西門子驅動模塊6SL3120-2TE21-8AA3

SIMOTION SCOUT：自動化任務的統一視圖

SIMOTION SCOUT – 用于運動控制應用的全套工程配置系統

SIMOTION 運動控制系統提供了豐富的預編程功能，您可在此基礎上分配參數以及進行二次開發，從而實現自定義功能。

為了自動化任務的有效實施，您需要一個支持所有必要工程配置步驟且便于使用的工具：SIMOTION SCOUT

SCOUT 是機械工程設計領域的通用自動化環境。它可以對 PLC 和運動控制功能要求*的復雜生產機器進行工程設計。

SCOUT 集成在 STEP 7 中，其變種 SCOUT TIA 集成在 TIA 博途中，因此，也被集成在 SIMATIC 環境中，以確保全集成自動化（TIA）的功能完整性。

SCOUT 具有

• 集成的面向功能的自動化任務視圖，同時

• 使用起來也非常方便。

支持的 SIMOTION 應用范圍從簡單的參數可調的速度控制式單軸應用到復雜的機械耦合式可編程多軸機器應用。

因此，SCOUT 根據具體的任務顯示不同的視圖，并且可通過附加工具進行擴展（例如，用于創建凸輪圖形的工具）。

SIMOTION SCOUT – 用于工程設計、測試和診斷的工具

SCOUT 支持運動控制應用構建過程中的所有必要步驟：配置、參數設置、編程、測試和診斷。

在調試和維護時，集成的測試與診斷功能十分有用。

SCOUT 的圖形菜單系統支持用戶執行多項重要任務，例如：

• 創建硬件和網絡配置

• 創建、配置和設置工藝對象的參數，例如軸、測量輸入、凸輪輸出、凸輪軌跡和凸輪。

SIMOTION SCOUT – 支持文本式和可視化編程

在 SCOUT 中，可使用以下編程語言編寫 SIMOTION 應用：

• 結構化文本（符合 IEC 61131）

• LAD（梯形圖）和 FBD（功能塊圖）

• MCC（運動控制圖）：可視化“流程圖語言"，可輕松描述和編程生產機器的運動順序

• DCC（驅動控制圖）： 開環和閉環控制功能的圖形化組態（SCOUT TIA 沒有該功能）

CamTool 可選包（凸輪編輯器）

CamTool 可選包可擴展 SCOUT 的功能，它具有一個創建和優化凸輪的強大圖形化工具。SCOUT 中標配有一個創建凸輪的簡易編輯器。

CamTool 選件包*集成在 SCOUT 用戶界面中。

驅動控制圖 (DCC) 可選包

借助驅動控制圖 (DCC)，可輕松通過圖形化方式配置基于驅動系統的開環和閉環控制功能。 可通過拖放操作從一個標準函數塊庫中選擇多實例函數塊，以圖形方式進行連接，并進行參數化。 SCOUT 可以清晰地顯示其控制結構（SCOUT TIA 沒有該功能）

梯形圖邏輯 (LAD) 詳細比較

供貨范圍

SIMOTION SCOUT 工程組態軟件（含 SCOUT TIA）

• SCOUT 及相應許可證

• SCOUT 許可證密鑰

• 集成的 STARTER 調試工具

SIMOTION SCOUT 可選包

• 無許可證 CamTool 可選包
  許可證必須單獨訂購。

• 驅動控制圖表 (DCC) 選件包，無許可證 
  許可證需單獨購買； DCC 不能和 SCOUT TIA 一起使用。

文檔

• 包含全套 SIMOTION 文檔的 DVD

其他軟件

• SIMOTION – 實用程序和應用
  免費實用程序（例如，計算工具、優化工具等）和應用示例（即用型解決方案，例如卷取機、橫切機或裝卸）以及項目SIMOTION easyProject

• SIMATIC 軟件：
  SCOUT 單機版，STEP 7 的必要組件。

V4.4 的系統要求（在 STEP 7 環境中）

軟件

• Windows XP SP3 或 Windows 7 Professional 或 Ultimate（32/64 位）

• SIMATIC STEP 7 V5.5 SP4（對于 SCOUT 獨立版來說不需要）

硬件

SCOUT 的zui低 PG/PC 系統要求：

• 從 Pentium V 1.5 GHz 起，2 GB RAM（建議 4 GB）

• 屏幕分辨率：1024×768 像素，16 位色深

• 可用硬盤空間：3 GB

為了安裝集成在 SCOUT 中的 WinCC flexible (ES)，建議使用 4 GB RAM 主內存。

建議使用具有常規性能的編程設備或 PC 來處理包含多個模塊的廣泛 SIMOTION 項目：

• 采用 In® CoreTM i5-3320M（3.3 GHz 或更高速度）的編程器或 PC 或類似設備

• Windows 7 64 位，8 GB RAM

• 畫面分辨率：1920 × 1080 像素，32 位色深

集成了調試工具 STARTER（不適于 TIA Portal 環境）

STARTER 調試工具直接集成在 SCOUT 中。通過該工具即可輕松快速地調試、優化和診斷所有新一代的 Siemens 驅動系統。

STARTER 支持以下驅動系統：

• SINAMICS

• COMBIMASTER 411

• COMBIMASTER

SIMOTION SCOUT 獨立軟件包

如未安裝 STEP 7，則可使用獨立 SIMOTION SCOUT 軟件包。其中也包含 SIMOTION SCOUT 所需的 STEP 7 組件以及 SCOUT 單機版的許可證密鑰。

在同一臺機器上無法同時運行 SCOUT 和 SCOUT 獨立軟件包。

SCOUT TIA （TIA Portal 中的 SIMOTION）的相關說明

SIMOTION 運動控制系統已經集成在 TIA Portal 中，而 TIA Portal 具備 SIMOTION 的全部運動控制功能（包括深度集成的驅動技術）。

現在，TIA Portal 風格一致的全圖形化編輯器為硬件和網絡提供了、易于使用的組態機制， 與 HMI（包括新型 SIMATIC 精智面板和第二代基本面板）的連接變得非常容易。

全部自動化組件都組合在 TIA Portal 項目中。

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閥位及速度控制原理

閥位及速度控制原理框圖如圖3—1所示。

采用雙環控制方案，其中內環為速度環，外環為位置環。速度環主要將當前速度與速度給定發生器送來的設定速度相比較，通過速度調節器改變PWM波發生器載波頻率，實現電機的轉速調節。速度調節器采用模糊神經網絡控制算法。

外環主要根據當前位置速度的設定，通過速度給定發生器向內環提供速度的設定值。由于大流量閥執行機構在運行過程中存在加速、勻速、減速等階段。各階段的時間長短、加速度的大小、在何位置開始勻速或減速均與給定位置、當前位置以及運行速度有關。速度給定發生器的工作原理為：通過比較實際閥位與給定閥位，當二者不相等時，以恒定加速度加速，減速點根據當前速度、閥位值、閥位給定值的大小計算得來。

執行機構各階段運行速度的計算原理

圖3—2為執行機構的典型運行速度圖，它由若干段變化速率不同的折線組成。將曲線上速率開始發生改變的那一點稱為起始段點，相應的時間稱為段起始時間，如圖3—2中的t（i）（i＝0，1，2，……），相應的速度稱為段起始速度，如圖3—2所示v（i）（i＝0，1，2，…）。

設第i段速度的變化速率為ki，則有：

式中：Δv為兩段點之間的速度變化值，Δv＝vi＋1－vi；Δt為兩段之間的時間，Δt＝ti＋1－ti。

顯然，當ki＝0時為恒速段，ki＞0時為升速段，ki＜0時為減速段。任意時刻的速度給定值為：

Ts為采樣周期。

變化速率ki的取值由給定位置、當前位置以及運行速度的大小確定。

四、關鍵技術問題的解決

該電動執行機構采用了最新的變頻調速技術，電機驅動功率小于5．5kW。用戶可根據需要設定力矩特性，根據控制的閥設定速度，速度分多轉式、直行程、角行程3種方式。控制系統由閥位給定和閥位反饋信號構成的閉環系統，控制特性視運行方式、速度而定，并具有自動過流保護、過載保護、超壓、欠壓、過熱、缺相、堵轉等保護功能。
該執行機構解決的關鍵性技術問題主要有：

1、閥門柔性開關

柔性開關主要是為了當閥關閉或全開時，保證閥門不卡死與損傷。執行機構內部的微處理器根據測得的變頻器輸出電壓和電流，通過精確計算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達到或大于設定的力矩，自動降低速度，以避免閥門內部過度的撞擊，從而達到*關閉，實現過力矩保護。

2、閥位的極限位置判斷

閥位的極限位置是指全開和全關位置。在傳統執行機構中，該位置的檢測是通過機械式限位開關獲得的。機械式限位開關精度低，在運行中易松動，可靠性差。在文中，電動執行機構極限位置通過檢測位置信號的增量獲得。其原理是，單片機將本次檢測的位置信號與上次檢測的信號相比較，如果未發生變化或變化較小，即認為己達到極限位置，立即切斷異步電機的供電電源，保證閥門的安全關閉或全開。省去了機械式限位開關，無需在調試時對其進行復雜的調整。

3、電機保護的實現

為了防止電機因過熱而燒毀，單片機通過溫度傳感器連續檢測電機的實際運行溫度，如果溫度傳感器檢測到電機溫度過高，自動切斷供電電源。溫度傳感器內置于電機內部。

4、準確定位

傳統的電動執行機構在異步電機通電后會很快達到其額定動作速度，當接近停止位置時，電機斷電后，由于機械慣性，其閥門不可能立即停下來，會出現不同程度的超程，這一超程通常采用控制電機反向轉動來校正。機電一體化的大流量電動執行機構根據當前位置與給定位置的差值以及運行速度的大小超前確定減速點的位置及減速段變化速率ki，使閥門在較低的速度下實現精確的微調和定位。

5、模擬信號的隔離。

對于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統的安全性，必須將它們彼此相互隔離。采用LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。如圖4—1所示，采用±15V和±12V兩組獨立的正負電源。若運放A的反相端電位由于擾動而正向偏離虛地，則運放A輸出端的電位將降低，因而光電耦合器的發光強度將增強，則使其集射極電壓減小，最后使運放A反相端的電位降低，回到正常狀態。若A的反相端電位負向偏離虛地，也可以重回到正常狀態。從而增強了系統的抗干擾性。

五、結束語

該執行機構集微機技術和執行器技術于一體，是一種新型的終端控制單元，其電機是通過內部集成的一體化變頻器來控制，因此，同一臺智能執行機構可以在一定范圍內具有不同的運行速度和關斷力矩。該智能執行機構采用了液晶顯示技術，它利用內置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門的開、關狀態和正常運行時閥門的開度，還可以通過菜單選擇運行參數設定，當系統出現故障時，能顯示出故障信息。總之，該執行機構集測量、決斷、執行3種功能于一體，順應了電動執行機構的發展趨勢，它的研制成功給電動執行機構的研究開發提供了新的思路