西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8技术介绍

    西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8技术介绍

 前言：

    拉丝机行业，涉及的设备种类非常多，常见的拉丝机有水箱式拉丝机、直进式拉丝机、滑轮式拉丝机、倒立式拉丝机等，拉丝机主要应用在对铜丝、不锈钢丝等金属线缆材料的加工，属线缆制造行业较为重要的加工设备。随着变频调速技术的不断发展，变频调速器已经被广泛应用在拉丝机行业，承担着拉丝调速、张力卷取、多级同步控制等环节，变频器的应用，大大提高了拉丝机的自动化水平与加工能力、有效降低了设备的单位能耗与维护成本，得到了行业的广泛认同。    

    上图为小型拉丝机的简易示图，从机械上，可以分解为拉丝部分与收线部分，从电气控制上可以分解为拉丝无级调速控制与卷取的恒张力同步控制，通过张力摆杆的位置变化，回馈控制系统，经过自动运算，改变卷取电机运行速度，从而达到卷取与拉丝两个环节体现出恒张力与速度同步，并通过排线导轮电机，可以随着卷取速度的不同，均匀地将成品金属丝缠绕在卷取工字轮上，以实现对金属材料的拉伸加工。

    行业现状：

    行业的现状，本材料只限于针对电气控制部分的陈述，请读者谅解！    

    上图所示的小型拉丝机的控制模式，是目前主流的控制方式，拉伸与卷取控制由PLC或者工控机IPC来完成，变频器接受PLC或者IPC的指令，实现拉伸级的无级调速与卷取的恒张力控制。该系统解决方案将直接导致成本高昂、系统复杂、维护难度大、维修成本高、系统控制响应差等问题。

    INVT推荐方案：   

    上述示意图为INVT向您推荐的控制方式，该两种中型、小型、微型伸线机电气控制方式，将卷取的同步与张力控制、系统开动与停车控制、故障报警等功能集成在变频器内部，与机械系统融为一个整体，外部信号直接送入变频器，经内部算法快速反应在对系统的直接控制，大大提高了系统的响应速度，省去PLC、HMI、IPC，节省系统成本，降低故障点，并可根据用户需求配置LED或者LCD操作盘，体现人机操作的人性化，方便用户的操作、维护、调试与使用。

    产品介绍：INVT-CHV130**型变频器

    INVT-CHV130**型变频器，是在INVT-CHV100高性能矢量变频器的硬件平台与核心控制算法的基础上，结合双变频中型、小型及微型拉丝机控制的要求，开发出来一款专门针对双变频控制拉丝机的变频器，为适应行业应用的要求，在硬件、软件算法、结构上都做了许多特殊处理，特别针对耐高温、防金属粉尘、防潮湿、防腐蚀等处理，大大增强了变频调速器在拉丝机行业的可靠性。

    1、电流矢量控制

    INVT-CHV130**型变频器采用ARM（32位）+DSP（16位）双CPU控制系统，功能控制与性能控制完全分离，底层高性能电机控制模块采用电流矢量控制算法，即把定子电流按照坐标变化分解成励磁电流分量与转矩电流分量，分别进行控制，从而实现转矩的高精度控制。

    家庭网络对社区和公共服务的整合，可以将家庭与**部门及社区、各种服务商连接在一起，使**部门及社区、各行各业的信息化成果发挥巨大社会效益、经济效益，给市民带来实际便利和好处。

    ●能以即时的方式提供电子社区服务，例如：社区清洁、消杀、停电、停水通知;社区文体、公益、物业、论坛等各种实用服务;社区银行、电信上门服务通知;城市卫生、安全、交通管理公告等。

    ●能以简便的方式提供电子公共服务，例如：换领驾驶执照和车辆牌照;换领居民、办理或;预约注册婚姻、办理新生儿登记;缴纳契税、费用、罚款;办理企业登记、选民登记等。

    ●能以可信的方式提供电子消费服务，例如：网上银行、电子转账;电子订票、网络冲印;远程医疗、教育等。

    家庭网络对网络服务的整合，可以促进商家从网下发展到网上，打破信息传播的瓶颈，让商家和消费者获得品牌信息，促进品牌消费和品牌树立。

    家庭网络对通信服务的整合，能够把PC、E-Phone、Wi-Fi手机和可视电话等多种类型的接入终端结合在一起。由服务提供商或者用户召集电话或者可视电话会议，在任意的终端上都可以参与业务，并且可以对业务进行控制和管理。为用户提供传统的PSTN分组话音服务、基于IP的分组话音服务、移动业务体验和视频业务体验。

    5)家庭网络FMC解决方案

    在家庭网络里面，需要考虑把各种融合终端(IT、bbbecom、、消费)都连接在一起。家庭网络与网络各种业务提供商连接在一起，体现网络多业务特点，为用户提供宽带、固网和无线融合的体验。家庭网络FMC解决方案以宽带为中心、以应用为中心，在宽带、固网和无线网络的基础上，实现终端与业务的整体协同发展，带动宽带、NGN产业链的投入和发展，保护用户投资，增加业务可用性。   家庭网络解决方案的特点

    以上数字家庭网络解决方案秉承电信级的可靠性和可扩展性，具有以下特点：

    1)全程全网统一规划的终端管理方案

    终端管理网管系统根据电信运营商对宽带运营和维护的需要，把“可运营、可管理、可维护”的宽带网络运营理念推广到宽带网络的末端，并可以通过网关实现对家庭内部通信子网络和其他子网的管理，为运营商拓展新的运营业务提供技术支撑。

    2)强大的数字家庭终端运营支撑能力

    对于宽带网络终端设备，无论是通过运营商采购还是用户自行购买渠道，通过孵化、开户或者领取进行在线登记等简单操作流程后，就可以实现终端设备的即插即用。

    3)便捷友好的家庭自助业务订制功能

    通过提供父子功能，提供友好的用户自助操作界面和业务自助功能。

    4)完善的用户认体系与网络安全特性

    通过在家庭网关设备上实施一系列的安全设计原则：可靠性与线路安全、身份认证、访问控制、信息隐藏、数据加密、攻击探测和防范等，实现了用户的鉴权认证和高级别的网络安全特性。

    5)可靠的家庭网络服务质量保

    在IEEE增强型标准802.11e基础上，在终端产品内部可根据优化的调度算法进行**级调度。

    6)全套的家庭网络数字版权管理体系

    全面考虑了对数字版权管理的需求，以CPSA推出的DTCP(DataTransContentProtect)为基础，通过与子网对应的设备AD域，以及与AS上自助运营的用户权限管理，结合形成全套的家庭网络DRM体系，在不影响用户通过不同类型的宽带终端设备共享家庭媒体资源的基础上，实现了对内容数字版权的保护，为内容提供商解除了后顾之忧，为宽带内容市场的健康有序发展提供**。

    7)广泛的家庭网络终端标准互通架构

    8)开放的家庭网络增值业务开发环境

    通过在宽带网络增值业务领域为运营商和内容开发商、增值业务运营商搭建开放的增值业务开发环境，做好宽带网络和宽带终端的基础性工作，从而为网络的增值奠定基础。

    家庭网关是运营商进入家庭网络的关键，也是运营商网络和业务优势的集中体现。作为家庭网络与电信运营商网络联系与互通的枢纽，家庭网关在数字家庭网络中承担着核心作用。一方面，家庭网关为家庭内部各终端提供联网手段，并负责公网与家庭网络中各子网(PC、电话、家电、照明、安防等)的互通和远程管理与控制;另一方面，家庭网关也是家庭用户从电信网络与互联网络获得各种增值服务的通道和业务平台，为家庭网络的接入认和业务安全提供**。家庭网关产品可以采用先进的无线/有线技术，将家庭内的各种智能终端、家电和网络设备连接在一起，并支持多种家庭网络标准，可实现家庭网络的简便搭建和灵活扩展，避免了家庭网络布线和多种接口标准选择的烦恼。

    家庭网关的功能包括：网络接入、用户接口、业务扩展和系统架构。具体包括以下功能：

    ●提供丰富的网络接口：包括以太网、xDSL、WLAN、WiMAX、PON、3G等;

    ●家庭内部网互联接口：包括以太网、HomeP-NA、WLAN、PLC、蓝牙等;

    ●支持多种接入手段，完成认证的汇聚功能，如PPPoE、DHCP等;

    ●网络路由功能：包括NAT、DHCPProxy、QoS策略、*等;

    ●具有自维护功能：如故障检测、自诊断、自动升级、性能监测、日志告警、远程维护等;

    ●具有防火墙等安全特性。

    2)家庭网络解决方案

    家庭网络宽带电视解决方案：家庭网络宽带电视的技术优势在于：

    ●能够通过支持组播的城域网或VDN将流量分发到接入层，占用带宽小，可提供有效的QoS保证;

    ●良好的组网和扩展能力，用户数增大不需要额外的。

    家庭网络宽带解决方案：家庭网络宽带的技术优势在于不更改现有系统，利用已有的服务和宽带网络，仅在家庭网络的终端方面进行适配修改，从而能够迅速支持已有的网络的功能，并且能够针对家庭网络用户线路固定的特点，为玩家提供宽带捆绑优惠政策，推出更有吸引力的业务。

    3)家庭网络智能监控解决方案

    该方案基于网关产品的特性构建了家庭控制信息中心，通过家庭智能安防和监控告警设备的相互配合，可以实现家电设备状态信息和告警信息的远程查询、远程传送和远程控制，满足智能家居和安防的需求。

    可以通过各种技术组网，支持自来水、煤气、电力、暖气的集中抄表。帮助各公司的管理监控系统延伸到终端、延伸到家庭。

    可以接入及110系统，直接将安防信息和警报发给所在小区警备室、街道派出所、分局。办案系统可以根据具体信息，作出快速反应和部署。可以接入及120信息化系统，只要满足触发条件，位置信息将自动发送到急救平台，或者相关医院和主治医生。可以在连接110或120事故接警系统的同时，独立报告事故类型、家庭信息、发生时间、准确的地理位置。家庭网络智能监控解决方案的安防和救护功能，使通信网络成为社会功能的可靠保。

    用户还可以利用可视电话远程呼叫被监控对象的可视电话，经过口令验证后进控模式。此外，用户可以使用视频型宽带信息终端接入远程视讯监控平台，通过远程调整摄像头设备来实现视频。例如在线业务，家长通过视频型宽带信息终端登录网络后，可对子女在幼儿园的活动进行实时监控。此外，宽带信息终端还有基本的信息浏览型设备，用于信息浏览。

1 PLC 、IPC、PC-Based PLC
随着PC技术的飞速发展，使得IPC（工业控制计算机）以及基于IPC的应用技术同样也得到了突飞猛进的发展。同时，随着Internet技术的应用和所有生产信息过程和控制信息过程的集成与发展，并可通过Internet/Intranet浏览生产过程信息流中的制造过程、操作和监控现场智能设备等，IPC越来越多地承担着SA的人机交互控制任务和协同下级小型控制器或智能现场设备的控制任务。总体而言，IPC还是较适合应用于自动化控制平台的。但作为传统主流控制器的PLC，它拥有稳定性好、可靠性高、逻辑顺序控制能力强等优点，在自动化控制领域具有**的优势。但有一大遗憾：其封闭式架构、封闭式系统（研发必须具备自己或OEM的CPU、芯片组、BIOS、操作系统、梯形图编程软件）、较差的开放性势必会造成其应用上的壁垒，也增加了用户维修的难度和集成的成本。有人断言，在不久的将来，基于PC的控制器将会逐步取代PLC而成为主流控制设备。为了改善这种局面，传统PLC生产厂家正在逐步将PLC的功能PC化（如Siemens的Wi）、而IPC厂家也逐步将IPC的逻辑控制功能PLC化，使PLC和IPC在功能和规格方面越来越接近，由此就出现了基于PLC和IPC技术的中间控制器：PC-Based PLC。
PC-Based PLC也称嵌入式控制器，它不再像IPC那样以机箱加主板为主体结构，再搭配诸如A/D、D/A、DI/DO等功能I/O板卡的组合产品，而是一个独立的基于嵌入式PC技术的**系统，适合应用于小型的SA系统。如泓格的I-8000系列, 其主机内部是40MHz主频的 80188 CPU，操作系统为兼容DOS的MiniOS7，其编程环境是基于PC的标准C语言程序，程序开发过程与PLC较其相似：首先在PC上编写常驻任务程序，并将其编译好后传送到主机内的Flash上、再让其脱机运行。另外为了使其具备PLC的优势特性，PC-Based PLC也可使用梯形图编程，如泓格的ISaGRAF（配合I-8417/8817主机），相对于PLC而言，PC-Based PLC的优势在于拥有IPC强大的 Computing、Data Processing和Communication功能，在软件方面，PC-Based PLC支持IEC- 61131-3（LD、SFC、FBD、IL、ST）的五种国际标准语言和软逻辑。由于以上特点，PC-Based PLC将会更加开放和标准化，能适应更加复杂的控制和管控一体化信息的需求。
总的来说，IPC是开放式架构、开放式系统，PLC则是封闭式架构、封闭式系统，而PC-Based PLC介于二者之间，是开放式架构、封闭式系统。严格地说，IPC一般承担着管理控制任务和协同下级小型控制器或智能现场设备的控制任务，而PLC一般用作现地控制器。由于PC技术、信息技术、通信技术的交替发展，使得研发PC-Based PLC的投资相对减少，会有更多的厂家来共同推进PC-Based PLC的发展。因此，PC- Based PLC会有非常好的发展前景，但这并不意味着在短时间内PC-Based PLC会取代PLC，PLC和PC-Based PLC将会在竞争的发展中逐渐走向融合[1 、2]。

2 基于PC-Based PLC架构系统的应用技巧
2.1 AI模块
AI（Analog bbbbbs）的多寡对系统的运行的实时性和稳定性有较大的影响，尤其是当AI模块较多时其影响更大。主要原因为：I- 8000模块的CPU仅仅是一款主频只有40MHz的80188的控制器，其数据处理能力、存储空间有限，导致其运算、逻辑处理以及事件响应的快速性就没有IPC那么强大，由于CPU要完成一次A/D的整个过程必须要进行采样、保持、同步、转换、存储、处理以及运算等一系列的过程方可完成，比较费时，因此，当要完成的AI通道数较多时，必然会影响采样的实时性和系统的稳定性。通常而言，在一个I-8000模块中，一般不要**过两块如I-8017H系列的 AI模块为佳。
2.2 继电器输出模块
继电器输出模块对整个系统的影响较大，处理不好，将会导致整个系统崩溃和经常出现当机、主机板烧坏等现象，由于I-8000模块的供电一般为 10～30VDC，总的输入功率为20W，不像IPC的输入功率为250W那么大，如继电器输出模块尤其是大功率继电器模块插放的太多，由于系统供电能量不足，将会导致其输出不正常，控制系统经常误动作，导致系统崩溃、当机，甚至会导致主控板烧坏，使系统的稳定性、安全性以及可靠性存在许多隐患因素。一般而言，像I-8060、I-8058、I-8063、I-8064、I-8065、I-8066、I-8068、I-8069等不要**过两块，尤其是 I-8060、I-8063、I-8064、I-8065、I-8069这些功率模块较好为一块。如系统要控制的功率继电器较多，可以采用普通光隔开关量输入/输出模块如I-8042利用多级放大的原理连接。
2.3 通信处理
在由PC-Based PLC架构的控制系统较为重要的一个环节便是与上位机进行的实时数据通信过程，而这一环节往往是制约系统实时性和稳定性的因素，它容易出现数据瓶颈。因为上位机通常为bbbbbbs操作系统，应用程序一般有人机交互界面和实时显示界面，而往往将人机交互界面和实时显示界面设计为前台窗口，数据通信、分析以及存储设计为后台运行，但bbbbbbs 并不是作为实时操作系统设计的，是抢先式、多任务、基于消息传递机制的操作系统，但仅凭消息调度机制，显然不能满足实时系统的要求，难以保证准确实时地完成前后台控制任务。因此在bbbbbbs环境中，采用多线程技术，可以有效地利用bbbbbbs等待时间，加快程序的反应速度，提高执行效率。用一个线程管理计算机数据通信，另一个线程进行数据处理、分析与存储，这样在满足数据连续采集的同时，增强了系统事件响应和通信控制的实时性。
PC-Based PLC与上位机一般采用RS-485、CAN、ModBus或者Ethernet，如采用RS-485、CAN、 ModBus时，则要合理分配通信口，一般RS-485、CAN、ModBus的通信适配器卡有两个口，因此如控制系统有两个I-8000模块，上位机可以采用一个通信口与两个下级控制器通信，但是如有四、六个……，较好将其分成两组，上位机则采用两个通信口分别与其通信，上位机采用两个线程编写通信程序，