西门子CPU 6ES7 217-1AG40-0XB0安装调试
1 引言
电源监控是铁路信号的重要的监控系统。在此之前信号的电源监控系统基本上是采用单片机作为信号采集系统的核心。单片机监控系统一方面存在采集速度慢、界面不友好、操作不方便等技术局限，另一方面由于其中的电源模块部分的监控相对独立，对电源系统带来了诸多不便，比如维护困难、界面显示繁琐等。基于以上原因本项目配套开发了基于台达PLC作为信号采集核心、台达HMI触摸屏作为操作和监视界面的电源监控系统。监控子系统与电源模块通过工业总线网络互连实现整合的经济实用、技术**的铁路信号的电源监控系统。
2 硬软件系统设计
2.1硬件体系设计
铁路信号电源监控硬件体系设计参见图1。系统规模：44个数字量输入；1个数字量输出；6个电源模块；39路模拟量输入。
控制
系统配置如下：触摸屏：DOPA75CSTD；PLC：DVP16EH00T＋1个DVP04AD-H＋3个DVP16HM11N；电源模块通讯卡1块；分时采集电路卡1块。
触摸屏主要是用来显示采集数据、报警、报警上下限设定、采集数据显示微调、报警数据显示、历史趋势图显示等。PLC主要是采集数据并计算，由于考虑系统对模拟量采集的速度要求不是很高，为了节省成本，系统中使用了1个DVP04AD-H对39路模拟量进行了分时采集，为了实现这个功能我们与厂家共同实验开发了一个电子开关电路，对39路模拟量分了十组、每组4路，通过输出不同的组别进行采集。电源通讯卡主要负责把6块电源模块的数据汇总并且通过RS484接口以MODBUS协议与PLC通讯，使PLC采集得到6块电源模块的数据，为实现这个功能我们公司的电源研发部门做了大量的工作，终使PLC与电源模块的通讯卡实现了通讯，电源模块的信息得到了采集。
2.2软件体系设计
（1）系统功能设计：44个数字量采集显示，故障判断；6个电源模块的数据采集显示、显示电源模块的工作状态并判断报警；39路模拟量显示、并判断上下限报警；显示报警画面、报警信息、当前报警、报警频次；报警上下限设定；数据微调功能，并且显示微调值；
历史趋势图显示；不同画面开启权限设定；
以上有必要说明的是数据微调功能，由于现场的一次测量元件测量会有误差，而且此误差是固定的，短时间内是不变的，所以在程序当中增加这部分功能，使终显示出来的数值是消除误差之后的值；
（2）系统结构设计分为HMI人机对话界面部分和PLC现场监控部分。HMI部分主要构架参见图2。
PLC监控部分主要包括：电源模块通讯；分时采集40路模拟量，每次采集4路；对采集的模拟量根据量程进行计算得出显示值，显示电源模块的工作状态并判断报警；微调值计算，显示值微调，并做负值消除；故障和报警；数字量采集显示，故障判断；
3 工程调试
调试分时采集功能时需要注意分时采集的时间，过大会影响整体数据采集的时间，过小会造成采集数据混乱，另外需要在两次采集数据之间加一段间隔时间，避免两组数据的重叠。对采集的模拟量根据量程进行计算得出显示值。微调值计算，显示值微调，并做负值消除；注意微调时可能会出现负值情况，所以要考虑负值的消除。电源模块通讯注意电源通讯时的通讯协议一定要在通讯卡中设置好，包括站号设定，另外注意地址对应。故障和报警；因为报警点共有79个，很繁琐，需要思路清晰。
一、概述
拉丝机系统是一个对速度的控制要求非常高的一种机械设备，要求控制系统能够提供非常**、平滑的线速度。而用于拉金丝的拉丝机较普通的拉丝机要求更高。整个系统较复杂，控制设备多，各个电机之间要求很高的协调性。该系统采用4套伺服电机控制，而每套伺服之间均有实时数据交换，Kinco伺服支持的总线通讯能力完全可以满足各个轴之间的数据实时交互。
鉴于系统中要求快速的交互电机轴之间数据，为了确保排丝能够按照要求的算法快速计算出来轨迹并排丝到位，我们还充分利用了kinco伺服的内部firmware功能，通过驱动器自行计算，自行驱动电机排丝，极大省略了传统拉丝机控制系统通过控制器计算排丝位置然后再传输到驱动器造成的时间延误，确保了排丝延迟的小化，下面简单介绍下这套系统。
二、系统框图
三、工艺流程
1．未拉的金丝通过一个阻力装置（主要是一个夹板之类的东西，它用来提供一定的张力，同时也起到了防止线跳的作用），然后进入细拉槽；
2．进入细拉槽的金丝在细拉塔轮和微拉塔轮的多次拉制后（由粗变细），成为所需要的丝（两个塔轮间的隔板安放了一个磨具，这个磨具的形状是“〕” ，即一边孔粗一边孔细）；
3．拉细后的丝经过滑差轮，这个轮的作用主要是保持恒定张力；
4．从滑差轮出来后的金丝经过测速论，测速轮的作用就是测出当前丝的线速度，用于反馈；
5．经过测速轮的金丝再经过一个中间环节，然后通过摆丝杆，后把丝卷绕到收卷轮上；
四、系统控制框架
框架图：
整个系统要求的控制难点主要有以下4个部分：
1. 放丝伺服的恒线速度控制；
2. 调节伺服的跟随控制；
3. 卷绕伺服的恒线速度（恒张力）控制，即要求卷绕伺服在半径不断增大的情况下保持与调节伺服的线速度相等；
4. 摆丝伺服的位置控制；
由于系统要求具有CANopen总线通讯能力，综合考虑了国内各厂家现有的CANopen控制器方案后，我们选择了施耐德的Twido系列PLC及CANopen模块。
五、控制方案介绍
1．“放丝伺服”的恒线速度控制
该伺服电机的控制采用带加减速的控制模式（Kinco伺服的速度3模式）来完成。对于该系统来说，要求主轴放丝电机能够大程度上抗干扰，并尽量在一个稳定的速度下运行，并且由于拉丝工艺的要求，必须确保在起到和停止时具备平滑的加减速功能。驱动器工作在速度3模式下，完全可以满足要求极其稳定的速度控制要求。
2．“调节伺服”的跟随控制
该伺服电机的控制采用跟随控制模式（-4模式）来完成。 对该电机控制要求极高，其速度需要完全跟随放丝电机来运行，如果出现了较大偏差，金丝就会被拉断，而这对金丝拉制是绝不允许的！。Kinco伺服驱动器在“-4”模式下工作时，拥有非常**、灵敏的速度跟随性，不但可以满足严格的跟随要求，同时可以动态修改跟随齿轮比来实现线速度在±5%之间波动（确保张力）。
3．卷绕伺服的恒线速度（恒张力）控制
该电机的控制是整个系统的重中之重，要想绕出来的线平滑、不塌边，那么就要求卷绕电机的线速度与调节电机的线速度相等。而要实现恒线速度控制，必须通过一个反馈回路来检测实际的绕线轮的线速度，客户过去的系统采用张力杆来完成的，张力杆反馈回去的是个张力信号，而且张力杆还有个中间过渡环节，如果卷绕电机的线速度与调节电机的线速度相差比较大时，通过机械结构先行补偿，然后再加上电气补偿，这就相当于两个补偿环节，减小了断线的机率。这样的系统在目前很多拉丝机中使用。而当前这台拉丝机是专门用来拉金丝的，金丝表面要求很高的洁净度，需要尽量减少中间过度环节，所以客户取消了张力杆，而直接采用了测速轮来作为反馈回路。这样就增加了控制难道。
首先，我们通过信号采集到测速轮的线速度，然后通过和调节轮的线速度进行比较后并通过我们的PID计算，终将计算结果补充到当前卷绕轮速度上去。除通过实时PID计算补充卷绕轮的转速外，在控制卷绕轮转速时，我们还通过计算绕线的层数做为计算的基础，从而确保了卷绕轮不会因为直径的不断增加而导致误差的增加。
4．摆丝伺服的位置控制
摆丝伺服的控制主要是保证绕制出来的线均匀的排列在线轴上，下图是要求的排丝效果图：
该电机控制的难点就在于换向部分，为了在换向处平滑过度，而不出现螺纹，电机在换向的时候要确保避免累加误差，由于Kinco伺服的定位模式，利用firmware内部计算，确保了定位在后一圈内完成。
六、结束语
目前该系统已经投产，且连续运行了约2个月时间，效果良好。拉制3丝（成品直径）的金丝时主轴速度可以达到400rpm，这比采用张力杆反馈回路的机器拉制的金丝直径提高了近5丝，速度快了近70rpm，且拉制出的金丝表面平整光滑，完全符合客户要求。