西门子6ES7222-1EF22-0XA0介绍说明

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1 引言

    现场总线技术是用于现场仪表与控制系统之间的全分散、全数字化、智能、双向、百联、多变量、多点、多站的串行通信系统。CAN-bUS总线是国际上应用较广泛的现场总线之一。国内CAN-bus总线应用广泛，但大多数对CAN-bus总线的应用还处于基础阶段，没有真正发挥CAN-bus总线实时、可靠的优势，主要体现在应用层协议的选择。目前**市场的两个应用层协议是DeviceNet协议和CANopen协议。但两者规范比较复杂，理解和开发难度较大，用户在前期开发阶段需投入大量的资金和人力，不适用于简单的基于CAN总线控制网络。因此就有必要开发一种简单可靠的CAN高层协议，以适用于CAN总线简单应用场合，由此诞生了iCAN系统及iCAN协议规范。

    2 iCAN系统及iCAN协议规范

    2.1iCAN系统

    iCAN系统全称为"工业CAN-bus现场总线控制系统(IndustryCAN-busFieldbusControlSystem)"，是一种基于CAN-bus的现场总线控制系统。iCAN系统提供一个的通信链路，主要用于实现CAN-bus应用中的通信控制和数据采集。iCAN系统具有构建灵活、结构简单、成本较低的优点，由于采用CAN-bus总线，iCAN系统还具有良好的可靠性和稳定性。同时，还具有易于组态，安装、运行、维护简便的特点。它使用CAN-bus总线将工业现场设备(如传感器、仪表等)与管理设备(PC、工控机、PLC等)连成网络，*昂贵的连接线路。iCAN系统主要由iCAN协议、iCAN系列功能模块和PC-CAN接口卡构成。

    2.2iCAN协议

    iCAN协议全称为"IndustryCAN-busApplicationProtocol"，是现场总线CAN-bus的较新应用层协议之一，具有理解简单、易于实现、实时可靠的特点。它采用与CANopen、DeviceNet协议基本相同的连接管理方式，删除了较复杂的握手管理、资源分配等内容，并使用预定义数据组合方式管理CAN-bus总线上的节点。它在汲取DeviceNet和CANopen协议精粹的基础上，充分继承发展了基于连接和对象寻址两种核心功能。支持多种传输方式，包括轮询方式、状态触发方式以及定时循环方式，还根据实际情况，除去了诸如复杂的基于对象模式、通信波特率限制等因素，以精练的协议，保数据通信的可靠性、实时性，有效降低了硬件成本。iCAN协议授权支持行业客户免费使用，开发基于iCAN协议的产品不需要支付额外的协议费用。

    3 iCAN系列功能模块原理

    3.1模块型号简介

    表1为iCAN功能模块型号表。iCAN功能模块集成有CAN-bus通讯接口和iCAN应用层协议，提供DI、DO、AI、AO、RTD、TC、计数器、频率计等数据采集功能，为主控PC与现场设备之间提供完整的信号采集与通讯功能。3.2模块内部结构(以iCAN-4050模块为例)

    iCAN-4050功能模块原理框图如图1所示，是由微处理器、电源、CAN通信接口、设置开关以及输入／输出处理电路组成。根据模块功能不同，有些模块采用8位的单片机作为微处理器，有些采用16位甚至32位的ARM微处理器。而在CAN通信接口的设计采用独立的CAN控制器SJA1000T与微处理器相连。不同模块的输入／输出电路都是根据自身的功能设计。为了提高模块的抗干扰性，有些模块的微处理器和输入／输出单元之间采用光电隔离(HllLl光电隔离器件)避免外界干扰噪声。采用直流电源供电，供电电源范同是+10V～+30V。因此，即使在工业现场电源电压产生波动，模块也能获取稳定的工作电源。模块电源同时提供反接保护，以防止因电源的接线错误而导致模块损坏。

    模块工作时，将输入的电压型数字信号或无源触点信号经训理后，送人微处理器，通过CAN总线通信将输入的数字信号状态传送到网络中的主控设备，主控设备可通过CAN总线将输出的数字量状态传送到模块，控制外部开关。通过运行硬件监控模块，防止模块死机，有效提高模块的可靠性。

    4 起重力矩限制系统中的应用

    4.1系统简介

    起重力矩限制系统是汽车起重机控制系统的一个重要组成部分。系统通过对起重机械中长度传感器、角度传感器以及压力传感器等输出数据分析处理，实时监控系统工作时起重力矩，保证起重机工作在安全状态下。而且系统能够实时记录起重机作业中的危险工况，为事故的分析处理提供可靠依据。系统要求能够实时采集长度传感器、角度传感器以及压力传感器的输出数据，其中长度传感器、角度传感器以及压力传感器的信号输出类型主要为电压或电流信号，传感器信号共有4路。此外系统要求提供4路数字量输出通道。

    4.2系统解决方案

    系统采用高可靠性的PC104工控机，人机接口采用10.4″触摸式TFTLCD显示器，提供键盘控制。人机界面用MCGS组态软件编写系统组态界面。PC104-CAN2双路CAN接口卡通过CAN总线模块iCAN-4017、iCAN-4050采集各传感器输出数据，实时获取系统工作状态及数据参数，通过ZOPC-SEVER服务器传输到工控机的组态系统中，同时组态系统作为服务器向工控机提供数据，工控机接收相应数据后进行分析处理，系统工作状态实时在人机界面上显示。系统能够警示危险工况，诊断并排除故障。在危险工况下，通过实时控制输出模块，使系统处于安全状态，防止事故发生，并在危险工况时提示操作人员，操作人员根据键盘指令进行相应控制。起重力矩限制系统的原理图如图2所示。

    4.3模块外部接口

    iCAN-4017模块具有接口及设置开关如图3(a)所示，模块内部各接线端子、拨码开关、跳线器以及指示灯功能说明如下：SW1为模块CAN波特率以及MACID设置开关；RL1为电源指示灯；SL2为网络通讯指示灯；JP1为DC电源、CAN通讯接口以及模拟量输人信号通道接线端了；JP2为模拟量输入信号通道接线端子。

    iCAN-4017模块的接线端子JP1、JP2引脚定义如图3(b)所示。+VS为+10V～+30VDC电源正端：GND为+10V～+30VDC电源负端；CANL为CAN通讯信号CAN_L端；CANH为CAN通讯信号CAN_H端；Res-为接CAN网络终端匹配电阻；Res+为接CAN网络终端匹配电阻：Ain0+～Ain7+为接模拟量输入通道0～7信号正端；Ain0-～Ain5-为接模拟量输入通道0～7信号负端；AGND为模拟量输入通道6、7输人参考地；NC为未用端。  4.4系统软件设计

    本系统采用组态软件的开发方式。用户*了解iCAN系统原理，只需清楚系统有哪些被测和被控信号；市面流行的组态软件都支持OPC接口，用户可采用熟悉的组态软件开发，提高开发效率；易于开发出图形化控制系统。本系统采用MCGS组态软件和ZOPC服务器。软件开发包括配制ZOPC服务器、在MCGS中添加OPC设备和编写MCGS应用工程三部分。由于后面两部分比较简单，下面给出配置ZOPC服务器的流程框图，如图4所示。

    4.5系统方案的特点

    利用iCAN协议、iCAN系列功能模块和PC-CAN接口卡．通过CAN-bus总线实现各传感器信号采集以及输出装置控制，使得系统容易构建，布线安装方便；同时系统抗干扰能力强、可靠件高、实时响应性好。而且通过CAN-bus总线的应用，使该起重力矩限制系统易于作为一个子系统嵌入到起重机的控制系统中。通过实际的运行测试表明，该系统运行稳定、可靠，维护接口方便，性价比高。

    5 结束语

    重点介绍了iCAN系列功能模块的原理及应用，并介绍了iCAN系统和iCAN协议的概况，iCAN协议授权支持行业客户免费使用，开发基于iCAN协议的产品不需要支付额外的协议费用，这使其在与国外许多现场总线CAN-bus应用层协议的竞争中占据有利位置。随着CAN-bus总线在国内行业应用日渐广泛，以及工业控制领域中DCS和FCS的互相融合，iCAN系统一定会成为分布式数据采集网络的一种有效通信方式，具有良好的应用前景。

 DCS系统故障判别及处理方法摘要：基于PC—BASED的新一代数控系统简介轴承表面磨削缺陷原因及对策论慢走丝切割黄铜线的选用DOM电子硬盘应用方案数控的参数化设计数控车床操作步骤(下)立式车床的SINUMERIK802D数控化改造张小虞：建立机械工业创新平台迫在眉睫浅析数控车床主传动系统设计变频调速器的常见故障及维修对策**机床厂新型谱研制成功产品定型批量投放市场机械工具对照英语词汇大全浅谈数控车床主传动系统设计简介等离子焊(PAW)简介板料多步冲压回弹的数值模拟研究数控加工后置处理技术实现UG与ANSYS接口连接的方法数控车床安全操作规范V型推力杆加工工艺分析研究成组夹具技术在小批量铣加工生产中的应用[标签:tag]随着自动化水平的提高，DCS控制系统(集散控制系统)逐渐代替了常规仪表，其优越性已被广大操作人员所接受。但发生故障时，会造成装置停车甚至事故，各种故障如何及早发现及恰当处理就显得非常重要。我公司合成氨工艺使用多套浙大中控JX-300XDCS进行控制，控制稳定可靠，.

    随着自动化水平的提高，DCS控制系统(集散控制系统)逐渐代替了常规仪表，其优越性已被广大操作人员所接受。但发生故障时，会造成装置停车甚至事故，各种故障如何及早发现及恰当处理就显得非常重要。我公司合成氨工艺使用多套浙大中控JX-300XDCS进行控制，控制稳定可靠，针对存在的一些问题，根据多年维护经验，我们总结出了一套行之有效的故障判别及处理方法。1、查看监控画面的数据

    出现以下情况时，说明控制系统发生问题，应立即通知微机维修人员维修，同时操作工到现场进行处理。

    (1)经常变化的数据长时间不变，且几个数据或所有数据都不变。

    (2)控制分组画面中，手动自动无法切换，或手动输入数据后，一经确认，又恢复为原来的数据，修改不过来。

    (3)趋势图画面中，几条趋势都为直线不变。

    (4)监控画面中，多个数据同时波动较大。

    判断波动数据是否为工艺上相关参数，若是相关参数则通知仪表及微机人员，看是否某调节系统波动引起相关参数变化，同时将相关调节系统打到手动状态，必要时到现场进行调节。如水溶液全循环装置中，尿素合成塔压力正常时为l9.67MPa，如果突然大范围波动，此时势必引起下游的中压系统、低压系统压力波动，这种情况是由于几个相关参数中某一参数波动引起其他参数变化，并不是控制系统本身故障。

    若波动数据工艺上彼此并无直接影响，则可能为微机某卡件发生故障，立即将相关自调系统打到手动调节，必要时到现场进行调节，同时，通知微机及仪表人员。

    2、查看操作站工作情况

    当发现某个操作站死机，监控画面数据不刷新，调节画面不起作用，查看右上方系统报警指示灯是否正常，并检查其他操作站是否工作正常，若正常，则仅该操作站有问题，通知微机维修人员修理。若其他操作站数据也不变，则为系统通讯网络出现故障，立即通知维修人员网络设备的运行情况，进行修复。3、观察操作站的断电情况

    若部分操作站突然无显示，则说明UPS或市电断电，立即通知微机维修工进行维修。若有电的操作站可正常监控，此时不会影响控制系统的正常调节。

    4、注意控制站全部断电的情况

    由于所有控制站设备均为双路供电，一路UPS，一路市电，所以这种情况的发生几率很小。

    当控制站全部断电后，监控画面上两个系统报警红灯亮，通讯中断，数据全部不刷新，所有自调系统完全失控，调节阀将恢复到初始状态，气开阀全关，气关阀全开。此时，应立即紧急处理或停车，同时到现场进行操作。

    5、注意所有操作站全部断电的情况

    此时，查看控制站电源指示灯是否正常，卡件诊断指示灯有无故障红灯，绿灯表示卡件正常工作，若以上都正常，则可以确定控制站工作正常，自调系统工作正常，只是操作工暂时看不到监控画面，且不能对现场进行遥控操作，立即通知微机维修人员进行维修，并到现场进行监控。

    6、调节阀仪表气源压力低或仪表空气全部断气

    当发现多个自调系统失灵，监控画面上自调阀阀位在全开或全关位置，立即检查仪表气源压力，若气源压力小于0.4MPa，则不正常，检查气源管道有无堵塞或漏气现象；若气源压力小于0.2MPa，立即进行紧急停车。将监控画面上的自调系统全部打到手动，将调节阀阀位调到安全位置，通知仪表工气源，同时到现场进行操作，关闭调节阀两端的截止阀，用旁路阀操作。

    结论

    DCS发生故障时，操作工应掌握一定的判别方法，及早发现问题，进行适当处理，可以避免或者减少对工艺控制的影响。

*触发型PFC转换器控制器为客户带来了诸多好处。较主要的就是就是控制芯片可以*特的方式运行，即在PFC转换器为输出电容提供电流的同时，下一个转换器将从这一相同的电容上获取电流。这种运行方式使得在运行期间PFC输出电容中的RMS电流被大大降低。

    *触发型拓扑结构的开关动作是这样的：当时钟的斜坡电压与电流误差放大器输出端的电压交叉时，PFC开关将被开启。

    该系统具有一个初始条件问题。当首先为芯片供电时，电流误差放大器输出端的电压就会像输入端一样被钳位至接地。此外，由于反馈结构是专门针对积分放大器的，因此输出端具有有限的dv/dt功能。这就导致了在转换器初始上电时会出现一个大电流瞬态。

    根据输出电容的初始预充电状态以及初始输入电压条件，这将会导致在输出端上出现过压条件。

    解决这种问题的办法就是添加一个钳位控制初始峰值流限的电路，以使其大大低于设计峰值流限。该钳位会讯速地释放并允许电流峰值限制提高，但到那时电流误差放大器将负责控制功能。

    所附电路（图1）显示了该问题的解决方案。该图是关于UCC38500产品说明书*13页的电路—SLUS419。

    从VREF到PKLIMIT的电阻R29被分为R29A和R29B两部分。这两个电阻值之和为被分解之前的原电阻值，即与VREF连接的电阻为原电阻值的1/3，与PKLIMIT连接的电阻为原电阻的2/3。所添加的PNP信号晶体管(Q100)的发射较与这两个电阻的交叉点相连，而该晶体管的集电器则连接至接地。晶体管基较与所添加的电阻器(R100)与电容器(C100)的交叉点相连。所添加电容器的另一侧接地，而电阻器的另一侧连接至VREF。R12a与R12b之间的比率可以确定当电容器被完全充满时晶体管处于关闭状态。

    当首先为控制器供电时，所添加电容器C100两端的电压为0，并将晶体管保持在开启状态，从而使R29A和R29B交叉点的电压接近接地电压。这样就可降低转换器产生的峰值电流限制。由于电容器(C100)两端的电压会随着流经R100的充电电流的增加而增加，因此R29A和R29B交叉点的电压也会增加，从而允许峰值电流增加（在所添加电路的效应被并且峰值电流限制符合初始设计之前都是如此）。C100和R100的选择应遵循以下原则：时间常数要小于PFC或下行转换器上任何软启动电路的值