西门子6ES7516-3TN00-0AB0参数详细
概述
随着经济实力的增长，国家正在大力发展城市轨道交通。由于地铁的环境非常特殊，客流量十分大，地铁的安全性，舒适性及稳定性是对地铁运营状况的重要的考核指标，因此地铁车站对通风、消防、空气调节等监控系统的要求非常高，工业化逻辑控制器的产品指标、网络性能等对整个系统的安全平稳运行至关重要、不允许有半点差错。本文根据广州地铁二号线的EMCS系统实际工程经验，介绍GE Fanuc 的系列90-30 PLC、VersaMax、HMI等产品在广州地铁EMCS监控系统中的应用方案。
广州地铁二号线，线路总长23公里，全线共设20座地下车站，地下车站大系统的空调冷源采用集中供冷的方式、所有车站的站台设置屏蔽门。车站设备监控系统（EMCS）组成中央、车站、就地三级控制系统，使车站设备监控系统对全线20个车站的通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、车站公共区照明、广告照明、车站事故照明电源、屏蔽门、防淹门等机电设备进行全面、有效的监控和管理，确保车站设备处于高效、节能、佳运行状态，创造一个安全舒适的地下环境，并能在火灾或列车阻塞事故状态下，指挥控制车站设备进入救灾模式，保证乘客的安全和设备的正常运行。
系统
广州地铁二号线的通讯网络由三层环网组成：全线光纤大环网、控制中心（OCC）子环网、20个车站的站内子环网。
· 地铁全线光纤大环网
通讯提供OTN光纤大环网，OTN网络支持冗余技术，在网络某处断开或节点失效的情况下，可以自动改变数据流向，保证数据的正确传输。在每个车站的通讯设备房及控制中心（OCC）通讯设备房为EMCS系统留有一个10M的以太网，与车站子网、OCC子网等实现通讯连接，通讯协议为TCP/IP。
· OCC光纤子环网
控制中心（OCC）各处设备由光纤环网组成，构成计算机局域网络，具体配置如下：
♦ 两台冗余服务器，各安装GE Fanuc 公司的Cimplicity HMI Server冗余服务器软件，负责数据采集和处理、历史数据记录及网络维护的功能，当主机出现故障的时候，可以自动过渡到从机上。
♦ 两个监控工作站，安装Cimplicity HMI View 人机界面软件，供环调人员操作。
♦ 一台大背投计算机，负责大背投屏幕的画面显示和切换。
♦ 一台维修工作站，安装开发版人机界面HMI软件，同时安装PLC监控软件VersaPro 通过以太网，可以远程对任何一台PLC进行编程、监控和维护。
♦ 一套与轨道电路信号、同步时钟信号接口进行通讯的PLC90-30 完成行车位置信号、时钟信号的采集及全线网络PLC和计算机对时同步。
· 车站内光纤子环网
网络连接的设备包括：
♦ 车站内车控室监控计算机，由车站人员对设备进行操作和显示。
♦ 车站A端冗余PLC及I/O机架，负责A端ECS设备的逻辑控制。
♦ 车站B端冗余PLC及I/O机架，负责B端ECS设备的逻辑控制。
♦ 消防信号（FAS）用PLC，负责火灾信息接口。
♦ B端导向控制PLC、负责导向疏散指示灯的逻辑控制。
♦ BS控制器PLC，负责BS系统逻辑控制。
地铁环境下对设备的稳定性，抗干扰性要求非常高，在任何一个防火分区发生火灾时，要求模式启动和设备动作要足够快。车站内部设计成环型工业光纤以太网，支持冗余网络方案。车控室、A端环控室、B端环控室等各处以光纤连接，可以避免车站内电力机车的强电磁干扰对系统通讯的影响。车站两端配置独立的控制器，其中央处理模块为CPU364，CPU模块、电源模块、通讯模块、机架等均为冗余配置，保证对每个车站2000个设备监控点的高效安全控制。PLC主机配置10M以太网口，各PLC之间、PLC与计算机之间通过TCP/IP协议相互传递信息，并通过通讯的接口，与控制中心（OCC）进行数据和指令的传输。
· 工业现场总线
PLC与现场分布式I/O机架通过GE 公司的GENIUS 工业现场总线连接。GENIUS 具有优良的传输特性，三取二的纠错功能，较高的传输速率，其优越的抗干扰性在本工程中得到突出的发挥：在传输速率为153.6K，通讯长度普遍超过1200米，甚至达到1500米，有电力机车近距离干扰的恶劣条件下，所有车站的GENIUS现场总线均正常稳定的工作，不受任何干扰。
远程I/O为 VersaMax 系列模块，在地下极为潮湿，模块表面结露水的情况下，依然能正常工作，业主十分赞叹GE 的产品质量。
· 通讯接口
9030PLC与其他有各种通讯接口，GE 的 PCM 模块提供了多种可编程接口协议，协议的开发也非常方便。接口包括
♦ 时钟接口
♦ 轨道信号接口：软件协议是 3964R
♦ 冷水机组接口：Modibus软件协议进行通讯。
♦ 屏蔽门接口：双方接口采用RS485方式，自行开发软件协议进行通讯。
♦ 防淹门接口：双方接口采用RS485方式，自行开发软件协议进行通讯。
系统功能
控制中心计算机和车站计算机对所有区间隧道和各车站的设备进行监控，根据不同的操作权限和口令，实现中央级、车站级的分级控制，自动和手动操作完成通风、空调、消防、突发事故、以及照明、疏散等运行模式。在维修工作站和OCC工程师站，维护工程师能够通过网络对所有PLC和计算机进行远程监控和调试，大大减少了维修工作量。
· 通风模式控制：正常运营情况下，根据站内和站外的环境温度、湿度、焓值进行全新风、小新风、空调等运行模式的运行和切换。
· 消防模式控制：在车站火灾、区间隧道火灾时，按照消防规范，自动或人工启动通风、排烟模式、启动疏散指示
·时间表自动控制：事先设定全年的运行时间表，系统根据工作日、假日、特殊日的设定时间表，自动启动相关设备和模式，实现无人职守的功能
·PID调节：根据车站内温度湿度场的分布、进行数学计算，求解佳的控制模型，保证车站内部稳定舒适的环境
·水系统控制：控制集中冷站、空调机的水系统，为空调系统提供足够和均衡的冷源
·报警记录和统计报表：记录全线50000点的设备状态信息、
系统信息，记录和语音提示各种报警状态，记录所有设备的操作情况，对数百个传感器进行实时和历史曲线的记录和分析，生成运营和设备运行的几十种统计报表
双变频器卷染机控制系统 特点
1、严重偏心时，能直接启动。（水锤现象）
如，卷径 1400mm,幅宽 2800mm，棉布含水重有 3 吨，停止10分钟。
很多现场操作工只能说：人工将布转动一个角度，进行匀水，之后再运行。
有人说，大卷径布辊自身无法自转，电机功率太小。但是，上行时，一个电机不行，两个电机可以相互帮助；下行时，不要任其自由下落，电机应该反向制动；
2、急剧升降速时，能保证布面张力，无掉布现象。（恒线速）
如，当卷染机以 100m/min 的速度运行时，要在5秒时间内降到10m/min，而布卷直径相差 40 倍以上，你使用的卷染机能保证布面张力，不出现拉紧或松布现象吗？
科威张力 PLC 内部有专用功能，对两辊的转动惯量进行识别，因此补偿准确，能完全消除升降速时带来的附加张力变化。
3、张力小，且从头至尾都很均匀，如无纺布、麂皮绒，上卷染机能保证幅宽不拉窄。（色差，恒张力）
做普通布不赚钱， 因此想用卷染机做价值高一点的布； 但原来这些布不是在普通卷染机上做的， 要么在液压缸做， 要么在进口丹麦缸上做， 要么在液流缸上做。 但设备投资要么太贵（丹麦缸要 50 万元） ，要么（液流缸）排污压力太大。
4、卷染机联网，进行工艺分配和工艺管理 （工艺问题）
做系统的人说，只要老板给多些钱，我们就可以联网，达到工艺分配及管理要求；
老板说，如果联网需要太多的成本，还不如加强人为监控。
科威卷染机控制器已经有现场总线功能，如果愿意，联网只是举手之劳。
★ 典型改造方案
A、单变频卷染机改造：
（一） ．机械部分减速机不动；
（一） ．传动部分改成同步轮和同步带传动；
1，同步轮：4 个
2，同步带：2 根
（二） ．电机侧安装编码器2 个
以上工作由我方改造完成，厂方配合；
（三） ．电气柜更换；
1，标准的张力控制器 PLC 一台和配件，
2，卷染机专用变频器 2 台和配件（7.5KW,用户可选）
3，低压电器
4，标准电气柜
5，出布变频器控制. （根据现场决定）
B 液压卷染机改造：
（一）.拆除液压传动部分，
（二）.增加 7.5KW 电机和减速机两台 ， （7.5KW,用户可选）
（三）.安装同步轮和同步带以及编码器，
1，同步轮：4 个
2，同步带：2 根
3，编码器 2 个
4、出布电机、减速机：1套。
以上工作由我方改造完成，厂方配合；
(四).更换电气柜；
1，标准的张力控制器 PLC 一台和配件，
2，卷染机专用变频器 2 台和配件（7.5KW）
3，低压电器
4，标准电气柜
5，出布变频器控制
以下是改造方案及示意图
实地考察后，考虑维护因素，采用分体式结构，用同步轮、同步带传动。机械价格成本控制在 10000 元。以下是改造示意图（主要是液压机械改造部分） ：
1. 出布电机和减速机示意图
2.主传动电机、减速机及传动示意图
3. PLC 控制原理图：
PLC 原理图：
� 接入分辩率 1000P/R 的编码器（AB 相） ，计数频率两路分别达30KHz；
� 两路 12Bit 的 DA 输出，作为变频器高精度力矩和速度控制；
� 四路模拟量输入信号：一路 PT100，三路 0-10VDC
� 开关输入 16 点，继电器输出 12 点。
该 PLC 是专门为卷染机控制而研发，内含卷染机控制算法：瞬时速度在线识别，惯量识别与动态控制， 静态力矩和动态力矩识别及补偿。 其控制的卷染机性能接近液压卷染机。 事实已经证明，通用型 PLC 无法达到以上所述的性能。
4、变频器控制原理图：
变频器是我公司在通用矢量变频器的基础上， 结合卷染机控制的研究经验， 增加了相关功能函数，正确协调 PLC 进行控制。
5、 主要性能指标
速度：
10-150 M/min；
张力：
2-30 Kg
速度精度： 5％ ；
张力精度： 5％；
6、相关现场图片
7、为你提供相关案例
⑴单变频改为双变频；
⑵双变频改为双变频；
⑶液压改为双变频；
⑷直流改为双变频；
⑸卷染机生产厂配套。
★ 卷染机控制器特征介绍
一、 四路高速计数器
基本功能：
CH0：X20+，X20-
CH1；X21+，X21-
CH2：X22+，X22-
CH3：X23+，X23-
作为四个独立计数器使用时，计数频率达到30K；
作为两个 AB 相计数器使用时，计数频率达到 30K。
输入脉冲符合 5V 差动电平。
二、具有三个专用函数
1、“静态转矩测量”函数
功能: 测量不同速度下的静态转矩.,生成对应稳态力矩表格，方便运行时查表。
应用: 用此函数获取不同速度下的静态转矩。
2、“转动惯量测量”函数
功能: 用于测量卷染机旋转物体的转动惯量J.
应用: 测量两个主辊的转动惯量
3、 “转动惯量动态分配”函数
功能: 卷染机在转动过程中，半径在不断变化，因此，必须获取运行时的动态惯量,用于调节时补偿。
J= k*Jmax
Jmax：大半径时辊子的转动惯量。k：动态分配系数。
本函数用来计算动态分配系数k.
应用: 动态计算 A 辊和 B 辊的转动惯量。
三、 “不同速度不同半径下的静态力矩的计算”
直接用梯形图浮点数运算；
四、来自低层的实测变量:
①. A 辊角速度ωa ;
②. B 辊角速度ωb ;
D5004---D5007 指定角速度位置.对应 CH0---CH3。
如用AB相，则A相角速度＝D5004，B相角速度＝D5006。
角速度单位是 P/S,即每秒脉冲个数，角速度刷新时间20ms。
五、卷染机单机工作流程；
S3--------------测试阶段；
目的：获取静态力矩和转动惯量。
S4--------------上下布阶段；
稳速（线速度）进布；
内外两辊可联可分：每辊可独立进行上下布。
点动/连续任意选取：
S5--------------启动阶段；
目的：此过程为低速，完成平稳加力或保力，测量摩擦力等参数。
S7----------运行阶段，系统正确获取参数后，可以在预知情况下，无论快速升速，降速，或稳速时，都能维持布面张力的恒定。
S8----------系统低速稳定停车，并至规定
S9----------出布程序段。
S控温程序。
六、卷染机控制器的网络结构及功能
网络结构：
每一台卷染机配一台控制器，因此网络结构可以连接3969 台卷染机。工艺管理和设备状态
监控均可在网络平台上执行。
网络功能：
� 监视每台卷染机的工作状况。
� 下载相关工艺参数。
相关说明：
每台卷染机所配的控制器，均已有现场总线接口，无须再配置通信模块；
卷染机上的控制器均是现场总线从站， 从站地址和通信速率可设， 但通信速率必须与主站一致。
组建网络时，63 台卷染机配一个 CAN 主站，CAN 主站可选通用 EC-08M08R 即可；
网络增加时，CAN 主站数目增加；多个 CAN 子网并行工作，通信效率与一个子网相同。
用一台计算机通过 RS485 连接各 CAN 网主站；如只一个 CAN 子网可用 RS232 连接。
主操作画面之一：
系统参数查看画面之一：
测试画面之一：
★ 张力控制原理
辊筒的转动控制
1、 匀速转动控制。
物体作匀速平动时，其综合外力＝0；
辊筒以匀角速转动时，其综合转矩＝0；
一个电机带动一个辊筒转动时， 总要输出电动力矩， 也就是说， 辊筒转动时， 电动力矩之外，还有辊筒的摩擦阻力矩与之平衡。△T＝Te-T0＝0。
Te:电动力矩；T0: 摩擦阻力矩。
当辊筒的重量不同，其摩擦阻力矩也不相同；
当辊筒的转速不同，其摩擦阻力矩也不相同；
因此，开环控制必须知道不同质量、不同转速下的摩擦力矩：T0=f(m，w)，
m 表示质量，w 表示角速度。模型控制时，必须能实时补偿摩擦阻力矩T0。
2、加减速的转动控制。
当辊筒作加减速转动时，其综合力矩△T＝J*(dw/dt)≠0。
J*（dw/dt）＝（J/R）*（dwR/dt）＝（J/R）*dV/dt。
电机输出的转动力矩 Te-T0=J*(dw/dt)；
用力矩方式正确控制辊筒的加减速，关键是知道T0 和 J，因为 dw/dt 正是控制的给定量。
T0=f(m,w)、J=f(m,r)，T0 和 J 都是动态的，但 m,w 固定时，T0 是可测的；m,r 固定时，J 也是可测的。
★ 正确测量并动态分配摩擦阻力矩 T0 和转动惯量 J。
科威张力 PLC（型号 EC-16M12R-04K02B-6P）内嵌 T0 和 J 的测量函数，并能够自动进行动态分配。
测量状态：
根据已知情况，输入变量所对应的常量，开始进行测试T0、J；
测试点根据用户设备情况，选取一个、两个或多个测试点；
动态分配：
根据测试的 T0、J 和当前对应的变量值，动态分配T0、J。
能动态分配 T0、J 是正确控制辊筒加减速的关键。
★ 收放卷控制
下图是收卷控制图，收卷半径R 是逐渐增大的。
控制电机力矩满足以下关系，则可保证张力F 是基本不变的。
Te=T0+F*R+Jdw/dt
T0，J 是张力 PLC 测量并动态计算的，F 是设定的，R 是实测或计算的。要保证均匀的线速度收线，则 dw/dt≠0。在升降速时，dW/dt 变化幅度更大。因此保证恒线速度恒张力收卷，必须符合上述方程。
放卷是收卷的逆过程。
如果半径不变， 则是中间张力的传递控制， 进行合理的张力分配过程。 如直进式拉丝机控制，纺织直辊丝光机控制。
科威张力 PLC 典型应用系统是：卷染机恒张力恒线速度控制系统。
科威公司是一个不大的工控产品制造商，选定印染行业作为我们赖依生存和发展的行业，选取适合的机型， 深入研究， 直至在控制上做到国内， 与国际控制类产品在局部上展开竞争并形成优势。