西門子驅動模塊6SL3120-2TE21-0AD0

SIMOTION IT：用于輕松訪問控制數據和機器數據的三種技術

SIMOTION IT：通過 Internet 實現服務和診斷

通過采用標準 IT 協議（如 HTTP），SIMOTION 控制器可以使用集成的以太網或 PROFINET 接口與其他設備進行通信。借助 SIMOTION IT 中集成的網絡功能，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機器進行調試、診斷和維修。

SIMOTION IT提供了三種不同技術：

SIMOTION IT DIAG 和 SIMOTION IT OPC XML-DA 均在 SIMOTION 控制器上建立一個通信服務器。通過工業(yè)以太網/PROFINET，客戶端 PC 可訪問 SIMOTION 控制器中的數據，以便實現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 應用程序。因此，您可以開發(fā)自定義程序，以執(zhí)行調試、維修和預防性維護。

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。必須根據相關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 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內的網絡服務器。使用 SIMOTION IT DIAG 執(zhí)行各種應用時，SIMOTION 控制器中存儲的一系列預定義網頁，提供了以下信息和功能：

• 設備信息
  有關設備的固件版本、硬件組件和工藝對象的詳細信息

• 診斷
  有關設備資源的信息，例如：CPU 負載、內存使用率、任務持續(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 驅動系統的驅動報警、驅動診斷緩沖和參數。

• 運行狀態(tài)跟蹤
  單擊鼠標即可將記錄的數據加載到 PC。用于的 Web 跟蹤查看器 (Web Trace Viewer) 提供了用于評估所記錄數據的廣泛選項：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。

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

• 訪問設備文件系統
  可使用 Internet 瀏覽器存儲和訪問 SIMOTION 控制器文件系統中特定目錄中任意數量的文件。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議 (HTTP/HTTPS/FTP/net)。

• 特定用戶的網頁
  用戶可創(chuàng)建自定義網頁并將其保存在 SIMOTION 控制器中。“Server side includes"用于訪問這些網頁中的 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。

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

SIMOTION IT OPC XML-DA

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

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

該應用程序使用 SIMOTION 變量的符號名稱，因此與 SIMOTION SCOUT 數據庫僅存在松散的符號相關性。無需進行符號導出，類似于在 SIMATIC NET OPC DA 服務器上執(zhí)行的基于 Windows 的流程。這可確保客戶端應用程序版本和 SIMOTION 項目版本不會出現一致性問題。

OPC XML-DA 服務器提供下列功能，以訪問 SIMOTION 控制器的數據：

• 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 服務器"部分。

關于 OPC 的詳細信息，請訪問：

SIMOTION IT 虛擬機

SIMOTION 控制器的運行系統中集成了 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 應用程序?？墒褂脩裟軌蜃孕虚_發(fā)用于調試、服務及預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 沒有任何關系。

SIMOTION 控制器上的所有 Java 應用程序都在非同步任務中運行，而不是在實時任務中運行。

Java 環(huán)境通過特殊的系統函數向 SIMOTION 運行系統提供了一個接口 (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

• 使用系統功能（工藝對象的功能）

• 使用設備中的標準 Java 類別（文件訪問、網絡功能、字符串功能等）

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

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機電一體化智能大流量電動執(zhí)行機構的研究
 

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

二、電動執(zhí)行機構的硬件設計及工作原理

電動執(zhí)行機構控制系統原理框圖如圖2-1所示。智能執(zhí)行機構從結構上主要分為控制部分和執(zhí)行驅動部分。

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)行驅動部分主要包括三相伺報電機和位置傳感器。

系統工作原理：

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A／D轉換后送入單片機。單片機通過8255控制PWM波發(fā)生器，產生的PWM波經光電耦合作用于逆變模塊IPM，實現電機的變頻調速以及閥位控制。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。

控制系統各功能元件的選型與設計：

1、單片機

選用INTEL公司生產的8031單片機，它主要通過并行8255口擔負控制系統的信號處理：接收系統對轉矩、閥門開啟、關閉及閥門開度等設定信號，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)行機構的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統來的控制信號，向控制系統反饋信號；

2、三相PWM波發(fā)生器

PWM波的產生通常有模擬和數字兩種方法。模擬法電路復雜，有溫漂現象，精度低，限制了系統的性能；數字法是按照不同的數字模型用計算機算出各切換點，并存入內存，然后通過查表及必要的計算產生PWM波，這種方法占用的內存較大，不能保證系統的精度。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的檢測、保護、控制等功能，文中選用MITEL公司生產的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，功率因數為0．75。經計算可知，選用日本產的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統要求。該功率模塊集功率開關和驅動電路、制動電路于一體，并內置過電流、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器件。

4、位置檢測電路

位置檢測電路是執(zhí)行機構的重要組成部分，它的功能是提供準確的位置信號。關鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統的電動執(zhí)行機構中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。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

為了實現計算機聯網和遠程控制，選用MAX232作為系統的串行通訊接口，MAX232內部有兩個*相同的電平轉換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉換成TTL電平給8031，實現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據。

8、液晶顯示單元

為了實現人機對話功能，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、通訊和參數等信號進行設置或調試。并采用文字和圖形相結合的方式，顯示直觀、清晰。

9、程序出格自恢復電路

為了保證在強干擾下程序出格時系統能夠自動地恢復正常，選用MAX705組成程序出格自恢復電路，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，使單片機產生一次復位，復位結束后，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，程序出格自恢復電路繼續(xù)監(jiān)視程序運行。