西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8使用说明

西门子模块6es7231-7pb22-0xa8使用说明

地铁具有高速、安全、准时、载客量大的特点，是现代城市解决交通阻塞有效的手段。上海轨道交通9号线一期工程途经松江、闵行和徐汇三个区，是一条市域快速铁路，工程自松江新城站至宜山路站，全程约31km。到2008年，上海轨道交通9号线一期工程建成后，将为上海西南松江、闵行和徐汇地区的市民提供快速、便捷的出行条件，也将为上海整个轨道交通系统延伸做出贡献。
应用背景
fas设备联动系统是对地铁车站、区间隧道、主变电所、车辆段、控制中心等与地铁运营有关建筑和设施的火灾、行车及人为事故等灾害进行可靠监视及报警并可靠地控制所有防灾设备，以使地铁能正常有序的运营，避免或降低灾害情况下造成的人员和财物损失。
客户需求
fas设备联动系统实现中央控制室防灾指挥中心对地铁全线设备联动部分的集中监控管理。防灾指挥中心是全线消防指挥中心，火灾时作为车站运营管理的车站综合控制室和控制中心大楼的大楼综合控制室兼作消防控制室。
fas设备联动系统的主要监控对象有：隧道风机、排热风机、排烟风机、电动防火阀、自动扶梯、应急照明等。
解决方案
上海轨道交通9号线一期工程fas联动控制系统，对全线车站及区间隧道的通风风机、风阀、自动扶梯、垂直电梯、车站事故照明电源等机电设备进行自动化监控和管理，此外，还与bas系统、信号ats系统、通信传输系统、中央母钟系统等系统间设有数据接口，传输信息。因此甲方要求采用可靠性高、技术先进、网络组成生命力强、扩展方便、智能化程度高、便于调试、维护和管理、布线简便的设备。
根据上海轨道交通9号线一期工程fas联动控制系统的技术特点，选用ge公司的90-30系列plc产品作为本方案的联动控制设备，ge公司的versamax系列作为ri/o和i/o模块。
产品的优点是：
·已在美国、韩国、香港、上海、广州等多个轻轨/地铁项目中应用，并经受了多年以上实际运行的考验。
·已有一批在轻轨/地铁中经过实际运行考验的软件模式，这些软件模式可略做修改后用于本项目，众所周知软件的成熟程度是保证系统运行的一个非常关键的因素。
·硬件系统经过了多年实际运行，是一个非常成熟可靠的系统。
监控软件在系统中起着极为重要的作用，考虑软件的各项功能和使用方便，同时考虑其开放性和对internet应用的支持（这是未来发展的方向，相信整个地铁系统也会很快实现信息化的）。选择ge的proficy hmi/scada–cimplicity作为车站及控制中心的工业级监控软件。历史数据库选择流行的商用数据库软件s软件。
通讯网络是整个fas联动系统的动脉，控制中心采用冗余标准工业以太网（tcp/ip协议），把控制中心的所有fas系统设备连接起来，通过通信转换接口连接到通信系统所提供的接口，实现控制中心局域网与fas系统广域网的连接，通信速率不小于10mps，采用10/100m自适应方式。
在控制中心构成cat5+冗余10/100m以太网，在各车站组成10/100m光纤冗余以太环网，局域网为交换以太网拓朴。由于交换以太网可以实现动态路由，极大限度地解决了局域网络中的通信冲突问题，tigao了网络利用率。交换方式将网络的不同部分隔离成为子网，各子网只需支持连到子网上的各工作站之间的通信，这样通过交换可以极大地减轻广域网上的通信量，把珍贵的广域网带宽解放出来。通过交换机和网管软件，整个fas联动部分可以设置成一个相对独立的虚拟专网（vpn），这样在通信中可以减少约30%的路由节点，降低了网络延迟和tigao了带宽利用率。
1.系统基本功能
上海轨道交通9号线一期工程fas系统设置防灾报警及联动控制两个部份，其任务是建立一个智能的防灾及自动化监控体系，系统以计算机控制及信息传输网络为基础，进行信息的采集、存储、传递、处理，实现先进的自动化管理，fas联动控制实行两级管理、三级控制的方式。在控制中心大楼设联动控制系统防灾指挥中心（为主控制级），在车站、车辆段、控制中心大楼等处设防灾控制室（为分控制级），均能对其所管辖范围独立地进行监控管理。
中央级监控系统（联动控制主机系统）由控制中心局域网络构成，网络内包括互为备用冗余服务器、冗余工作站维护计算机、通信转换接口、打印机、模拟屏、ups等设备。中央级监控系统局域网络通过网络交换机与各车站、occ大楼及车辆段联动控制分机连接，接收各联动分机设备状态数据及发出指令。
在控制中心大楼内设置联动控制分机，负责整个建筑物内的联动控制功能的实现。控制中心大楼内防灾报警分机通过rs-232与联动控制分机连接；该联动控制分机与中央控制室防灾指挥中心联动控制主机相连。
在沿线各车站设置一套联动控制分机。负责所管辖范围内的联动控制功能的实现。沿线各车站内的防灾报警分机通过rs-232与联动控制分机连接；联动控制分机通过2mbps信道与中央控制室防灾指挥中心联动控制主机相连。
两主变电所内分别设远程ri/o，负责主变电所联动控制功能的实现。ri/o与相近的车站联动控制分机相连。
岔道井内分别设联动控制器，负责岔道井内联动控制功能。岔道井内的联动控制器通过相邻车站联动控制分机传送及接收有关设备状态及控制指定数据。
在车辆段设置联动控制分机，负责整个车辆段内所有建筑物的联动控制功能的实现。车辆段内的防灾报警分机通过rs-232与联动控制分机连接；联动控制分机通过2mbps信道与中央控制室防灾指挥中心联动控制主机相连。
当发生火灾时，fas联动控制部分接受防灾报警分机的模式指令启动预定的工况模式，进行相应的消防联动工作。
2.系统构成
2.1.控制中心设备联动系统构成
中央级监控系统由控制中心局域网络构成，网络内包括互为备用冗余服务器、冗余工作站维护计算机、通信转换接口、打印机、模拟屏、ups等设备。

两套性能相同的服务器对整个整个网络的数据进行处理，并作为网络内其它计算机的共享资源。系统正常工作时，主、备服务器中，一台主用，另一台备用。控制命令仅通过主服务器发出。主、备服务器均能接收来自车站的各种上行数据。
下图简要说明系统的冗余功能：

2.2.车站设备联动系统的构成
在车控室内设置一套工控机级别的图形工作站，作为画面显示和人机对话设备。车站图形工作站是车站级的主要监控设备，它负责一切正常及事故情况下，对车站各系统设备的监视、管理、控制指令的发出。图形工作站通过车站光端交换机电口与联动控制部份的局域网连接起来，构成站内级以太网网络，同时接收或处理由现场控制器上传的设备状态或资料。
在车控室内设置ibp控制盘，ibp盘利用硬线直接控制消防专用设备。
在车控室内设置1套ge系列90-30plc构成的冗余联动控制分机，接受火灾报警系统的实时信息和采集现场防灾相关设备的运行状态。同时接受图形工作站和中央控制室防灾指挥中心的控制命令。该联动控制分机通过rs-232与火灾报警分机连接。在火灾情况下，接受到火灾报警分机的火灾报警信息后，实施火灾状态下的火灾抢险模式控制；并通过2mbps信道向中央控制室防灾指挥中心传送联动设备的运行信息。该联动控制分机可通过modbus标准通讯协议与bas系统控制主机相连，接受bas系统指令，实现正常工况下bas系统对环控与消防兼用设备的控制，并向bas系统传回环控与消防兼用设备的状态。
在左右环控室内分别设置2套ge系列 90-30plc构成的冗余联动控制器，监控车站内隧道通风系统设备、车站公共区通风空调设备，车站设备用房通风空调系统设备、车站导向设备、防火阀等设备。同时将数据上传至车控室内联动控制分机。如图：

2.3.系统运作模式
1)监视模式
在正常情况下，联动控制分机/控制器均处于监视状态，gcc显示相关工点(控制中心大楼、车站、车辆段、主变电所等地方)各联动控制对象状态。
2)报警模式
a.自动确认模式
联动控制分机监视防火阀动作状态，并在线监视防灾报警主机发出的火灾报警和模式指令，一旦监测到火灾报警和模式指令，联动控制系统立即转入灭火抗灾工况，同时将信息上传至防灾指挥中心。
b.人工确认模式
联动控制分机也可接受经过密码确认的人工火灾报警模式控制，一旦监测到人工确认的火灾报警和模式指令，联动控制系统立即转入灭火抗灾工况，并将信息上传至防灾指挥中心。
c.消防联动模式
fas系统防灾报警部分实现火灾探测及报警功能，并将信息上传至防灾指挥中心。防灾报警分机按探测的火灾情况决定火灾模式及通知联动控制部份。fas系统联动控制部分系统按火灾模式实现控制及监视着火区域防火阀动作状态，控制防排烟风机等消防设备的联动控制的功能并接收其反馈信号。
d.控制仅先权
如同一控制指命因不同控制级而有冲突不能妥协时，控制优先权顺序为：就地控制(高)、ibp控制、车控室控制、中央控制室防灾指挥中心；隧权道通风系统控制优先权顺序：就地控制(高)、ibp控制、中央控制室防灾指挥中心、车控室控制。如较低控制指令因较高控制级而不能实现或中断时，须向较低控制级报告反映。另外，车控室控制中，手动控制比模式控制优先。

1、 引言
对于大部分使用拉丝机的国内金属加工企业来说，国产拉丝机械产品已经能够被接受替代国外高端的产品，拉丝机械主要配套国外变频器，主要原因有两个，一是国产变频器技术在一段时间内落后于国外变频器厂家，无论从控制算法的先进性，可实现性，还是从硬件平台的简易性，稳定性都有一定的差距。二是对于大部分国外拉丝机械设备生产商来说，也倾向于配套国外变频器和plc。国产变频行业经过5年的发展，已经证明绝大部分性能已经满足现场需要。针对拉丝机械配套市场，变频器配置先进快速的pid控制算法，针对各种不同的拉丝机械，均能够实现较为简洁方便的拉丝机控制方式。
2、 拉丝机工作分析
从产品终端来说，拉丝机可以分为大拉机，中拉机，小拉机，微拉机。而从拉丝机内部控制方式和结构来说，可以分为水箱式，滑轮式，直进式等主要的几种。对于不同要求，不同精度规则的产品，不同的金属物料，可选择不同规格的拉丝机械。对电线电缆生产企业，双变频控制的细拉机应用比较广泛，相对而言，其要求的控制性能也较低，而对大部分钢丝生产企业，针对材料特性，其精度要求和拉拔稳定度高，因此使用直进式拉丝机较多，不同的拉丝机械，其工作过程基本相同（如下图）：
金属初制品 金属成品
(1、 放线:金属丝的放线速度，对于整个拉丝机环节来说，其控制没有过高精度要求，对部分双变频控制的拉丝机械，甚至可以通过拉丝环节的丝线张力通过一圆盘拉伸。对大部分拉丝机械，放线的控制是通过变频器驱动放线机实现的。
(2、 拉丝:拉丝环节是拉丝机为重要的环节。不同金属物料，不同的产品精度和要求，拉丝环节有很大的不同，双变频控制拉丝机拉丝部分与放线部分共用一台电机，金属丝通过内部塔轮的导引，经过模具而逐步拉伸。而直进式拉丝机拉伸效率较高，对每一道拉丝工序，都需要一台电机带动，因此其控制也为复杂。
(3、 收线:收线环节的工作速度决定了整个拉丝机械的生产效率，因此也是整个拉丝机工作的控制源，一般通过一个主机plc或人机操控系统直接控制的变频器驱动收线机。

图1:双变频式拉丝机控制流程图
双变频式拉丝机的控制流程如图1:主控操作面板设定plc输出收线信号，此信号通过plc频率修正后给定至收线控制1#变频器，金属制成品于收线端通过一安装有张力传感器的导轮，输出金属丝张力信号，作为拉丝收线张力信号反馈输入到1#变频器，1#变频器通过内置pid闭环控制，决定输出频率，此输出频率通过主控系统或者plc综合，输出对2#拉丝环节控制电机的控制，由于对产品精度和拉拔要求不高，金属丝在通过不同模具时的速度差异通过机械机构实现，而不必要对每道拉拔都实现闭环控制。

图2：直进式拉丝机的控制流程图
使用变频器的典型直进式系统控制如图2，操作面板和plc负责设定和监控各个环节的参数，通过变频器的各个设定端子，直接进行各个拉丝卷筒控制变频器状态共享。收线卷筒电机的运行频率通过主操控plc输出给定。收线电机的运行频率，直接决定了上一级(5#)电机的运行速度，为了保证张力基本恒定以保证金属产品的品质，拉丝环节(1-5#)电机的主控速度通过plc综合下一级电机的频率给定，单独主频率给定信号满足不了产品生产要求，容易造成断线故障，因为在直进式各个拉丝道中，拉丝的效率较高，各个卷筒间丝线张力很不一致，致使各个拉丝卷筒间丝线半径精度不高，为达到生产要求，一般以本级电机张力传感信号为频率设定辅助信号反馈，通过调节辊输出的是角度信号，角度信号经过凸轮变成直线式位移信号，位移传感器检测直线位移信号输出0～10v的电压信号，此信号做为内部pid的反馈信号。
主控制信号控制变频器时，必须考虑机械惯性，按一定的斜率输出，即通过一频率斜坡发生器产生变频器主控制信号。发生器的斜率可针对不同机械的特性而设定。辅助信号由内置pid环节输出，它决定了当前拉丝机的动态特性，在整个信号给定中，当辅助信号所占比例较大时，转速将出现大的振荡而较难稳定，当辅助信号占比例较小时，其控制跟随速度较慢。因此须在主控plc或变频器内部对辅助频率进行限幅，通过简单的比例关系，设定主给定信号和拉丝机本身闭环给定信号的比例关系即可实现，对大部分拉丝机，使其pid频率限幅在10%左右。
拉丝机各个卷筒控制电机频率主信号给定需要进行修正和补偿，这是由于拉丝机工作特性决定的。根据金属丝体积秒liuliang相等的原则，设上一级模具出线半径为a，线速度为va，经过当前级模具拉伸后半径为b，速度为vb，则变速比满足下式：
va/ vb = b2/a2 ( 公式1)

4、 拉丝机使用变频器优势介绍
1) 使用转速和电流闭环的无传感器矢量控制方式，快速的速度和转矩闭环，减免了测速机构，实现较高的控制精度和控制性能。
2) 高性能的低频转矩特性，150%的起动转矩，的零频预励磁输出。
3) 先进的内置pid闭环控制算法，确保pid控制器性能达到优，大限度方便客户的pid控制器参数设置。
4)高速的控制cpu内核，保证了控制性能的快速性，高达的直流制动力矩，对尤其是拉丝机等具有冲击性的负载，保证了其快速的响应特性，确保拉丝机停机不断线。
5) 完善的故障保护功能，大限度地对拉丝机械和变频器本身进行保护。

5、 结束语
变频器的高性能和完善的功能，使其在各个行业得到了广泛的应用，对于部分v/f变频器满足不了的要求高场合，其优势更为明显。变频器在拉丝机械上使用中，免除了客户端繁杂的外部设备，内置pid的调节方便简练，即使故障停机状态，也很少出现断线，节电效果明显