西門子模塊6SL3120-1TE21-0AA4

概述

SIMATIC HMI Comfort Panel - 標準設備

• 優異的人機界面功能，適用于要求苛刻的應用

• 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），與此前的設備相比顯示面積增加高達 40%

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

• 可通過 PROFIenergy、HMI 項目或控制器在 0 - 100% 范圍內調節顯示屏亮度

• 現代工業設計，7" 及以上型號采用鑄鋁前端

• 所有觸摸式設備都進行垂直安裝

• 設備發生電源故障時，可確保數據安全和 SIMATIC HMI 存儲卡的數據安全

• 創新服務于調試方案

• 畫面刷新時間短，性能*

• 通過了多種認證（例如，ATEX 2/22 和船舶認證），適用于條件極為惡劣的工業環境

• 所有型號都可用作 OPC UA 客戶機或服務器

• 按鍵操作設備，每個功能鍵帶 LED，全新文本輸入機制，與手機鍵盤類似

• 所有按鍵都具有 200 萬次使用壽命

• 使用 TIA 博途 WinCC 工程軟件進行組態工程框架

注：

提供了 7" 和 15" 精智戶外型。這些設備是專門針對惡劣環境中的戶外應用設計的。具有顯示質量（甚至在陽光下）、具有抗紫外線前端等。

優勢

• 全集成自動化(TIA) 的集成組件：
  提高生產率，小化工程費用，減少生存周期成本

• 當安裝空間有*也可用在垂直位置（所有觸控設備）。

• 具備下列特點，可降低維修和調試成本：

• 組態效率高，項目下載快，因此組態和調試時間較短

• 可通過可選的 SIMATIC HMI 存儲卡進行自動備份

• 背景照明壽命周期長

• 免維護設計

• 斷電時可保證數據安全

• 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

• 帶有預組態屏幕對象的圖形庫

• 可使用￡o

• 可組態 32 種聯機語言（包括亞洲和西里爾字符集）

• 可以在線切換 32 種語言

• 相關語言文本和圖形

• 標準硬件和軟件接口可提高靈活性，并省去附加硬件：

• 內置 PROFIBUS 和 PROFINET 接口（7 英寸及以上型號，兩個 PROFINET 端口，帶集成開關）

• 兩個 SD 卡插槽，可用于存儲歸檔和用戶數據并用于自動備份

• USB 設備接口可用于方便地下載項目

• USB 主機接口可用于連接 USB 閃盤、鍵盤、鼠標和打印機

• 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合使用

• 標準 Windows 存儲格式（CSV），用于歸檔和配方，以使用標準工具（如 Microsoft Excel）實現進一步處理

• 可通過 Sm@rtServer 選件進行模塊化擴展，以便在各種 SIMATIC HMI 系統之間進行通訊和進行遠程維護

應用

在生產、過程和樓宇自動化中，使用 SIMATIC HMI 舒適型面，板可以實現對簡單機器和設備的本地控制和監視。它們可在所有類型的行業與應用中使用。它們非常適用于完成要求苛刻的可視化任務，由于所具有的集成功能，可針對每種應用選擇適宜的設備。

設計

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 PROFINET 接口和 1 個 PROFIBUS 接口

• 觸摸屏和帶 4 個觸覺功能鍵的薄膜鍵盤

• TP 177B 觸摸式面板 4 寸創新的后續產品

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 PROFINET 接口和 1 個 PROFIBUS 接口

• 帶 8 個觸控功能鍵的薄膜鍵盤和系統鍵盤

• 操作員面板 OP77B 創新的后續產品

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 PROFINET 接口（2 個端口，帶集成開關）和 1 個 PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• TP 177B/TP 277 觸摸式面板和多功能面板 MP 177 6 寸創新的后續產品 

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 PROFINET 接口（2 個端口，帶集成開關）和 1 個 PROFIBUS 接口

• 帶 24 個功能鍵的薄膜鍵盤和系統鍵盤

• OP 177B/OP 277 6 寸操作員面板創新的后續產品

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 PROFINET 接口（2 個端口，帶集成開關）和 1 個 PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 277 8" Touch的創新后繼產品

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 PROFINET 接口（2 個端口，帶集成開關）和 1 個 PROFIBUS 接口

• 帶 26 個功能鍵的薄膜鍵盤和系統鍵盤

• Multi Panel MP 277 8" Key的創新后繼產品

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 PROFINET 接口（2 個端口，帶集成開關）和 1 個 PROFIBUS 接口

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 277 10" Touch的創新后繼產品

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 PROFINET 接口（2 個端口，帶集成開關）和 1 個 PROFIBUS 接口

• 帶 34 個功能鍵的薄膜鍵盤和系統鍵盤

• Multi Panel MP 277 10" Key的創新后繼產品

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

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 377 12" Touch的創新后繼產品

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

• 帶 36 個功能鍵的薄膜鍵盤和系統鍵盤

• Multi Panel MP 377 12" Key的創新后繼產品

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

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 377 15" Touch的創新后繼產品

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

• 觸摸屏

• Multi Panel MP 377 19" Touch的創新后繼產品

功能

• 過程參數的顯示和修改

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

• 過程顯示：

• 矢量圖形（各種線條與平面對象）

• 對象的動態定位以及對象的動態顯示/隱藏

• 全圖形顯示、繪圖和條形圖顯示

• 每個趨勢區域顯示多 8 個趨勢；帶滾動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間段；可通過閱讀標尺來確定當前值并在一個表中顯示

• 綜合圖形庫（SIMATIC HMI 符號庫）

• 圖標：滑塊、量表、時鐘

• 通過報警時鐘進行循環功能處理

• 用于變量的多種功能

• 發信系統

• 離散報警和模擬量報警（限值報警）

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

• 利用消息歷史數據進行狀態和故障消息管理

• 與組態的消息屏幕、消息窗口和消息行

• 歸檔消息和過程值（在 CF/SD/多媒體存儲卡/USB 閃盤上，或通過以太網在網絡驅動器上歸檔）

• 各種歸檔類型：循環歸檔和序列歸檔

• 按照標準的 Windows 格式 （CSV） 對歸檔數據進行分類

• 利用趨勢曲線在線評估過程值歸檔

• 可以使用標準工具（MS Excel、MS Access）進行外部分析

• 報警記錄和值班記錄

• 打印功能（參見“推薦打印機"）

• 語言更改

• 32 種在線語言，32 種組態語言，包括亞洲和西里爾字母字符集。

• 配方管理

• 帶有附加數據存儲器（在 SD/多媒體存儲卡/USB 閃盤等上面）

• 在面板上進行在線 / 離線處理

• 以標準的 Windows 格式保存配方數據 (CSV)

• 可利用標準工具（MS Excel、MS Access）進行外部處理

• 編程器功能 STATUS/FORCE VAR 與 SIMATIC S7 相結合

• 診斷顯示與 SIMATIC S7 相結合可支持快速問題排查

• PLC 的屏幕選擇允許從 PLC 進行操作員控制

• 通過 MS Internet Explorer 顯示 HTML 文檔

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

• 過程畫面、報警和變量的幫助文本

• 算術函數

• 限值監視用于輸入和輸出的可靠過程控制

組態

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

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

• 多協議能力

• 與其它 SIMATIC 人機界面系統進行 http 通信

• 通過以太網到高位 PC、網絡打印機

• 西門子模塊6SL3120-1TE21-0AA4
  

再生制動的分析與控制

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

車輛在路上經常起動、剎車，而剎車是以消耗動能為熱能的方式將能量白白浪費。因為籠型電機能夠實現四個象限運行，所以通過控制電機在第二象限運行來實現再生制動，將車輛的動能轉化為電能反饋回的電源儲存，這樣就可以有效延長車輛的一次充電續駛里程。電動車直接采用蓄電池作為驅動電源，可將再生制動反饋回的能量直接給蓄電池充電。無需像一般的交流調速系統那樣逆變回交流電網，控制結構相對簡單。

本文分析了再生制動時各失量狀態的關系、功率開關的狀態以及轉差率與制動之間的關系，最后給出了一種再生制動的實現方法。

二、再生制動的狀態分析

1、失量分析

圖1為電機電動狀態時的各磁鏈失量關系圖，其中氣隙磁鏈為ψ_a，定子磁鏈為ψ₁，轉子磁鏈為ψ₂，當電機處于電動狀態時，ψ₁帶動ψ₂ 旋轉，ψ₁在空間位置上超前于ψ₂，電機輸出正轉矩。

圖1 磁鏈矢量關系

當轉子旋轉速度超出定子頻率時，電機進入第二象限運轉，此時轉子切割ψ_a 的方向與電動狀態相反，轉子中的感應電流的方向與電動狀態時的方向相反，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，定子電流方向表現為由電機流向滇池，在空間位置上轉子電流超前于定子電流，此時電機的輸出表現為制動轉矩，系統機械能經電機轉化為電能饋送回電池。在整個分析過程中，氣隙磁場是實現電能與機械能相互轉化的紐帶，因此在實現再生制動的過程中，為了保證氣隙磁場的存在，需要外加一定勵磁電流。

2、開關的狀態分析

圖2 逆變橋結構

如圖2所示，以電機A相電路為例，當A相的反電勢超過電池電壓幅值的0,866倍時（設A相電流為流出），VF4截止，VF5、VF6導通，A相電流經由VD1、VD5、VD6 形成通路，此時逆變橋處于整流狀態，反電勢經由續流二極管整流向電池充電，當A相的反電勢低于電池電壓幅值的0.866倍時，VF4導通，VF5 VF6截至，A相電流經由VF4、VF2、VF3形成通路，此時蓄電池經逆變橋向電機供電，實現勵磁；當反電勢出現換向時，相應的功率開關器件也發生同樣的變動，此時A相電流為流進，當A相的反電勢低于電池電壓幅值的0.886倍時，VF4截至，VF5、VF6導通，A相電流經由VF1、VF5、VF6形成通路，蓄電池逆變橋向電機供電，實現勵磁；當A相的反電勢高于電池電壓幅值的0.886倍時，VF4導通，VF5、VF6 截至，A相電流經由VD4 VD2 VD3形成通路，此時逆變橋處于整流狀態，反電勢經由續流二極管整流向電池充電、在宏觀表現上看，再生制動過程表現為充電→勵磁→充電→勵磁的交替進行。從這一點上分析，控制再生制動的發生同樣需要勵磁電流，只是當勵磁功率大于充電功率時，就可將再生制動終止。

3、制動與轉差率

電機的L形等效電路如圖3 所示，電機內部消耗的有功功率：

制動時電機負載產生的電功率：

假設電機所帶負載具有的機械能基本上被電機內部所消耗，邊界情況為式（1）與式（2）相等所以有：

由式（3）有：

當電機負轉差率位于S1≥S≥S2范圍時，系統的機械能經電機轉化為電能向蓄電池回饋，同時電機不出現過流，也就是反饋的電能不能被電池吸收的部分，可以由電機本身承受消耗而不出現過流。當轉差率變化超過該范圍時，機械能經電機轉化的電能無法有效回饋給電池，而剩余部分的能量在電機的線圈內阻中又無法*消耗，因此容易出現過流。所以，從簡化控制的角度出發，當控制轉差率在S1≥S≥S2范圍內變化時，再生制動過程就可以避免出現過流。

三、控制再生制動的方法

由上分析可知，再生制動的控制實際上是根據電機中反電勢的大小、方向控制相應橋臂的功率開關器件的通斷，保證一定的勵磁電流，但這稚方法具體到每相橋臂的每個開關的控制時就比較麻煩，但只要保證轉子轉速在超出定子旋轉頻率時，定子頻率跟蹤轉子速度變化，保持一定的負轉差率范圍，就可實現在無過流方式下的再生制動。

根據該思路，本文提出的再生制動方法如圖4所示，在直接轉矩控制（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、非零失量來調節瞬時轉差、控制輸出轉矩恒定，所以由磁鏈環節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；轉矩控制環節（與磁鏈控制環節相結合）選擇失量控制磁鏈的旋轉速度。

如果其中的轉矩反饋被定子磁鏈的相位反饋替代，而控制磁鏈幅值的環節依舊保留，圖4可以轉變為圖5所示的一種新型的變頻調速方法，此時該系統是通過控制定子磁鏈的幅值大小以及旋轉速度來實現變頻調速的，因為該結構實際上采用了DTC控制方式，它保留了磁鏈控制環節，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，運行平穩，而在該結構基礎上實現的再生制動控制，就是使定子頻率跟蹤轉子速度變化，保證式（4）中確定的負轉差率范圍，就可以實現系統在制動過程中不出現過流。另一方面，制動效果的強弱可以通過調節轉差率和定子磁鏈幅值來實現。由于這種方法保留了DTC的結構和特點，所以能夠很好地與DTC的交流驅動系統兼容