6ES7215-1BG40-0XB0型号介绍

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在中国城市轨道交通快速发展的时期，作为的网络平台服务供应商---研华科技，为轨道行业的自动售票系统、电力监控系统、乘客信息系统、环境监控系统、信号系统、火警报灾等系统提供了多种解决方案。研华在六大干线提速、大秦重载、青藏铁路等项目的长时间运行中表现出的稳定可靠，得到广大用户的肯定，这也为研华持续专注轨道行业注入更大地信心和热情。

一、 系统概述

   因我国人口纵多，地域广阔，城际高速铁路和城市内的轨道交通越来越是人们出行交通的，这是一个由很多子系统组成的庞大的系统，比如：信号系统，自动售检票系统（AFC）、火灾报警系统（FAS）、环境监控系统BAS，电力监控系统（P-SCADA），旅客信息导引系统PIS等。其中信号系统是为重要的系统，信号是一个分布式系统，包括调度中心子系统、电务维护子系统、通信网络子系统和车站子系统。信号系统的核心系统就是联锁系统。

该系统的可靠性、安全性，稳定性、和实时性决定了列车运行的安全可靠。

所谓联锁即道岔、进路和信号三者之间相互制约、相互依存的关系，实现联锁的设备叫做联锁设备。

下图为联锁设备原理图：

联锁设备原理图

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二、联锁系统层级图

（1）层为人机对话层
将来自键盘、鼠标等操作输入，经串口送达联锁计算机，同时在图形显示器上显示站场表示信息。在站场规模较大致使联锁计算机负担较重或需要多终端操作的情况下，可设置操作命令采集机进行操作命令输入的有效性判别并转换成约定格式传送给联锁计算机。

（2）第二层为联锁运算层
联锁微机是系统的核心部分，承担着操作输入的判别、联锁信号的调理及分析、逻辑运算、控制命令生成、故障诊断等任务，其可靠性、安全性对系统的总体故障—安全性能有较大影响，系统中设置了两台联锁微机，其中一台为冷备机，可进行人工切换。

（3）第三层复核驱动层
复核驱动层承担着采集表示信息并将联锁微机下达的操作命令转化为故障—安全的控制信号的任务，对联锁微机形成的操作命令进行复核检查的屏障作用。

（4）第四层为结合电路层
结合电路的任务之一是实现现场监控设备表示信息与PLC输出的驱动信号的安全逻辑转换，使PLC的输入、输出信息均具有故障—安全性能。任务之二是用专用电路规范监控设备 的测控过程， 即包括表示信息采集机制与设备驱动流程。

（5）第五层为监控对象层 监控设备是指联锁系统的现场设备，即道岔、信号机与轨道电路。

联锁系统层级图

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三、系统要求

1． 对稳定性，可靠性要求极高。因联锁为控制行车之指挥系统，需要10年双机运行无任何同步性故障，，不得有任何错误，人命关天。

2． 规格要求：需要2个CAN口通信，8个485口通信，2个arcnet网卡，声卡，双频显示，1个网口

四、研华产品方案

1. 针对客户稳定性极高之要求，我们针对此行业开发二种专用低工耗，无风扇主板 PCA-6004和PCA-6008，此IPC-610整机系例方案经过铁路现场长达10年时间的论证，其中非常典型的项目有青藏线，大秦线，6大干线的提速，上海北京多条轨道交通项目之应用，在此行业已经证明为非常稳定之产品

2. 针对客户应用规格：需要插CAN，串口卡，Arcnet网卡，多频卡，针对非常特殊之处插ISA较多及系统稳定性之要求此整机我们特别支持HISA驱动，且支持DOS驱动。

3. 联锁主机（维修机）硬件配置：

机箱：IPC-610H/PCA-6113P4R

主板：PCA-6008（无风扇、低功耗、Cerm 全长CPU主板，支持DOS,bbbbbbs,系统

或PCA-6004（无风扇、低功耗、VIA，HISA全长CPU主板，支持DOS，bbbbbbs系统）

2块Arcnet网卡

1块ISA声卡

1块多频卡

研华铁路行业专用产品平台经过长时间运行，表现非常稳定可靠，是目前在此行业市场占有率高，实施项目多，经过论证考验多之方案。这是我们经过试用很多其他厂家产品后对研华之评价-----的合作伙伴。   

　在随动位置控制系统和位移量检测中，系统要控制的量有线位移或角位移。需要的检测装置较多，如自整角机、旋转变压器和感应同步器等。而对于旋转物体角位移的测量，旋转编码器的使用是必不可少的。旋转编码器是直接将角位移转换成数字信号，它分为增量式和式两种。根据制作工艺的不同，式编码器又分为二进制、二——十进制和格雷码盘等。现就格雷码盘式旋转编码器的特点介绍一下。

2　特点

　　格雷码盘的特点是，在相邻两扇面之间只有一个码发生变化。当读数时，即使发生改变，也只能有一光电管处在交接面上，也只不过是低一位的误差，不可能产生较大误差，因此此类编码器精度较高。其缺点是不能直接实现二进制的运算，在运算前必须通过逻辑电路转换成二进制码。旋转编码器的分辨率为360/N，值码盘N＝2ⁿ,n是输出字的位数。现就结合常用的16位数算一下轴的位置和对应的数码，见下表。

表

3　方法

3.1　逻辑电路
　　通过格雷码和二进制码对照参数表，不难发现格雷码转换成二进制码的规律。格雷码的第n位和二进制码的第n位是一样的。二进制码的第n-1位、……、第0位，可由Gray2^n－1(格雷码n-1位)逻辑“与”(二进制第n位)得出Bin2^n－1(二进制n-1位)。因此逻辑电路如图1所示。

图1　逻辑电路

3.2　PLC输入点转换
　　在实际应用中，如压力机滑块调整量、气垫调整量的检测，选用式旋转编码器，不但机械安装简单，而且检测位移精度高。在电气控制中，如果按照逻辑电路设计，那么成本造价高，不经济。通过PLC模块输入点以及内部继电器，完全可以实现格雷码向二进制码的转换。在PLC中，通过运算指令换算成实际调整量值。因此通过PLC可以实现数据通信、数据显示等。下面以AB公司PLC5的IVN模块为格雷码的输入点，此模块设为0框架，组的模块。格雷码转换成二进制码的过程可以以子程序被调用。当PLC主程序运算处理调整量时，可以直接调用此子程序，这样整个程序的处理就简单得多。其程序如图2所示。内部继电器B4/960～B4/975，B4/976～B4/991转换为二进制文件为B4∶60和B4∶61。按照B4∶61对应的二进制数，通过算术运算指令，就可按规定的比例换算成实际值。

图2　格雷码向二进制码的转换程序

4　结论

　　该编码器简单实用，在自动化程度控制比较高的地方，如机械手、机器人伺服控制系统中，对于自动回原点，记忆停车位置，此编码器的使用更是必不可少的。

引言

    大部分使用拉丝机的国内金属加工企业来说，对变频调速器并不陌生，这是因为变频调速器很早之前就有在拉丝机械中得到广泛应用，但大多配置的都是国外品牌的变频器，原因是国内变频调速技术的研发与市场推广起步较晚，在一段时间内落后于国外变频器产品，无论从软件控制算法的**性，还是从硬件平台的稳定性上来讲，都有一定的差距。

    国产变频行业经过十几年的发展，技术与市场推广都得到了长足的进步，所研制开发的产品也能够胜任绝大部分工业现场的需要。针对拉丝机械的应用特点，深圳市英威腾电气有限公司自主开发研制的INVT系列变频器，集矢量控制技术（VC、SVC）、转矩控制技术、V/F控制技术于一体，同时，设计了便于收线使用的同步控制功能和张力控制功能，真正全面解决了拉丝机的控制需要，从而打破进口品牌一统天下的局面。    

    拉丝机工艺简介

    拉丝机，又名牵伸机。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；从拉丝机内部控制方式和机械结构来说，又可以分为水箱式、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。尽管拉丝工艺不同，但其工作过程基本相同（如下图）：     

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    ●放线：金属丝的放线，对于整个拉丝机环节来说，其控制没有过高的精度要求，大部分拉丝机械，放线的操作是通过变频器驱动放线架实现的，但也有部分双变频控制的拉丝机械，甚至直接通过拉丝环节的丝线张力牵伸送进拉丝机，实现自由放线；

    ●拉丝：拉丝环节是拉丝机为重要的工作环节。不同金属物料，不同的丝质品种和要求，拉丝环节有很大的不同，文章的后面将详细说明水箱式拉丝机与直进式拉丝机具体操作过程；

    ●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，也是整个系统难控制的部分。在收线部分，常用的控制技术有同步控制与张力控制实现金属制品的收卷；

    下面，将以双变频控制水箱式拉丝机与多变频同步控制直进式拉丝机为例，介绍我公司产品在拉丝机行业的应用。

    1、江苏某拉丝机厂细拉机双变频控制

    1.1系统主要参数

    工艺参数

    电机参数

    进线直径（mm）

    1.1

 1.2细拉机双变频控制原理

    系统为塔轮式水箱拉丝机。塔轮式水箱拉丝机，通过塔轮的速比，逐步拉伸金属丝，并允许金属丝在塔轮内打滑，因此，加工的金属丝必须韧性较好。此种拉丝机加工铜丝的场合应用较多。主机采用CHE100开环矢量变频器（CHE100-004G/5R5P-4），收卷采用CHF100高性能V/F控制变频器（CHF100-1R5G-4）。两台电机用同一个运行信号K1，并在收卷的运行信号上并联一个开关量信号K2。因为主机的减速时间较长（30s），收卷减速时间很短（0.1s），保证在有停机命令时，收卷变频器还可正常运行。其并联的运行信号K2由主机的集电极输出Y控制一个中间继电器给定。电气原理图如图2所示：    

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    1.3速度同步控制

    主控操作开关K1控制主机启停。牵引拉伸级变频器控制整个系统的运行线速度，控制面板上的电位器发出主机拉丝速度信号，此模拟电压信号（0~10V）通过AI1口输入拉丝机主变频器，作为其频率给定，决定伸线机总车速。同时，拉丝主变频器的运行频率，通过模拟量（AO）输出到收卷变频器（AI2），作为收卷变频器线速度同步给定。注意，对于收卷变频器所对应的运行频率应该等于收卷轮径大时的运行频率。卷曲级变频器输出频率跟随拉丝级变频器运行频率变化，考虑到设备机械特性、一定的速度要求,主机加减速时间设定为30s，收卷变频器加减速时间设定为0.1s。

    在拉丝机出线端与收线端之间安装有张力摆杆，用来检测输出金属丝的张力，作为拉丝收线张力信号反馈输入收卷变频器，收卷变频器将此反馈量通过内部PID运算和各种补偿后，与收卷的当前同步速度（模拟量AI2输入）进行叠加，调节变频器的输出频率，从而控制收卷电机转速相对拉丝机出丝线速度达到同步，同时，也使线材张力保持了恒定。

    1.4变频器主要功能参数设置

    1.4.1主机变频器（CHE100-004G/5R5P-4）

    P0.01：1端子指令通道；

    P0.03：1AI1给定；

    P0.08：30加速时间；

    P0.09：30减速时间；

    P6.00：1正转运行中；

    P6.01：3故障输出；

    1.4.2收卷级变频器（CHF100-1R5G-4）

    P0.03：1外部端子运行

    P0.07：0.1加速时间

    P0.08：0.1减速时间

    P3.01：6PID控制

    P3.02：1AI2设定

    P3.04：2A+B

    P5.17：43AI2上限对应设定

    P9.01：50PID给定值

    P9.03：1PID为反特性

    P9.04：10比例增益

    P9.05：1.0积分时间

    其他详情参见《CHE系列矢量变频器说明书》、《CHF通用变频器说明书》。

    2、杭州某拉丝机厂直进式拉丝机变频控制

    2.1直进式拉丝机简要说明

    在金属制品生产及加工中，直进式拉丝机是常用的一种制造设备，在以前通常都采用电动机组及力矩电机来实现，但其控制的灵活性、自动化程度及能耗上，传统的控制方式越来越不适应行业的发展。随着控制技术和变频调速技术的大量推广，变频控制开始在直进式拉丝机中大量使用，系统并可借助PLC来实现拉丝速度、品种设定、过程闭环控制、定长控制等功能。

    直进式拉丝机，是由多台拉伸电机同时对金属丝进行拉伸，作业的效率很高。由于不锈钢金属丝特性比较生脆，且不允许钢丝在模道内打滑，因此容易在拉伸的过程中拉断，故严格要求金属丝在各级模道中线速度同步，这样，对各级电机的同步控制性能、速度稳态精度以及电机的动态响应的快慢都有较高的要求。

    2.2控制系统的描述

    杭州某拉丝机厂，为的直进式拉丝机生产厂家。简易电气控制示意图如下，本系统共使用五台CHV100-015G-4高性能矢量变频器实现拉伸部分的传动控制，一台CHV100-7R5G-4高性能变频器配备张力控制卡进行收卷控制。每个模道前面都装有摆臂，采用位置传感器可以检测出摆臂的位置，用于检测金属丝的张力，该信号（0~10V）作为PID的反馈。6台电机都采用变频异步电机，同时带有机械制动装置。拉丝机系统的逻辑控制较为复杂，因工艺不同也有所区别，各级联动，由PLC控制。同步方面的控制则由变频器内部控制，其工作原理是：根据操作工在面板设定决定作业的速度，该速度的模拟信号进入PLC，PLC考虑加减速度的时间之后按照一定的斜率输出该模拟信号。这样做的目的主要是满足点动、穿丝等一些作业的需要。PLC输出的模拟电压信号同时接到所有变频器的AI2输入端，作为频率的主给定信号。各摆臂位置传感器的信号接入到对应的模道变频器作为PID控制的反馈信号。根据摆臂在中间的位置，设定一个PID的给定值。这个系统是非常典型的带前馈的PID控制系统，一级连一级，PID作为微调量与主给定作为叠加。

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    本拉丝系统的稳定状况在很大程度上取决于PID作用速度、变频器控制电机的转速精度、输出转矩的响应速度等，为了提高电机运行速度的稳态精度，在很多情况下也采用有PG矢量控制技术（英威腾的CHV100系列变频器的有PG矢量控制的稳态精度可达1/1000）来调节拉伸电机的速度，因此对其参数的设定必须考虑周全，在低速、中速、高速，以及加速和减速速等情况都需要加以考虑。

    另外，收卷部分，是由CHV100加张力控制专用模块来实现的。收卷线速度是由后一级（第五级）模道控制变频器提供，作为卷径计算的线速度信号。系统的张力可通过电位器设定，收卷级变频器采用转矩控制，需要在收卷电动机的轴上安装编码器，编码器接入CHV100内置的PG卡，作为电机转速的采集输入。

    其控制原理如下：

    通过收卷的当前线速度（模拟量AI2输入），计算出当前收卷的卷曲直径。

    计算方程式如下：D=（i×N×V）/(π×f)

    其中i机械传动比N电机极对数V线速度f当前匹配频率

    由设定的张力和卷筒的卷径（由线速度卷径计算模块获得）计算出变频器的输出转矩。

    计算方程式为：T=（F×D）/（2×i）

    其中：T变频器输出转矩F张力设定

    D转筒的转径i机械传动比

    从而控制电机输出相应的转矩，达到线材上张力F的恒定。

    CHV100张力控制专用模块中，增加了转动惯量补偿，可以很好地解决张力控制系统在加、减速的过程中，因克服系统惯量而出现的张力不稳定的现象。

    整个拉丝系统开动时，六台变频器同时起动，逐渐调节线速度给定，使系统加速，终达到要求的生产线速度。

    2．3变频器主要参数的设置

    2．3．1拉丝变频器

    P0.011：端子指令通道

    P0.036：PID控制设定

    P0.040：模拟量AI2设定

    P0.062：A+B

    P9.000：键盘给定

    P9.020：模拟通道AI1反馈

    P0.03依据实际情况进行设定

    P0.04依据实际情况进行设定

    P0.05依据实际情况进行设定

    P0.06依据实际情况进行设定

    采样周期T（P0.07）、PID控制偏差极限（P0.08）、PID输出缓冲时间（P0.08）均依据实际情况进行设定。

    2．3．2收卷变频器

    P0.001：有PG矢量控制

    P0.011：端子指令通道

    P1.081：自由停车

    P3.10PG参数（编码器线数，以实际情况为依准）

    P5.021：S1端子功能选择：正转运行

    PF.001：无张力反馈转矩控制

    PF.010：收卷模式

    PF.04大张力设置（以实际情况为依准）

    PF.051：模拟量AI1作为张力设定

    PF.11机械传动比（以实际情况为依准）

    PF.12大卷曲直径

    PF.14卷轴直径

    PF.180：线速度法计算卷径

    PF.22大线速度（以实际情况为依准）

    PF.232：模拟量AI2作为线速度设定源

    PF.33系统惯量补偿系数（以实际情况为依准）

    其他详细情况请参阅《CHV矢量变频器说明书》及《CHV张力控制功能说明书》。

    总结

    在拉丝机的控制上，英威腾变频器构成的电气控制系统，结构简单、逻辑清晰，成本与原来相比还有较大的降低，而且，在拉丝工艺，节能上来讲，都是非常优良的方案。实践证明，上述两种控制方案，分别控制水箱式拉丝机与直进式拉丝机上，在同步和恒张力收线控制上完全能够满足工艺要求。