西門子模塊6SL3120-1TE21-0AA4

概述

SIMATIC HMI Comfort Panel - 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

• 優(yōu)異的人機(jī)界面功能，適用于要求苛刻的應(yīng)用

• 寬屏 TFT 顯示屏，對角尺寸為 4 英寸、7 英寸、9 英寸、12 英寸、15 英寸、19 英寸和 22 英寸（全部 1600 萬色），與此前的設(shè)備相比顯示面積增加高達(dá) 40%

• 集成功能，帶有歸檔、腳本、PDF/Word/Excel 查看器、Internet Explorer、Media Player 和 Web 服務(wù)器

• 可通過 PROFIenergy、HMI 項(xiàng)目或控制器在 0 - 100% 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)顯示屏亮度

• 現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)，7" 及以上型號采用鑄鋁前端

• 所有觸摸式設(shè)備都進(jìn)行垂直安裝

• 設(shè)備發(fā)生電源故障時(shí)，可確保數(shù)據(jù)安全和 SIMATIC HMI 存儲(chǔ)卡的數(shù)據(jù)安全

• 創(chuàng)新服務(wù)于調(diào)試方案

• 畫面刷新時(shí)間短，性能*

• 通過了多種認(rèn)證（例如，ATEX 2/22 和船舶認(rèn)證），適用于條件極為惡劣的工業(yè)環(huán)境

• 所有型號都可用作 OPC UA 客戶機(jī)或服務(wù)器

• 按鍵操作設(shè)備，每個(gè)功能鍵帶 LED，全新文本輸入機(jī)制，與手機(jī)鍵盤類似

• 所有按鍵都具有 200 萬次使用壽命

• 使用 TIA 博途 WinCC 工程軟件進(jìn)行組態(tài)工程框架

注：

提供了 7" 和 15" 精智戶外型。這些設(shè)備是專門針對惡劣環(huán)境中的戶外應(yīng)用設(shè)計(jì)的。具有顯示質(zhì)量（甚至在陽光下）、具有抗紫外線前端等。

優(yōu)勢

• 全集成自動(dòng)化(TIA) 的集成組件：
  提高生產(chǎn)率，小化工程費(fèi)用，減少生存周期成本

• 當(dāng)安裝空間有*也可用在垂直位置（所有觸控設(shè)備）。

• 具備下列特點(diǎn)，可降低維修和調(diào)試成本：

• 組態(tài)效率高，項(xiàng)目下載快，因此組態(tài)和調(diào)試時(shí)間較短

• 可通過可選的 SIMATIC HMI 存儲(chǔ)卡進(jìn)行自動(dòng)備份

• 背景照明壽命周期長

• 免維護(hù)設(shè)計(jì)

• 斷電時(shí)可保證數(shù)據(jù)安全

• 由于具有輸入/輸出字段、圖形、趨勢曲線、柱狀圖、文本和位圖等要素，可以簡單、輕松地顯示過程值

• 帶有預(yù)組態(tài)屏幕對象的圖形庫

• 可使用￡o

• 可組態(tài) 32 種聯(lián)機(jī)語言（包括亞洲和西里爾字符集）

• 可以在線切換 32 種語言

• 相關(guān)語言文本和圖形

• 標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件接口可提高靈活性，并省去附加硬件：

• 內(nèi)置 PROFIBUS 和 PROFINET 接口（7 英寸及以上型號，兩個(gè) PROFINET 端口，帶集成開關(guān)）

• 兩個(gè) SD 卡插槽，可用于存儲(chǔ)歸檔和用戶數(shù)據(jù)并用于自動(dòng)備份

• USB 設(shè)備接口可用于方便地下載項(xiàng)目

• USB 主機(jī)接口可用于連接 USB 閃盤、鍵盤、鼠標(biāo)和打印機(jī)

• 對于 7 英寸及以上型號，可將音頻輸入/輸出接口與集成的媒體播放器結(jié)合使用

• 標(biāo)準(zhǔn) Windows 存儲(chǔ)格式（CSV），用于歸檔和配方，以使用標(biāo)準(zhǔn)工具（如 Microsoft Excel）實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步處理

• 可通過 Sm@rtServer 選件進(jìn)行模塊化擴(kuò)展，以便在各種 SIMATIC HMI 系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊和進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)

應(yīng)用

在生產(chǎn)、過程和樓宇自動(dòng)化中，使用 SIMATIC HMI 舒適型面，板可以實(shí)現(xiàn)對簡單機(jī)器和設(shè)備的本地控制和監(jiān)視。它們可在所有類型的行業(yè)與應(yīng)用中使用。它們非常適用于完成要求苛刻的可視化任務(wù)，由于所具有的集成功能，可針對每種應(yīng)用選擇適宜的設(shè)備。

設(shè)計(jì)

KTP400 舒適型

• 4.3 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 480 x 272，1600 萬色

• 1 個(gè) PROFINET 接口和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 觸摸屏和帶 4 個(gè)觸覺功能鍵的薄膜鍵盤

• TP 177B 觸摸式面板 4 寸創(chuàng)新的后續(xù)產(chǎn)品

KP400 舒適型

• 4.3 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 480 x 272，1600 萬色

• 1 個(gè) PROFINET 接口和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 帶 8 個(gè)觸控功能鍵的薄膜鍵盤和系統(tǒng)鍵盤

• 操作員面板 OP77B 創(chuàng)新的后續(xù)產(chǎn)品

TP700 舒適型

• 7.0 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 800 x 480，1600 萬色

• 1 個(gè) PROFINET 接口（2 個(gè)端口，帶集成開關(guān)）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• TP 177B/TP 277 觸摸式面板和多功能面板 MP 177 6 寸創(chuàng)新的后續(xù)產(chǎn)品 

KP700 舒適型

• 7.0 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 800 x 480，1600 萬色

• 1 個(gè) PROFINET 接口（2 個(gè)端口，帶集成開關(guān)）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 帶 24 個(gè)功能鍵的薄膜鍵盤和系統(tǒng)鍵盤

• OP 177B/OP 277 6 寸操作員面板創(chuàng)新的后續(xù)產(chǎn)品

TP900 舒適型

• 9.0 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 800 x 480，1600 萬色

• 1 個(gè) PROFINET 接口（2 個(gè)端口，帶集成開關(guān)）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 277 8" Touch的創(chuàng)新后繼產(chǎn)品

KP900 舒適型

• 9.0 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 800 x 480，1600 萬色

• 1 個(gè) PROFINET 接口（2 個(gè)端口，帶集成開關(guān)）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 帶 26 個(gè)功能鍵的薄膜鍵盤和系統(tǒng)鍵盤

• Multi Panel MP 277 8" Key的創(chuàng)新后繼產(chǎn)品

TP1200 舒適型

• 12.1 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 1280 x 800，1600 萬色

• 1 個(gè) PROFINET 接口（2 個(gè)端口，帶集成開關(guān)）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 277 10" Touch的創(chuàng)新后繼產(chǎn)品

KP1200 舒適型

• 12.1 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 1280 x 800，1600 萬色

• 1 個(gè) PROFINET 接口（2 個(gè)端口，帶集成開關(guān)）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 帶 34 個(gè)功能鍵的薄膜鍵盤和系統(tǒng)鍵盤

• Multi Panel MP 277 10" Key的創(chuàng)新后繼產(chǎn)品

TP1500 舒適型

• 15.4 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 1280 x 800，1600 萬色

• 2 個(gè)PROFINET 接口（2 個(gè)端口帶有集成開關(guān) + 支持千兆位的附加接口）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 377 12" Touch的創(chuàng)新后繼產(chǎn)品

KP1500 舒適型

• 15.4 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 1280 x 800，1600 萬色

• 2 個(gè)PROFINET 接口（2 個(gè)端口帶有集成開關(guān) + 支持千兆位的附加接口）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 帶 36 個(gè)功能鍵的薄膜鍵盤和系統(tǒng)鍵盤

• Multi Panel MP 377 12" Key的創(chuàng)新后繼產(chǎn)品

TP1900 舒適型

• 18.5 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 1366 x 768，1600 萬色

• 2 個(gè)PROFINET 接口（2 個(gè)端口帶有集成開關(guān) + 支持千兆位的附加接口）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 377 15" Touch的創(chuàng)新后繼產(chǎn)品

TP2200 舒適型

• 21.5 英寸寬屏 TFT 顯示屏，分辨率 1920 x 1080，1600 萬色

• 2 個(gè)PROFINET 接口（2 個(gè)端口帶有集成開關(guān) + 支持千兆位的附加接口）和 1 個(gè) PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 377 19" Touch的創(chuàng)新后繼產(chǎn)品

功能

• 過程參數(shù)的顯示和修改

• 功能鍵用于直接觸發(fā)按鍵操作設(shè)備（帶有 KTP400）中的功能和操作。在功能鍵上多可以同時(shí)配置 16 種功能。功能鍵可以用做 PROFIBUS DP輸入外設(shè)設(shè)備或直接用作 PROFINET IO。

• 過程顯示：

• 矢量圖形（各種線條與平面對象）

• 對象的動(dòng)態(tài)定位以及對象的動(dòng)態(tài)顯示/隱藏

• 全圖形顯示、繪圖和條形圖顯示

• 每個(gè)趨勢區(qū)域顯示多 8 個(gè)趨勢；帶滾動(dòng)和縮放功能的趨勢曲線圖，可訪問歷史記錄并靈活選擇顯示時(shí)間段；可通過閱讀標(biāo)尺來確定當(dāng)前值并在一個(gè)表中顯示

• 綜合圖形庫（SIMATIC HMI 符號庫）

• 圖標(biāo)：滑塊、量表、時(shí)鐘

• 通過報(bào)警時(shí)鐘進(jìn)行循環(huán)功能處理

• 用于變量的多種功能

• 發(fā)信系統(tǒng)

• 離散報(bào)警和模擬量報(bào)警（限值報(bào)警）

• 具有可自由定義的消息級別（如狀態(tài)/故障消息），用于定義確認(rèn)響應(yīng)和顯示消息事件

• 利用消息歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)和故障消息管理

• 與組態(tài)的消息屏幕、消息窗口和消息行

• 歸檔消息和過程值（在 CF/SD/多媒體存儲(chǔ)卡/USB 閃盤上，或通過以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器上歸檔）

• 各種歸檔類型：循環(huán)歸檔和序列歸檔

• 按照標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 格式 （CSV） 對歸檔數(shù)據(jù)進(jìn)行分類

• 利用趨勢曲線在線評估過程值歸檔

• 可以使用標(biāo)準(zhǔn)工具（MS Excel、MS Access）進(jìn)行外部分析

• 報(bào)警記錄和值班記錄

• 打印功能（參見“推薦打印機(jī)"）

• 語言更改

• 32 種在線語言，32 種組態(tài)語言，包括亞洲和西里爾字母字符集。

• 配方管理

• 帶有附加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（在 SD/多媒體存儲(chǔ)卡/USB 閃盤等上面）

• 在面板上進(jìn)行在線 / 離線處理

• 以標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 格式保存配方數(shù)據(jù) (CSV)

• 可利用標(biāo)準(zhǔn)工具（MS Excel、MS Access）進(jìn)行外部處理

• 編程器功能 STATUS/FORCE VAR 與 SIMATIC S7 相結(jié)合

• 診斷顯示與 SIMATIC S7 相結(jié)合可支持快速問題排查

• PLC 的屏幕選擇允許從 PLC 進(jìn)行操作員控制

• 通過 MS Internet Explorer 顯示 HTML 文檔

• VB 腳本，通過執(zhí)行一些新功能，其中包括與變量接口（比較運(yùn)算，環(huán)通等），從而具備良好的靈活性

• 過程畫面、報(bào)警和變量的幫助文本

• 算術(shù)函數(shù)

• 限值監(jiān)視用于輸入和輸出的可靠過程控制

組態(tài)

可使用工程軟件 SIMATIC WinCC Comfort (TIA Portal) 進(jìn)行組態(tài)。

集成

SIMATIC HMI Comfort 面板可以連接到：

• SIMATIC S7 控制器

• 第三方控制器

• Allen Bradley DF1，Allen Bradley EtherNet/IP

• Modicon MODBUS RTU，Modicon MODBUS TCP/IP

• Mitsubishi FX，Mitsubishi MC TCP/IP

• Omron Hostlink/Multilink

• OPC UA client 或 OPC DA server

• 多協(xié)議能力

• 與其它 SIMATIC 人機(jī)界面系統(tǒng)進(jìn)行 http 通信

• 通過以太網(wǎng)到高位 PC、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)

• 西門子模塊6SL3120-1TE21-0AA4
  

再生制動(dòng)的分析與控制

為了降低電動(dòng)車的使用成本，目前采用的驅(qū)動(dòng)能源是鉛酸蓄電池。但是鉛酸蓄電池能量有限，所以電動(dòng)車的一次充電續(xù)駛里程相對比較短，一般為150KM左右。因此，在現(xiàn)有的情況下延長車輛的一次充電續(xù)駛里程是一項(xiàng)很有意義的工作。

車輛在路上經(jīng)常起動(dòng)、剎車，而剎車是以消耗動(dòng)能為熱能的方式將能量白白浪費(fèi)。因?yàn)榛\型電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)象限運(yùn)行，所以通過控制電機(jī)在第二象限運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能反饋回的電源儲(chǔ)存，這樣就可以有效延長車輛的一次充電續(xù)駛里程。電動(dòng)車直接采用蓄電池作為驅(qū)動(dòng)電源，可將再生制動(dòng)反饋回的能量直接給蓄電池充電。無需像一般的交流調(diào)速系統(tǒng)那樣逆變回交流電網(wǎng)，控制結(jié)構(gòu)相對簡單。

本文分析了再生制動(dòng)時(shí)各失量狀態(tài)的關(guān)系、功率開關(guān)的狀態(tài)以及轉(zhuǎn)差率與制動(dòng)之間的關(guān)系，最后給出了一種再生制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法。

二、再生制動(dòng)的狀態(tài)分析

1、失量分析

圖1為電機(jī)電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的各磁鏈?zhǔn)Я筷P(guān)系圖，其中氣隙磁鏈為ψ_a，定子磁鏈為ψ₁，轉(zhuǎn)子磁鏈為ψ₂，當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，ψ₁帶動(dòng)ψ₂ 旋轉(zhuǎn)，ψ₁在空間位置上超前于ψ₂，電機(jī)輸出正轉(zhuǎn)矩。

圖1 磁鏈?zhǔn)噶筷P(guān)系

當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度超出定子頻率時(shí)，電機(jī)進(jìn)入第二象限運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)轉(zhuǎn)子切割ψ_a 的方向與電動(dòng)狀態(tài)相反，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的方向相反，使ψ_a的幅值增大，為了保持ψ_a幅值恒定，定子電流需要反向以減小ψ_a幅值，定子電流方向表現(xiàn)為由電機(jī)流向滇池，在空間位置上轉(zhuǎn)子電流超前于定子電流，此時(shí)電機(jī)的輸出表現(xiàn)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)機(jī)械能經(jīng)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能饋送回電池。在整個(gè)分析過程中，氣隙磁場是實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的紐帶，因此在實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)的過程中，為了保證氣隙磁場的存在，需要外加一定勵(lì)磁電流。

2、開關(guān)的狀態(tài)分析

圖2 逆變橋結(jié)構(gòu)

如圖2所示，以電機(jī)A相電路為例，當(dāng)A相的反電勢超過電池電壓幅值的0,866倍時(shí)（設(shè)A相電流為流出），VF4截止，VF5、VF6導(dǎo)通，A相電流經(jīng)由VD1、VD5、VD6 形成通路，此時(shí)逆變橋處于整流狀態(tài)，反電勢經(jīng)由續(xù)流二極管整流向電池充電，當(dāng)A相的反電勢低于電池電壓幅值的0.866倍時(shí)，VF4導(dǎo)通，VF5 VF6截至，A相電流經(jīng)由VF4、VF2、VF3形成通路，此時(shí)蓄電池經(jīng)逆變橋向電機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁；當(dāng)反電勢出現(xiàn)換向時(shí)，相應(yīng)的功率開關(guān)器件也發(fā)生同樣的變動(dòng)，此時(shí)A相電流為流進(jìn)，當(dāng)A相的反電勢低于電池電壓幅值的0.886倍時(shí)，VF4截至，VF5、VF6導(dǎo)通，A相電流經(jīng)由VF1、VF5、VF6形成通路，蓄電池逆變橋向電機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁；當(dāng)A相的反電勢高于電池電壓幅值的0.886倍時(shí)，VF4導(dǎo)通，VF5、VF6 截至，A相電流經(jīng)由VD4 VD2 VD3形成通路，此時(shí)逆變橋處于整流狀態(tài)，反電勢經(jīng)由續(xù)流二極管整流向電池充電、在宏觀表現(xiàn)上看，再生制動(dòng)過程表現(xiàn)為充電→勵(lì)磁→充電→勵(lì)磁的交替進(jìn)行。從這一點(diǎn)上分析，控制再生制動(dòng)的發(fā)生同樣需要?jiǎng)?lì)磁電流，只是當(dāng)勵(lì)磁功率大于充電功率時(shí)，就可將再生制動(dòng)終止。

3、制動(dòng)與轉(zhuǎn)差率

電機(jī)的L形等效電路如圖3 所示，電機(jī)內(nèi)部消耗的有功功率：

制動(dòng)時(shí)電機(jī)負(fù)載產(chǎn)生的電功率：

假設(shè)電機(jī)所帶負(fù)載具有的機(jī)械能基本上被電機(jī)內(nèi)部所消耗，邊界情況為式（1）與式（2）相等所以有：

由式（3）有：

當(dāng)電機(jī)負(fù)轉(zhuǎn)差率位于S1≥S≥S2范圍時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能經(jīng)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能向蓄電池回饋，同時(shí)電機(jī)不出現(xiàn)過流，也就是反饋的電能不能被電池吸收的部分，可以由電機(jī)本身承受消耗而不出現(xiàn)過流。當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化超過該范圍時(shí)，機(jī)械能經(jīng)電機(jī)轉(zhuǎn)化的電能無法有效回饋給電池，而剩余部分的能量在電機(jī)的線圈內(nèi)阻中又無法*消耗，因此容易出現(xiàn)過流。所以，從簡化控制的角度出發(fā)，當(dāng)控制轉(zhuǎn)差率在S1≥S≥S2范圍內(nèi)變化時(shí)，再生制動(dòng)過程就可以避免出現(xiàn)過流。

三、控制再生制動(dòng)的方法

由上分析可知，再生制動(dòng)的控制實(shí)際上是根據(jù)電機(jī)中反電勢的大小、方向控制相應(yīng)橋臂的功率開關(guān)器件的通斷，保證一定的勵(lì)磁電流，但這稚方法具體到每相橋臂的每個(gè)開關(guān)的控制時(shí)就比較麻煩，但只要保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在超出定子旋轉(zhuǎn)頻率時(shí)，定子頻率跟蹤轉(zhuǎn)子速度變化，保持一定的負(fù)轉(zhuǎn)差率范圍，就可實(shí)現(xiàn)在無過流方式下的再生制動(dòng)。

根據(jù)該思路，本文提出的再生制動(dòng)方法如圖4所示，在直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）中，首先觀測定子磁鏈、控制定子磁鏈的幅值為恒定，然后選擇零失量、非零失量來調(diào)節(jié)瞬時(shí)轉(zhuǎn)差、控制輸出轉(zhuǎn)矩恒定，所以由磁鏈環(huán)節(jié)觀測定子磁鏈的幅值及相位，并且選擇失量控制鏈幅值大小；轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)（與磁鏈控制環(huán)節(jié)相結(jié)合）選擇失量控制磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度。

如果其中的轉(zhuǎn)矩反饋被定子磁鏈的相位反饋替代，而控制磁鏈幅值的環(huán)節(jié)依舊保留，圖4可以轉(zhuǎn)變?yōu)閳D5所示的一種新型的變頻調(diào)速方法，此時(shí)該系統(tǒng)是通過控制定子磁鏈的幅值大小以及旋轉(zhuǎn)速度來實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)實(shí)際上采用了DTC控制方式，它保留了磁鏈控制環(huán)節(jié)，所以能夠有效控制磁鏈的相位偏差，在這種情況下可以保證輸出的電流諧波少，運(yùn)行平穩(wěn)，而在該結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的再生制動(dòng)控制，就是使定子頻率跟蹤轉(zhuǎn)子速度變化，保證式（4）中確定的負(fù)轉(zhuǎn)差率范圍，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在制動(dòng)過程中不出現(xiàn)過流。另一方面，制動(dòng)效果的強(qiáng)弱可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率和定子磁鏈幅值來實(shí)現(xiàn)。由于這種方法保留了DTC的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，所以能夠很好地與DTC的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兼容