(duì)濾波器參數(shù)的限制，使得濾波器的加入對(duì)系統(tǒng)的影響最小，從而保證系統(tǒng)安全工作，所以濾波器參數(shù)滿(mǎn)足變頻器-電機(jī)系統(tǒng)的限制條件是第1位的，這時(shí)得到的參數(shù)往往不是*的，需要優(yōu)化過(guò)程來(lái)綜合考慮多種因素的影響。

變頻器輸出濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般將變頻器-電機(jī)系統(tǒng)對(duì)濾波器參數(shù)的限制作為優(yōu)化模型的約束條件，這些約束條件包括濾波器上的基波壓降、濾波器電容支路中高頻諧波電流、濾波器電容支路的基波電流以及截止頻率等指標(biāo)的合理范圍。根據(jù)以上約束可以確定濾波電感、濾波電容的約束條件。一般的工程設(shè)計(jì)中基波壓降大約在5%，高頻諧波電流大約在變頻器額定電流的10%至20%，電容支路的基波電流大約在變頻器額定電流的10%以下。但是在普通優(yōu)化過(guò)程中，認(rèn)為以上的約束是硬性的，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，優(yōu)化參數(shù)的取值往往在約束條件的邊界上。由于以上的約束條件是從變頻器安全工作的角度得到的，所以元件參數(shù)在約束條件的邊界上取值時(shí)，系統(tǒng)工作在安全區(qū)和危險(xiǎn)工作區(qū)的邊界，這時(shí)雖然某些目標(biāo)達(dá)到了*，但是系統(tǒng)的安全性能下降了，當(dāng)元件參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)工作在危險(xiǎn)工作區(qū)而導(dǎo)致變頻器系統(tǒng)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作甚至導(dǎo)致變頻器系統(tǒng)的損壞。

在本文中，采用模糊集的方法描述約束條件的模糊性，并采用對(duì)稱(chēng)模糊優(yōu)化的方法對(duì)所建立的多目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)稱(chēng)模糊優(yōu)化過(guò)程實(shí)際是在尋找對(duì)模糊約束集和模糊目標(biāo)集的最大滿(mǎn)意度，從而兼顧了目標(biāo)的*和對(duì)模糊約束集的最大隸屬度。優(yōu)化后的參數(shù)以滿(mǎn)足了模糊約束集，所以沒(méi)有出現(xiàn)在約束集的邊界上，系統(tǒng)的安全性能得以提高，同時(shí)也增加了元件參數(shù)的容差范圍。

二、模糊優(yōu)化中常用模糊集的隸屬函數(shù)

在模糊優(yōu)化中，常用梯形隸屬函數(shù)，定義如圖2至圖4所示。采用模糊優(yōu)化時(shí)，約束條件的邊界是模糊的，具體體現(xiàn)在從允許域到拒絕域之間存在一個(gè)過(guò)渡區(qū)。

對(duì)于圖2

對(duì)于圖3

對(duì)于圖4

三、濾波器參數(shù)的模糊限定條件

1、電感值的模糊限制條件

根據(jù)基波壓降的要求及電容支路高次諧波電流限制的要求，可以確定出電感值的模糊限制條件?；▔航档南薅l件是，在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中基波壓降大約在5%~10%。當(dāng)電機(jī)處于穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，濾波器上的壓降實(shí)際上小于啟動(dòng)過(guò)程壓降。

根據(jù)基波壓降不能超過(guò)5%的要求，電感取值的模糊集合采用梯形隸屬函數(shù)，當(dāng)基波壓降小于3%時(shí)，滿(mǎn)意度為1，當(dāng)基波壓降為3%~10%變化時(shí)，滿(mǎn)意度由1下降為0，基波壓降大于10%時(shí)的滿(mǎn)意度均為零（具體的取值區(qū)間可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求改變）。

另外，根據(jù)電容支路的高頻諧波電流不能超過(guò)變頻器電流容量的10%至20%，建立電感取值對(duì)諧波電流值滿(mǎn)意度的隸屬函數(shù)。當(dāng)電感取值使諧波電流在變頻器的電流容量的10%以下時(shí)，滿(mǎn)意度為1，在10%到15%時(shí)，滿(mǎn)意度由1下降為零，當(dāng)大于15%時(shí)滿(mǎn)意度為零。最終的電感取值的模糊集是以上兩個(gè)模糊集的交集。

2、電容值的模糊限定條件

限定流經(jīng)電容支路的基波電流值在變頻器電流容量的5%~10%之間。當(dāng)基波電流在5%以下時(shí)，電容參數(shù)對(duì)模糊限制集的隸屬度為1，當(dāng)基波電流在變頻器電流容量的5%~10%之間時(shí)，隸屬度由1下降為0。

3、關(guān)于諧波總畸變率值的模糊限定條件

變頻器輸出濾波器的作用是消除電壓反射，同時(shí)將輸出電壓諧波限制在適當(dāng)?shù)姆秶?，由于電機(jī)的漏抗具有一定的濾波作用，所以變頻器輸出濾波器輸出端的諧波總畸變率THD（Total Harmonic Distortion）值的要求較寬松?？紤]最大允許THD值為10%的情況，且當(dāng)THD值小于5%時(shí)的滿(mǎn)意度為1。根據(jù)文獻(xiàn)[4]中給出的SPWM調(diào)制方式的諧波特性以及濾波器的衰減公式可以計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的截止頻率值，從而得到對(duì)THD值的模糊限制集。

四、目標(biāo)函數(shù)的模糊化

目標(biāo)函數(shù)的模糊化將非模糊的目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為僅在[0，1]閉區(qū)間取值的隸屬函數(shù)[3]。在可行域內(nèi)，估算出目標(biāo)函數(shù)的上界M和下界m。于是可以構(gòu)造模糊目標(biāo)函數(shù)為

式中 Mf (u)實(shí)際表示了f(u)對(duì)*解的隸屬度。

在多目標(biāo)優(yōu)化中構(gòu)造單目標(biāo)函數(shù)時(shí)，當(dāng)各個(gè)目標(biāo)的重要程度相當(dāng)時(shí)，可以求出多個(gè)目標(biāo)的交集作為模糊目標(biāo)集

當(dāng)各個(gè)目標(biāo)的重要程度不同時(shí)，可以采用加權(quán)多目標(biāo)的方法，這時(shí)的隸屬函數(shù)為

五、模糊目標(biāo)函數(shù)的求解

模糊優(yōu)化的類(lèi)型分為對(duì)稱(chēng)模糊優(yōu)化和非對(duì)稱(chēng)模糊優(yōu)化。由于實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，在確定模糊限制條件所描述的器件參數(shù)的范圍時(shí)，考慮了器件參數(shù)對(duì)目標(biāo)的影響，從而可以認(rèn)為在優(yōu)化中，目標(biāo)和約束是同等重要的，這時(shí)可以采用對(duì)稱(chēng)型的模糊優(yōu)化方法。

對(duì)稱(chēng)模糊優(yōu)化的思想是，把目標(biāo)和約束分別表示為同一論域或不同論域上的模糊子集，然后通過(guò)模糊目標(biāo)集和模糊約束集的交集，尋求既能最大限度達(dá)到目標(biāo)，又能最大限度滿(mǎn)足約束的優(yōu)化方案，即尋找*水平值λ*，滿(mǎn)足

式中λ*表示模糊集水平截集的水平值；Cλ* 表示模糊約束集的λ*水平截集；表示模糊目標(biāo)集；D(x)表示模糊集。

式(8)可以通過(guò)迭代求解λ*。在每步迭代過(guò)程中，對(duì)于每個(gè)修正的λ都要求解一個(gè)普通的優(yōu)化問(wèn)題，求解出在以此λ 截集為約束集情況下的*值。求解此優(yōu)化問(wèn)題可以采用任何有約束*化方法。

六、問(wèn)題實(shí)例

將上述模糊優(yōu)化方法應(yīng)用于一套變頻器—潛油電泵系統(tǒng)中。變頻器和電泵的參數(shù)如附錄所示。穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，電機(jī)每相的等效電感Leq為37.7mH，等效電阻Req為19.12W。濾波器的輸出經(jīng)過(guò)1:4的升壓變壓器，所以上述電阻電感等效到變壓器的原邊近似為L(zhǎng)M為2.356mH。

由變頻器輸出諧波分布以及3.1節(jié)可以求出濾波電感的模糊限制集如圖5所示。

由此可以得到其λ截集的表達(dá)式（單位mH）為

同理由3.2節(jié)可以求出電容值的模糊限制集如圖6所示。

其λ 截集的表達(dá)式為

根據(jù)3.3節(jié)可以求出關(guān)于THD值的模糊限制集如圖7所示。圖中根據(jù)變頻器輸出濾波器的諧波分布以及濾波器的衰減特性，將THD值的模糊限制集表示為關(guān)于截止頻率的模糊限制集，目的是為了在尋優(yōu)過(guò)程中減少計(jì)算量。

THD值的模糊限制集的λ水平截集為

優(yōu)化時(shí)建立了多目標(biāo)函數(shù)，包括價(jià)格因數(shù)，高頻諧波電流，THD，基波壓降。根據(jù)文[5]，價(jià)格因數(shù)如式(9)所示

式中 V為濾波器的輸出電壓；I為負(fù)載電流；Ln為濾波電感值；Cn為濾波電容值；r為濾波電感數(shù)目；t為濾波電容數(shù)目。

根據(jù)THD值的定義（此處記作hTHD）有

高頻諧波電流為

基波壓降主要是電感上的壓降。低頻時(shí)電感的感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電容的容抗，是造成基波壓降的主要原因?；▔航堤?，會(huì)影響加到電機(jī)端的有效電壓。所以將基波壓降也作為優(yōu)化的目標(biāo)?；▔航挡捎脠D8來(lái)計(jì)算。圖中 Lf為濾波電感； Cf為濾波電容； LM為電機(jī)滿(mǎn)載時(shí)等效電感；RM為電機(jī)滿(mǎn)載時(shí)等效電阻。據(jù)此可以計(jì)算出濾波電感上壓降Ud的百分比如式(12)所示，作為優(yōu)化的指標(biāo)。

由式(9)~(12)建立模糊目標(biāo)函數(shù)為：

價(jià)格因數(shù)的模糊目標(biāo)函數(shù)

由此可建立總的模糊目標(biāo)函數(shù)為

取諧波電流的加權(quán)系數(shù)為0.1，其余為0.3。解得的結(jié)果如表1所示。

由優(yōu)化結(jié)果可見(jiàn)，優(yōu)化后目標(biāo)函數(shù)對(duì)*解的隸屬程度提高了，同時(shí)優(yōu)化變量對(duì)模糊限制集的隸屬程度也提高了。由于在約束條件的邊界處，優(yōu)化變量對(duì)模糊限制集的隸屬程度為零，從而不會(huì)發(fā)生優(yōu)化變量在邊界取值的情況，提高了系統(tǒng)的安全性能，增加了器件的容差范圍。

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的有效性，對(duì)本文的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。仿真軟件采用Pspice9，結(jié)果如圖9，圖10所示。

七、結(jié)論

根據(jù)以上分析、計(jì)算過(guò)程，得到如下結(jié)論：

（1）變頻器輸出濾波器參數(shù)的約束有一定的彈性，即約束條件的邊界是模糊的，所以應(yīng)該采用模糊集的方法來(lái)描述。

（2）在變頻器輸出濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)中采用模糊優(yōu)化，不僅能優(yōu)化用戶(hù)定義的目標(biāo)函數(shù)，而且能使優(yōu)化變量對(duì)模糊約束集的隸屬程度提高，從而提高了系統(tǒng)的安全性能，當(dāng)元件參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，保證系統(tǒng)工作在安全區(qū)中