西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0介绍说明

西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0介绍说明

    一：概述:

     复合机是指通过某种工艺方法，将两种或者两种以上的材料，层合在一起，形成新的一体材料的设备。经过复合之后的材料，一方面可以保持原有材料的优点，另一方面可以弥补各自的缺点。

    常见的复合方法有干式复合，湿式复合，热熔复合，挤出复合，和无溶剂复合法。干式复合式复合工艺的常见方法之一，它是在复合基材上均匀涂布一层溶剂型粘和剂，通过烘箱除去粘和剂后干燥，在热压状态下与其它复合基材复合后形成复合材料。常用材料是塑料薄膜，纸张以及铝箔等。

    而无溶剂复合则指粘和剂中无溶剂，是一种环保型的材料，因此，*对溶剂所谓的干燥，即可直接进行粘和。

    很多的设备仅适用其中的一种工艺，多功能复合机则可以提供以上的两种工艺过程，因此，适用范围和材料的能力更强，但系统的结构也会变得复杂，造价也会显得更高。同时由于功能的复杂性和控制单元的增多，对系统复合速度，复合效果要求更高，因此，对于选择一种合理的控制方式，综合技术经济性方面提出了更高的要求。

    二：一种典型的多功能复合机传动系统分析

    （一）：传动系统简图

    比较典型的多功能高速复合机系统的传动系统和工艺过程如示意图如附图1所示。

    该系统一般由两套相对独立的复合装置组成，这两套装置完成干式有溶剂复合和无溶剂复合从图中可以看出，基本上电机的配置达13台或14台更多。

    （二）：系统功能的分析：

    A：模拟信号输入通道数

    从上图中可以看出，系统中至少需要考虑7段张力，这几段张力控制可以根据机械的空间结构，来确定是安装张力传感器还是安装浮动辊，对于汇川变频传动装置而言，无论是浮动辊模式还是张力传感器模式，其信号的性质都是一样，采集标准的0-10V信号或4-20MA的电流信号。

    则本系统总共需要7通道模拟输入来接受张力反馈信号。

    B：模拟输出信号通道数

    根据系统中电机的分布，每台电机需要一个张力给定或速度给定信号，因此，需要占用的AO通道数为14路，对于收卷装置而言，锥度控制信号需要至少占用的AO通道为1路。考虑上胶电机和风机的驱动，则需要再增加至少2路的AO通道；

    综合以上的要求，则需要17个模拟信号通道（其中一路备用）。C：普通逻辑I/O：

    系统*有收卷/放卷架共4个，每个放卷架自动测量新料卷的直径，然后将这个直径以通讯方式给到待换卷的变频器，供卷曲张力变频器使用，同时，每个放卷架完成本地的自动换卷逻辑。这样，总计的DI/DO点数大约120个。考虑收卷/放卷功能相对独立，因此，将收放卷独立作成一个MPI子站，而基本框架程序可以通用，这样，显著提高了编程工作效率，适合现代模块化，通用化编程思想。

    D：汇川变频器张力控制思路：

    MD320内置性能优良的PID控制器，加入前馈控制可使扰动较小，PID幅度可以自由调节，具有多种速度给定方式，模拟输入通道可以0-10V任意标定；同时多种速度给定通道可以自由切换（压辊压下和离开需要投入/切除PID控制）。因此，全部夹辊采用MD320+PG卡实现闭环矢量的张力控制；

    MD330是中心卷曲专用变频器，支持速度模式/转矩模式的中心卷曲，内置性能优良的卷径计算模块，多种卷径计算方法，内置多曲线锥度控制器，可以适应各种材料的卷曲锥度，尤其值得一提的是预驱动功能，我们只要在适当的时候发出驱驱动命令，待换卷的变频器即自动适应当**速度运转。三：控制系统的方案：

    （一）：方案纲要：（方案框图见附图二）

    综上所述，我们可以求得性价比较好的控制系统方案。即：

    1：系统划分为两层网络-------MPI网络和PROFIBUS-DP网络；

    2：MPI网络中，将SIEMENSTP270，TP170B，CPU314-2DP，三个S7200子站连接在一起，MPI的网络速度较高187.5KBAUD，完全可以满足数据交换的要求；

    MPI网络主要完成各子站间的控制命令和自动直径数据的交换；每站交换较多12个字节；

    3：PROFIBUS-DP网络用于连接除烘箱，风机以外的所有变频器，张力传感信号全部进入汇川MD320/MD330变频器，去除所有PLC的AI/AO。至于张力控制的相关参数，变频器控制命令（如启动/停止/预驱动/当前卷径）等，全部由DP总线通讯完成。

    （二）方案实施：

    1：建立MPI网络，先单独赋予CPU314C-2DP，TP270-10，TP170B，及其它三个PLC以不同的站地址。地址依次为2，3，4，5，6，7。并允许TP270-10，TP170B从MPI口下载；这样的主要目的是为了提高工作效率，采用一条TER，即实现一个地方全部下载和调试，无须拨插调试电缆到HMI和各PLC站；

    2：建立PROFIBUS-DP网络；配置各变频器站地址和通讯速度，以及PPO类型。

    汇川变频器的MD32PFS卡内置于变频器，支持PPO1，PPO2，PPO3，PPO5这5种报文类型。特别值得一提的是：MD32PFS的PPO5，是一个客户自定义的报文类型，其结构如下：

    其中的PZD3-PZD12是一个自由地址映射区，可以访问到变频器的任何一个参数，这无疑加快了访问速度，同时，增加了用户的自由度。因此，我们决定采用PPO5。

    3：调试各个变频器张力控制系统：

    对于汇川MD320/MD330而言，这是一件很轻松的事情，配置AI属性，PID属性，卷曲模块的输入输出，卷径计算模块，预驱动换卷模块。

    MD330是可以实现零速度张力保持的，这是相当不错的一个功能，这样可以尽可能减小启动/停止时的张力冲击。

    4：建立各个子站的控制逻辑，这个过程比较简单，主要完成一些诸如自动卷径测量，预驱动逻辑等，关键部分在于子站和S7300站之间的数据传递，即可以采用TP270的VB脚本来完成，也可以在S7300侧采用X-PUT，X-GET函数完成。

    5：报警和诊断模块；

    这个模块也是非常重要的，DP从站掉站，DP故障，I/O访问错误等，可以为用户提供维修指南。依赖S7300的功能功能（使用OB85/0B86/OB122），可以方便的诊断到具体是哪个DP子站退出循环，已经发生了何种类型的故障代码。

    因为采用汇川变频器MD330，可以直接接受张力反馈信号，并自动处理，则所有的模拟信号可以全部取消，本身DP的速度较高达到12M的波特率（要求电磁干扰防护做的非常好），DP本身的速度只要达到1.5M就已经具备了比模拟信号更快的速度。而且，模拟信号直接在变频器内部进行转换和运算，内部本身采用TI公司的32位DSP，具有比PLC更快的处理和运算速度。如果模拟信号经过PLC进行变换，处理（PID运算尤其占用PLC的CPU更多的扫描时间），再输出给变频器。如采用常规数据处理模式，一则对CPU的运算速度提出更高的要求，而需要使用更快，更昂贵的CPU和大量的AI/AO模块，二则处理过程已经明显比变频器处理速度慢。

    三:双总线的方案优势

    PROFIBUS是一种开放的总线，由SIEMENS倡导，13家企业和5家研究机构支持，80年代末已经发展成为国际标准，并在92年被中国采纳为行业标准。2006年11月正式被采纳为中国的国家标准。本系统中，我们可以明显地看到以下优势：

    1：开放性：任何支持DP标准的第三方设备，均可被挂到总线上，这样，使工厂的自动化孤岛，有可能通过这个总线被全部连接到一起（参见附图四）。

    2：实时性：PROFIBUS-DP由于采用高速芯片封装协议，具有较高12MBPS的通讯速度，与普通的通讯较高38.4K相比，具有无可比拟的优势；

    3：较高的可靠性：PROFIBUSDP采用的令牌传递方式，即使有网络站点出现故障，故障机站退出令牌循环，网络仍然可以可靠运行，并错误。普通的通讯需要自己诊断通讯错误。

    4：省配线：简化维护工作：DP总线采用2芯5类电缆，所有的站点只需依赖这两条线，即可得到完全的控制，使得很多的I/O信号不需要再连接到现场设备，使控制柜变得简洁，并额外省去复杂的接线5：可以去除所有的AI/AO模块，去掉这一大块成本；

    而MPI总线，我们可以省去昂贵的ET200M子站系统。同样达到数据交换的目的。

    五：结束语：该系统采用了MD320/MD330的张力控制系统（电流闭环矢量），在性能上完全可以和国外**品牌相媲美，各张力段的控制非常稳定，换卷过程非常平稳，采用MPI和DP总线系统，在这种设备上是一种全新的尝试，工艺上由于采用了国际的无溶涂布技术，整机的档次，效果是非常理想的。该机器出口至东南亚某发达国家，完全符合当地环保，控制网络化的要求

    电气传动是工业控制领域中的一个重要内容，它利用电动机将电能转变为机械能，从而满足工农业生产及日常生活中的各种需求。目前，变频调速技术已成为节能、改善工艺流程、提高产品质量和改善环境、推动技术进步的有效措施。变频调速以其优异的调速和起制动性能，率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为较有发展前途的调速方式，其重要性日益得到**的重视。在世界能源紧缺的今天，开展变频调速技术的研究，推广其应用，有着非常重大的现实意义和巨大的经济效益及社会效益。

1 变频调速技术的发展概况
        20 世纪60 年代以前，直流调速一直以控制能力强、可靠性高、噪声低、控制电路简单等一系列优良的性能在传动领域中占据着主导地位[1]。但是随着社会生产力及技术的不断发展，直流传动的薄弱环节逐步显示出来。由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、较高转速以及使用环境等都受到限制。同时，电动机在实际应用中，已由过去简单的起停控制，以提供动力为目的发展为对其速度、位置、转矩等参数进行精确控制，使被驱动的机械运动符合预想的要求。另外，随着电力电子技术、控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展，交流调速取代直流调速，计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。因此，人们便转向应用结构简单、运行可靠、便于维护、价格低廉的交流电动机。
        然而，要实现对交流电动机高性能的调速远比直流电动机调速困难得多。从20 世纪30 年代开始，人们就致力于交流调速技术的研究。20 世纪60 年代以后，特别是70 年代以来，随着新型自关断电力电子器件、智能功率集成电路的问世，现代控制理论的发展和计算机技术的应用，新的控制策略不断涌现，使得交流调速技术得到迅猛发展，并已在冶金、机械、电气、纺织、食品等行业得到普遍应用，交流调速以其显著的节电效果，优良的调速性能以及广泛的适用性逐步取代直流调速的地位，已经成为电气传动领域发展的主流方向。
2 变频调速技术国内外现状
2.1 国外现状
        1）市场有大量需求随着工业自动化程度的不断提高和能源**性短缺，变频器越来越广泛地应用在冶金、机械、石油、化工、纺织、造纸、食品等各个行业以及风机、水泵等节能场合，并取得了显著的经济效益。
        2）功率器件发展迅速变频调速技术是建立在电力电子技术基础之上的。近年来，高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT 以及智能模块IPM (Inbbbligent
Power Module) 等器件的生产以及并联、串联技术应用的发展，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实[2]。
        在大功率交—交变频(循环变流器) 调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达30 000 kW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB 公司提供了单机容量为60 000 kW 的设备用于抽水蓄能电站；在中功率变频调速技术方面, 德国西门子公司Simovert A 电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10耀2 600 kV·A 和Simovert P GTO PWM 变频调速设备单机容量为100 耀900 kV·A，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动；在小功率变频调速技术方面，日本富士BJT 变频器较大单机容量可达700 kV·A [3]，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。IPM 投入应用比IGBT 约晚2年, 由于IPM 包含了IGBT 芯片及外围
的驱动和保护电路，有的甚至还把光耦也集成于一体，是一种更为适用的集成型功率器件。目前，在模块额定电流10耀600 A 范围内，通用变频器均有采用IPM 的趋向。IPM 除了在工业变频器中被大量采用之外，经济型的IPM 在近年内也开始在一些民用品，如家用空调变频器、冰箱变频器、洗衣机变频器中得到应用。IPM 也在向更高的水平发展，日本三菱电机较近开发的专用智能模块ASIPM 将不需要外接光耦，通过内部自举电路可单电源供电，并采用了低电感的封装技术，在实现系统小型化，专用化，高性能，方面又推进了一步。
        3）控制理论和微电子技术的支持在现代自动化控制领域中，以现代控制论为基础，融入模糊控制、专家控制、神经网络控制等新的控制理论为高性能变频调速提供了理论基础；16 位、32 位高速微处理器以及信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，则为实现变频调速的高精度、多功能提供了硬件手段。
2.2 国内现状
        我国电气传动产业始于1954 年。当时，在机械工业部属下建立了我国**个电气传动成套公司，即现在的天津电气传动设计研究所的前身。现在，我国有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。随着**，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很多较先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部分在自行设计制造的成套装置中采用外国进口和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供*的电气传动控制系统，在变频调速技术的应用和研究上取得了很大的成绩。
        但应看到，由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖仍很严重。目前，国内生产的主要产品的状况如下：
        1）晶闸管变流器和可关断器件(DJT、IGBT、VDMOS)斩波器供电的直流调速设备这类设备的市场很大，随着交流调速的发展，该市场虽在缩减，但由于我国旧设备改造任务重，以及它在几百至一千多kW范围内价格比交流调速设备价格低得多，所以短期内仍有较大市场，国产设备能满足需要，部分出口。自行开发的控制器多为模拟控制，近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。
        2）IGBT 或BJT PWM 逆变器供电的交流变频调速设备这类设备总容量占的比例不大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线，从简单的V/f 控制到高性能的矢量控制。
        3）负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的变频调速设备这类产品在抽水蓄能电站的机组起动，大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科研单位有能力制造，目前容量较大做到12 MW。功率装置国内配套，自行开发的控制装置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用软件。
        4）交—交变频器供电的变频调速设备这类产品在轧机和矿井卷扬机传动方面有很大需求，台数不多，功率大。主要靠进口，国内只有少数科研单位有能力制造。目前较大容量做到7 000耀8 000 kW。功率部分国产，数字控制装置进口，包括开发应用软件。
3 变频调速未来的发展方向
        交流变频调速是强、弱电混合，机电一体的综合技术，既要处理巨大电能的转换，又要处理信息的收集变换和传输。因此它的共性技术必定是分为功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决硬、软件开发问题。各种高性能变频控制都是国内外研究的热点[4]，其未来主要的发展方向是
        1）实现变频器的人工智能化对于交流电机这样多变量、强耦合的参数非线性时变的复杂被控对象，要获得良好的控制性能较为困难。由于神经网络具有很强的信息处理能力，能通过自身学习来解决复杂系统的控制问题，故目前已成为非线性系统建模的重要技术。近年来，神经网络在变频调速系统控制中获得了应用，已成为当前神经网络理论及应用的研究热点。
        2）实现全数字控制化全数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制灵活、可靠，易实现复杂的控制规律，便于故障诊断和监视。
        3）实现变频器的通信网络化和技术规格标准化当前，国外先进的变频器都配有总线适配器模块(如modbus, feidbus, interbus等)作为选件，外部总线可以双绞线和适配器连接，变频器则作为系统的智能终端。进一步可形成集散式(DCS)变频控制系统和现场总线(FCS)变频控制系统。变频器的技术规格已统一成国际性标准，可根据用户的需要实现灵活的配置。
       4）实现变频器的特大容量化随着电力电子技术的不断进步，控制容量将进一步增大，使交流电机比直流电机的优势更加明显。
       5）实现变频器硬件的集成化为了使变频装置体积更小巧，新型变频器要求功率和控制单元具有高集成度。利用不断发展的大规模集成电路工艺，把自动控制系统中控制电路集成化为若干个专用IC芯片(ASIC )，使整个系统的构成更小型、可靠，从而构成强弱电一体的智能化电机。
        6）实现变频器的高频化提高变频器开关频率是抑制谐波、提高系统性能的关键之一。但开关频率提高，会增加器件自身的开关损耗，影响变频器的效率和可靠性，使其调制频率受到限制。目前在高频变换器中采用较多的器件是MOSFET，IGBT和IPM。各国正在利用新一代高频电力电子器件，如静电感应晶闸管(SITH )，以及IGCT 和IECT，研发新一代高频的电控装置。
        7）实现软开关化软开关技术是目前国内外电力电子技术领域中的研究方向之一。传统的变换器中的开关器件工作在硬开关状态，硬开关妨碍了变换器工作频率和容量的提高，还存在容性开通问题引起过热损坏，在感性关断时易造成瞬时短路。近年来，软开关技术被引进变频控制中并己逐渐推向实用。软开关技术可以减小甚至完全变换器中开关器件在开关过程中的损耗，使缓冲吸收电路成为多余，提高了开关器件的工作频率，减小了开关器件的散热体积，提高了变频器工作的可靠性和效率。
        8）实现变频器的“绿色环保”化实现变频器的“绿色环保”化也就是开发清洁电能的变频器。所谓清洁电能变频器是指变频器的功率因数为1，电网侧和负载侧的谐波分量很少。研究环保型整流器，使其不产生谐波，且实现功率双向流动是国内外目前研究的热点问题。
4 结语
        变频调速技术作为、基础技术和节能技术，已经渗透到所有经济领域的技术部门中。应积极应用变频调速技术来改造传统产业，节约能源及提高产品质量，以获得较好的经济效益和社会效益；要大力发展变频调速技术，必须把我国变频调速技术提高到一个新的水平，缩小与世界先进水平的差距，提高自主开发能力，满足国民经济重点工程建设和市场的需求；并规范我国变频调速技术方面的标准，提高产品可靠性及工艺水平，实现规模化、标准化生产。

  一、摘要

    由于我国的城市化进程不断向前推进，商品混凝土在全国大中城市得到了迅速发展和推广应用，混凝土搅拌站（楼）也得到了高速发展，在公路、桥梁、城市建设等工程施工中，发挥着重要的作用。

    二、混凝土搅拌站系统介绍

    混凝土搅拌站是用来集中搅拌混凝土的联合装置，混凝土搅拌站的类型较多，它的组成也是各种各样的，但它的基本组成部分为：供料系统、计量(称量)系统、搅拌系统、电气系统及辅助设备(如空气压缩机)。

    混凝土搅拌站（楼）的原理是通过控制系统将骨料、水泥、水、外加剂进行计量和搅拌的过程。

    搅拌站的控制系统的自动化程度很高,如图所示：所有搅拌站都采用工业控制计算机控制，既可自动控制也可手动操作，操作简单方便。动态面板显示搅拌站各部件的运行情况，同时可以存储搅拌站的各种数据，按要求打印各类报表资料，存储配方可达几万个以上。控制室配备空调可保证电气元件经久耐用、性能稳定持续可靠，控制系统基本上采用工业计算机加配料控制仪表组成，即配料控制仪表数据输入工业计算机，通过板卡或PLC可编程序控制器输出执行信号从而保证系统持续正常运行。在主机卸料口、配料站等关键部件可以设置监视摄头。

    工业计算机通过外部采样经过计算、比较、处理，输出控制外部驱动元件，从而真正实现了搅拌站计算机控制。管理及监控计算机系统作为整套电控系统的备用系统，万一主计算机发生问题用户可选择备份机系统工作，做到任何时候确保机器运转正常，不至于影响生产。

    操作台面板手动按钮系统可完成配料自动控制，卸料，出砼手动控制功能。

    混凝土搅拌站的计量精度分4个方面，即骨料、水泥、水和外加剂。骨料的计量一般是采用皮带称、称量斗来进行称量，皮带称为累计称量，称量斗为单独称量或累计称量。水泥及粉料的称量一般是采用称量斗来进行，当有多种粉料时采用累计称量或单独称量。    

   三、欧瑞变频器在混凝土搅拌站传送系统上的使用

    当操作人员按照工艺要求输入所需各种骨料的重量和配比后，由计算机通过称重传感器控制骨料配料站中的各种骨料仓口的电磁阀的开闭。当电磁阀打开，开始加料；当加到所需重量的骨料时，电磁阀关闭，骨料输送机将骨料输送到搅拌主楼开始搅拌。

    某混凝土搅拌站的骨料传送系统横皮带是用11KW电机，斜皮带是用37KW电机。在未使用变频器之前，不论是否有料，骨料输送机始终工作，且速度不可调。这就存在一个这样的问题：当没有加料时，骨料输送机空转，白白浪费能源。经粗约统计，一天的工作当中输送机只有一半的时间在加料，其余都在空转，能源浪费惊人。

    在环保、节能、降耗的今天，这种调速方式改以用欧瑞变频器控制输送机得以实现。

    欧瑞F1000变频器内部采用三菱１６位单片机控制，采用V/F控制方式，通过改变电机的运行频率来调节电机的转速，具有力矩大，噪音低，控制方式灵活，使用方便的特点。

   采用欧瑞变频器之后，取系统控制骨料仓的电磁阀信号作加速信号接到变频器的OP2与CM端子上，变频器用两段速控制运行模式，**段速设为25HZ，*二段速设为50HZ：当骨料仓加料时，电磁阀打开，OP2闭合，使变频器50HZ高速运行。当不加料时，电磁阀关闭，OP2断开，使变频器以低速25HZ运行，节能工作。

    经实测，37KW的斜皮带输送机采用欧瑞变频器前，无料时电机电流约为11A，有料时电机电流约为40A。采用欧瑞变频器后，无料时电机电流仅为6A，有料时电机电流为32A，节能效果十分明显。

    在能源日益紧张的今天，作为能耗的大户，节能降耗始终是我们的主旋律。