西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0质量**

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2、系统网络结构形式

    为确保隧道智能化监控系统的安全和高可靠性，应采用自愈环网拓朴结构形式，自愈环网拓朴结构优点**，如果在环网的某处发生断路，它将自动重新配置网络使通讯得以继续。

    3、设备控制

    根据隧道内外的交通状况、天气状况、车流情况，对隧道内各交通控制设备进行远程控制，通过中央控制中心传送到现场的PLC；现场的PLC根据中央控制中心的操作指令进行各种操作，将操作信息实时返回给中央控制中心。各PLC能在控制中心出现故障的情况下，独立进行系统控制，由于使用了环网结构，各PLC之间查相互通信，实时掌握各PLC的运行状况。设备控制还包括通信、广播、消防等设备的监控。

    4、状态监视

    在中央控制中心的显示器上，通过电子地图，直观反应出隧道内的图像资料，实时显示出隧道内所有交通控制设备、消防设备、通风设备、变配电设备的工作状态和隧道内交通状况的画面。

    5、故障报警

    在系统检测到故障信息后能立即弹出故障窗口，以闪烁的方式在电子地图上显示出相应的故障信息、故障点和故障时间；同时，自动将该故障信息存入故障信息数据库。

    6、文档生成

    

    对系统内各项信息自动进行归纳、分析和整理，生成所需的各种报表，如操作记录，报警记录，日报、月报、季报和年报等。

    7、数据统计与分析

    对系统内测量的模拟信息记录到模拟量历史数据库中，同时根据用户的需要，将记录在数据库中的数据信息进行统计与分析，以生成实时趋势图和历史趋势图。

    （二）PLC控制技术

    PLC是实现整个隧道智能化监控的较关键设备之一，一台或多台PLC控制器配置一套工业以太网交换机，交换机配置双光口双电口。各个PLC控制器通过位于CPU上的10M／100M以太网接口与交换机电口相联。各个交换机之间采用双环光缆组成100Mbps速率的光纤冗余环网。中央控制器室设备同样通过以太网交换机接入光纤冗余环网。利用PLC网络技术来实现分布式采样，即在被控点附近设置采样单元，就近完成被控点的状态采样和控制输出，完成该采样单元内部各控制信号的联锁，在各采样单元之间，通过工业控制以太网络进行通讯，实现相互协调、相互控制的功能，实现对隧道内设备、交通状况的监控。

    （三）视频检测功能

    对隧道内视频车辆检测器所采集的视频信号，进行数字化处理和数学模型运算，过滤出事故报警；实现对隧道内交通的实时监控、事后分析、检测报警（如拥堵、逆行、弃物及停止等）、交通测量（流量、占有率、平均速度等）。视频车辆检测器具有检测视频图像中每一车道和同一行驶方向上所通过的车流量、瞬时速度、车头时距、道路占有率、车辆长度识别、检测区域宽度等功能。

 一、概述

    随着交通工程建设和交通事业的发展，我国所建交通隧道的里程迅速延长，不断增长的交通、路况改善以及运输物品的复杂性，增加了交通隧道的火灾和隧道污染等的风险，引发了不少严重的灾难性事故，尤其是火灾事故，它不仅严重威胁到人的生命和财产安全，而且对交通设施、人类的生产活动造成巨大的损坏。隧道的智能化监控显得越来越重要。

    随着计算机技术、图像处理技术、通讯技术、控制技术的发展，以太网技术和总线技术突破了原有的技术瓶颈，为公路隧道的智能化监控提供了一个行之有效的较佳解决途径，它满足了社会经济发展与人们文明生活的高标准的要求，为人类的出行创造了一个安全、方便、快捷、舒适、经济、的交通与生活环境。

    二、隧道智能化监控系统

    隧道智能化监控系统采用分级管理的模式，通过建立多平台、多系统下的统一管理平台，实现对所有系统内的分监控中心、监控主机及监控设备进行统一有序的协调、管理。各分监控中心在服从总监控中心调度指挥的同时，能在自己职能范围内管理和调度其所管辖各隧道内的监控设备，从而达到集中与分散相结合的多级用户管理模式。

    隧道智能化监控系统主要包括：隧道内实时视频、车流量、流速、变配电参数、火灾自动报警、照明、通风、紧急电话、环境监测、交通控制等子系统。其中隧道网络视频系统的建立，可实时对隧道内交通流量和交通运行状况的监视，发现异常情况及时采取应急措施，确保隧道高速、安全、舒适、经济地运营。   

    （一）中央控制中心

    *监控中心是整个隧道智能化监控系统的核心，由中心服务器、网络交换机、视频工作站、电子地图、报警主机、数字矩阵主机、电视墙等组成，其功能主要包括：信息功能、信息处理与发布功能、控制功能、告警处理功能、报表统计与打印功能、查询功能、自动数据备份和系统恢复功能、自动后备功能、联网功能及网络管理等功能。实现对隧道引道区、隧道区及出入口区的信号灯、可变情报板、综合交通信息板、限速信号板、火灾自动报警、应急广播等的控制功能，达到分流、启闭车道、引导车辆改道等作用，对车辆的运行实施动态管理和控制。

    1、系统控制模式

    控制是实现隧道监控系统目的的根本手段。从系统结构考虑，系统控制应从集散式控制系统逐步发展为现场控制，从而提高系统的可靠性、维护操作的方便性与降低工程造价，应用现场总线技术，由FCS（无中心控制）代替现在的DCS（集散式控制）和PLC（可编程控制）是发展的必然趋势；现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到了迅猛的发展和应用，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、、适于频繁交换等特点，在隧道智能化监控中得到了广泛的应用。

    目前所应用的现场总线，模块化分布式控制系统，主要分为三个系列：

    （1）基于以太网和Modbus通讯协议的Openline系列；

    （2）基于Optomux和Modbus通讯协议的MicroDAC,OpenDAC,OpenLT系列；

    （3）基于现场总线Lonworks,Device,Profibus的Microlon,DacNet系列。

 随着机器人技术的发展，直角坐标机器人技术在码垛机上的使用越来越多。直角坐标机器人作为执行机构，具用控制方便，执行动作灵活，可以实现复杂的空间轨迹控制。沈阳力拓自动化控制技术有限公司在多年机器人技术应用、数控技术和产品研发基础上，依托德国BAHR公司直线系统性及机械手臂开发出了价比优良的系列数控搬运、码垛、装配机器人，广泛应用在金属冶金、汽车制造、食品加工、电子等行业上，是航空、汽车等行业重要的装备。

    典型应用案例

    在金属浇注领域，搬运机器人有着广泛的应用和需求。下面就是我们依据客户要求开发的一台在铝锭浇注生产线上工作的直角坐标机器人，其特点是负载范围大，小到几公斤，大到几吨；运行速度快，且速度可调整；动作灵活，可以完成复杂的码垛任务；可靠性高，维护简单。

    典型四坐标机器人

    一、任务要求：按层码垛：

    运动空间为三维，四自由度运动。

    行程：X方向2200mm,Y方向1500mm,Z方向1200mm,水平旋转：+-900

    能够和生产线融为一体，有良好的通讯功能。

    较大负载重量为150Kg,额定负载125Kg。层与层间成90度角交叉排放。

    每垛共九层，垛高1000mm。

    较快码垛速度为1000mm/s，平均速度为500mm/s。

    码垛精度：1mm

    根据以上要求，我们设计了一台三坐标机器人。

    二、机器人组成：

    该机器人由安装架、机器人定位系统、伺服驱动系统、供胶系统及涂胶、控制系统及电控配电系统、安全防护装置等组成。

    1、机器人安装架

    因为该机器人码垛机的运动速度很快，起停状态对安装架有很大的冲击。安装架必须有非常好的刚性才能保证机器人运行的稳定。我们为此设计了焊接钢架结构作为支撑架。

    2、机器人定位系统

    机器人定位系统是整台设备的核心，为德国bahr公司产品，因运动速度快，而重复精度并不高，X,Y,Z三坐标均选择为同步齿形带传动，单坐标重复定位精度为0.1mm，较快直线运动速度：1000mm/s。其中X坐标轴为两根长度为3000mm，跨度为2200mm的定位系统ELZ100，由同步传输器保证两根定位系统运动的同步，由一台3000W伺服电机驱动。出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。

    Y轴选用ELZ100和ELR100双定位系统，之所以选者如此大截面的定位单元，主要是因为Y轴为双端支撑，中间悬空结构，如果选择的截面不够，将不能保证机器人运动的平稳性，机器人在高速运动时将发生振颤。ELZ100为主驱动结构，ELR100位辅助结构。两根定位单元并排使用，将Z轴夹在中间，能够很好的平衡负载，这种安装方式具有非常好的稳定性。两根定位系统由一台2500W伺服电机驱动，出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。

    Z轴选用ELSD100双滑快全包围定位系统，牢固稳定。该产品是专为同时完成物体提升和旋转两个运动而设计的。该产品一般滑块固定而定位体作伸缩式运动，驱动定位体的伺服电机驱动和滑块安装在一起。该伺服电因需要将物体快速提升，需要克服很大的重力和加速力，需要较大的功率才可以。

    实际应用中我们选择了一台4000W带抱闸的伺服电机，匹配了一台一台行星减速机。

    旋转轴与Z轴是集成在一起的，通过在Z轴定位体中心添加一根贯穿的长轴实现的。长轴的较上端作为驱动端，与伺服电机安装在一起。长轴的较下端作为负载端，用于安装物体。因物体较重，转动惯量较大，不能直接安装在驱动轴，必须加一台盘式减速机才能匹配。伺服电机的动力先由长轴传输到减速机再传输到负载，就实现了旋转负载的功能。

    3、伺服驱动系统

    该码垛机器人的选用具有Profibus功能的伺服电机。每个运动轴配有一台伺服电机及一台减速机，四个运动轴，共四套伺服电机和四台减速机，其中垂直运动轴为带抱闸伺服电机。

    4、机器抓手

    该机械手选用德国菲施托气动机械手，压力可调，配备压力缓冲阀，使夹持动作平稳抓手上装有感应机构，能够自动感知物体，并通知控制中心进行物体抓放。

    5、控制系统

    控制系统由大型PLC、触摸屏组成。该系统拥有强大的Profibus通讯功能。能够将数据实时传输给以太网，能够将控制指令以总线的方式发送给伺服系统，使整个的运动相当流畅。该系统可预置多种工件的程序，更换品种时可在触摸屏上调用相应程序。

    6、安全防护装置

    该机具有故障提示及报警功能，并且每次出现故障时都能准确的反映出故障具体位置，便于迅除故障，主要包括：机器人碰撞保护功能；工件安装到位检测；光幕安全保护。

１. FX系列的12位模拟量输入／输出模块的公共特性  

除FX2N-3A和FXlN–8AV–BD／FX2N–8AV–BD的分辨率是8位，FX2N–8AD是16位以外，其余的模拟量输入输出模块和功能扩展板均为12位。

电压输入时(如0~10V DC，0~5V DC)。模拟量输入电路的输入电阻为20kΩ,电流输入时(如4~20mA)模拟量输入电路的输入电阻为250Ω。

模拟量输出模块在电压输出时的外部负载电阻为2kΩ／~1MΩ，电流输出时小于500Ω。

12位模拟量输入在满量程时(如10V)的数字量转换值为4000。未专门说明时，满量程前总体精度为±1％。

功能扩展板的体积小巧，价格低廉，PLC内可安装一块功能扩展板，后者还可以和价格也很便宜的显示模块安装在一起。

2. 模拟量输入扩展板FX1N–2AD–BD

FX1N–2AD–BD有两个12位的输入通道，输入为0~10V DC和4~20mA DC，转换速度。为1个扫描周期，没有隔离，不占用的I/O点，适用于FXlS和FX1N。

3. 模拟量输出扩展板FX1N–1 DA–BD  

    FXlN–1DA–BD有1个12位的输出通道，输出为0~1OV、O~5V DC和4~20mA DC，转换速度为1个扫描周期，没有隔离；不占用I/O点，适用于FX1S和FX1N。

4. 模拟量设定功能扩展板FX1N–8AV–BD／FX2N–8AV–BD

模拟量设定功能扩展板上面有8个电位器，可用应用指令VRRD读出电位器设定的8 位二进制数，用作计数器、定时器等的设定值。电位器上有11档刻度，根据电位器所指的  位置，利用应用指令VRSC，可将电位器当作选择开关使用。FX1N–8AV–BD适用于FX1N和FX2N，FX2N–8AV–BD适用于FX2N。

５. 模拟量输入输出模块FX2N–3A  

          FX2N–3A是8位模拟量输入/输出模块，有两个模拟量输入通道，一个模拟量输出通道。

       输入为０~10V DC和4~20mA DC。输出为0~10V、0～5VDC和4~20mA DC，模拟电路和数字电路间有光电隔离，但是各输入端子或各输出端子之间没有隔离。它占用8个I/O点，可用于FX1S之外的机型。  

 6．模拟量输入模块FX2N–2AD和FX2N–4AD

          FX2N–2AD有2个12位模拟量输入通道，输入量程为0～10V、0～5V DC和4～20mA DC，转换速度为2.5ms/通道。

       FX2N–4AD有4个12位模拟量输入通道，输入量程为-10V～10V和4～20mA DC，转换速度为15ms/通道或6ms/通道(高速)。它们的模拟电路和数字电路间有光电隔离，占用8个I/O点。可用于FX1S之外的PLC。

 7．模拟量输入和温度传感器输入模块FX2N–8AD

    FX2N–8AD提供8个16位(包括符号位)的模拟量输入通道，输入为–l0～ l0V和–20mA~ 20mA DC电流或电压，或K，J和T型热电阻，输出为有符号16进制数，满量程的总体精度为±0.5％。电压电流输入时的转换速度为0.5ms/通道，有热电偶输入时为lms/通道，热电偶输入通道为40ms/通道。模拟和数字电路间有光电隔离，占用8个I/O点，可用于：FX1S之外的机型。

 8. PT–100型温度传感器用模拟量输入模块FX2N–4AD–PT

    FX2N–4AD–PT供三线式铂电阻PT–100用，有12位4通道，驱动电流为lmA(恒流方式)，分辨率为0.2~0.3℃，综合精度为l％(相对于较大值)。它里面有温度变送器和模拟量输入电路，对传感器的非线性校正进行了校正。测量单位可用摄氏度或华氏度表示，额定温度范围为–100~ 600℃，输出数字量为–l000～ 6000，转换速度为15ms/通道，模拟和数字电路间有光电隔离，在程序中占用8个I/O点，可用于FX1S之外的机型。

 9．热电偶温度传感器用模拟量输入模块FX2N–4AD–TC

        FX2N–4AD–TC有12位4通道，可与K型(–100～ 1200"C)和J型(–100～600℃)热电偶配套使用，K型的输出数字量为1000～ 12000，J型的输出数字量为–1000～ 6000。K型的分辨率为0.4℃，J型的为0.3℃。综合精度为0.5％满刻度 l℃，转换速度为240ms/通道，在程序中占用8个I/O点。模拟和数字电路间有光电隔离，可用于FX1S之外的机型。

 10．模拟量输出模块FX2N–2DA

      FX2N–2DA有12位2通道，输出量程为0~10V、0~5V DC和4~20mA DC，转换速度为4ms/通道，在程序中占用8个I/O点。模拟和数字电路间有光电隔离，可用于FFX1S之外的机型。

 11．模拟量输出模块FX2N–4DA

   FX2N–4DA有12位4通道，输出量程为–10V~ 10V和4~20mA DC，转换速度为4通道2.1ms，在程序中占用8个I/O点。模拟电路和数字电路间有光电隔离，可用于FX1S之外的机型。

 12．温度调节模块FX2N–2LC

       FX2N–2LC有2通道温度输入和2通道晶体管输出，可提供自调整的PID控制、两位式控制和PI控制，电流探测器可检查出断线故障。可使用多种热电偶和热电阻，有冷端温度补偿，分辨率为0.1℃，控制周期为500ms。在程序中占用8个I/O点，模拟和数字电路间有光电隔离，可用于FX1S之外的机型。

  PLC梯形图程序中的计数器的较高工作频率受扫描周期的限制，一般仅有几十Hz。在工业控制中，有时要求PLC有快速计数功能，计数脉冲可能来自旋转编码器、机械开关或电子开关。高速计数模块可以对几十kHz甚至上百Hz的脉冲计数，它们大多有一个或几个开关量输出点，计数器的当前值等于或大于预置值时，可通过中断程序及时地改变开关量输出的状态。这一过程与PLC的扫描过程无关，可以保证负载被及时驱动。  

        FX2N的高速计数模块FX2N–1HC有1个高速计数器，可作单相/双相50kHz的高速计数，用外部输入或通过PLC的程序，可使计数器复位或起动计数过程，它可与编码器相连。    单相1输入和单相2输入时小于50kHz，双相输入时可设置为1倍频、2倍频和4倍频模式，计数频率分别为50kHz，25kHz和12.5kHz。计数值为32位有符号二进制数，或二进制16位无符号数(O～65 535)。计数方式为自动加/减计数(1相2输入或2相输入时)或可选择加/减计数(1相1输入时) 。可用硬件比较器实现设定值与计数值，一致时产生输出，或用软件比较器实现一致输出(较大延迟200�s)。它有两点NPN集电极开路输出，额定值为DC5～12V，0.5A。瞬时值、比较和出错状态均可监视，在程序中占8个I/O点。

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