西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8安装调试

西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8安装调试

工作原理 

    在一个小分队中，每个分队成员佩戴一个Zigbee生物传感器节点，它是集Zigbee无线网络模块与生物传感器模块为一体的，可以对生命体征诸如脉搏、血压、呼吸、体温等进行数据采集，并通过Zigbee方式无线传输至主协调器。它主要由脉搏传感器，温度传感器，状态传感器，模拟信号放大器，A/D转换器，电平比较器，信号存储器和Zigbee无线收发器及相关软件组成。 

    位于小分队中心位置的成员身上携带有Zigbee主协调器。主协调器的主要功能是为建立和启动网络这一过程设置参数，其中包括选择一个射频信道、唯一的网络标识符以及一系列操作参数。每个Zigbee网络都必须包括一台主协调器，在本应用中，由于小分队成员的活动范围非常接近，所以无需中继设备，可以直接将终端无线接入主协调器。

    网络中的所有设备都拥有一个64位的IEEE地址，也可以使用16位短地址来减少数据包大小，这样只要记录下终端地址就可以很容易确定身份。路由选择在默认时使用树形路由选择，即在做路由选择策略时利用树形结构选址。有了树形路由选择，设备不必保存占用庞大内存的路由表或进行任何额外的空中下载技术（over the air）操作来发现路径，因此*小化了网络，同时简化的设备结构，降低了成本和设备功耗，适合在军事上大面积装备。

    主协调器通过接口模块与穿戴式计算机相联，接口模块的主要作用是完成数据格式的转换，去除各种干扰，以便让计算机能识别处理生物传感器收集来的各种参数。 

    穿戴式计算机内部软件要具备三种功能：Zigbee网络控制功能，数据分析处理转换功能，卫星通信设备管理功能。Zigbee网络控制主要包括系统启动关闭，终端地址分配，差错控制，各种参数设定等。数据分析处理转换主要是将终端收集来的各种参数进行波形分析，频率分析，数据统计等，得出所处状态结论，将之转换成特殊编码格式，加载到卫星上传回后方指挥中心。卫星通信设备管理功能包括系统启动与否，接口控制，数据格式选择等。 

    卫星系统由轻型便携式无线电台加卫星天线组成。电台用金属包装，经久耐用，能够抗得住暴露或在机动使用时所处的恶劣环境。背负式电台易于携带，包括天线和电池组在内仅十几公斤，体积不到0.02 立方米，可以在任何天气条件下使用。 

2.2 系统安全性可靠性 

    本应用中的性分为三步分：Zigbee传输的性，穿戴式计算机数据处理的性，卫星传输的性。其中后两方面在其他文献中已有大量论述，本文不再讨论。 

    Zigbee采用了分级的安全性策略：无安全性、接入控制表、32比ES和128比ES。如果对系统安全性要求不高，可以选择级别较低的安全措施，从而换取系统成本和功耗的降低；反之，在安全性要求较高时，可以选择较高的安全级别。由于本例应用于军事领域，所以应采用较高的安全级别。 

    Zigbee分别在层和网络层采取了安全策略。在数据经过一跳就到达目的地时，Zigbee只用层提供的安全机制；当在多跳的情况下，Zigbee就要依赖高层来保证安全。 

    层安全套件基于以下三种操作模式：计数器模式的AES加密、密码块链接模式的数据完整性、二者相结合的加密和完整性（CCM模式）。层的AES加密算法可以保护命令、信标、信息帧和应答帧的秘密性、完整性和真实性。帧的头部有一个比特用来指示帧是否加密。每一个密钥只与一个安全套件相关联。为了保证数据完整性，层计算头部和净荷数据得到一个消息完整码，其长度为4，8或16字节。同时，在每个帧头也都有一个帧编号，用于防止帧丢失和帧重传。密钥的建立、安全操作模式的选择和对处理过程的控制则由高层来负责。 

    网络层也使用AES，它的安全套件是基于CCM＊操作模式。CCM＊包括所有CCM的功能，同时提供只加密和只保完整性的功能。使用CCM＊允许单个密钥用于不同的安全套件。因此一个密钥并不只属于单个安全套件，一个高层应用可以灵活地*网络层所用的安全套件。网络层负责安全处理，但对处理过程的控制则由高层通过建立密钥和决定使用哪一种CCM＊安全套件来实现。此外，帧序号和消息完整码也可以加在网络层帧中。

    Zigbee的信道接入方式采用CSMA/CA（载波侦听多址/冲突避免），能有效地减少帧的冲突。为抗干扰和多径衰落，Zigbee在物理层采用直接序列扩频和频率捷变FA技术。为了保证帧的正确传输，Zigbee在层采用了两个措施：自动请求重传ARQ和帧缓存。当一帧传给一个设备时，如果接受设备处于忙或者休眠状态而不能接收该帧，那么网络的主协调设备就暂时缓存该帧，直到收端能接收该帧。在网络层，Zigbee支持网状网，存在冗余路由，保了网络的健壮性。 

3 结论 

    Zigbee所具有的短距离，，低功耗，易实现，的特点非常适合作为作战系统中生命子系统的组成部件。不仅能对生命体征数据进行传输，后续的技术开发还可以对敌核、生、化污染监测数据进行传输。当传感器的检测信号表明敌方施放了核、生、化，就会自动发出报警信号，同时将检测结果通过Zigbee发送装置传输到指挥部，为己方赢得较长的预警时间。Zigbee的应用为指挥提供了准确评价战斗力的客观依据，提高了装备的信息化含量，从而使我军在未来信息化战争中处于有利地位。

一、系统现状 

1 系统概述 

一汽集团车身厂油漆线是一条承担汽车车身表面的磷化处理、电泳浸漆及面漆喷涂等工艺的生产线。油漆线推杆悬链输送系统在整个生产工艺当中完成各工艺间工件的传递输送任务。它共包括四条链、四条快速链、九台升降机及一条地面链，其中1#、2#、3#、7#链为工艺链，此外滑差电机进行调速，四条工艺链要求同步运行，即保证各工艺链之间主副推爪的空间相对位置保持一致，以确保各工艺链间工件顺利传递。 

此系统是一个典型的位置随动系统，其中2#链是主链，1#、3#、7#链是从链，从链跟随主链运行，由速度反馈及位置反馈构成一个速度内环位置外环的双闭环控制系统。 

2 存在问题 

本系统85年从英国HADEN公司引进，安装调试后投入运行，十多年来虽然出现几次故障，但是从系统总的运行情况来看还比较稳定。从97年末开始，由于产品换型，工件体积变大，重量增加，加上与之相配套的吊具的改造，使悬链的整体负荷比原来增大一倍还多，为此对悬链及驱动站进行了改造，提高了滑差电机的功率，滑差电机与减速器之间的传动也由原来的齿形皮带改成无声链条来增加传输力矩，但是因此也给滑差电机调速系统带来了致命的、无法的问题。滑差电机的传动齿轮与无声链条在高速旋转的情况下进行啮合，大量的铁屑被磨损下来，并被吸入磁性很强的电枢与磁极之间，由于电枢是靠涡生磁场，它本身又是一个发热体，因此被吸入的铁屑与空气中的灰尘油污在高温的作用下很快就粘结在电枢与磁极上，把电枢与磁极粘死而不能调速，主从链的同步缩写状态被破坏，发生工件传递故障，使系统不能正常工作。 

二、改造方案 

1 整体改造方案的确定 

针对上述问题，对其产生的原因进行全面认真的分析，曾采用各种方法来解决，例如用洗油浸润，再用压缩空气吹洗，虽然使用问题得到一定缓解，但始终没有从根本上解决问题，*后经研究决定对这套系统进行彻底的改造，放弃传统的滑差电机调速方式，改用变频器调速，与自整角机及测速发电机一起构成双闭环位置随动系统。 

2 系统构成 

改造后的位置随动系统由交流电动机、变频器、自整角机、相敏放大器、测速发电机及PI调节器构成。

3 控制信号参数的选定 

（1） 位置反馈信号 

位置反馈信号由自整角机输出，自整角机给出的位置偏差信号是正比于偏差角正弦的交流电压，相敏放大器把正比于偏差角的正弦交流电压转换成能反映位置偏差极性（正反相位）的正负直流电压，电压变化范围为-10V ～ 0 ～ +10V。 

（2） 速度反馈信号 

速度反馈采用交流测速发电机经整流、滤波取得，其输出值调整为0 ～ 10V。 

（3） 变频器频率控制信号 

变频器输出频率的设定一般分为盘面按键设定及控制端子外部模拟量设定，模拟量设定又分为0 ～ 5V、0 ～ 10V、4 ～ 20mA几种方式，我们选用的是日本富士FRN7.5G9S-4CE变频器，这里采用模拟量0 ～ 10V进行设定。 

4 PI调节器 

根据生产工艺对系统运行时稳态精度及跟随能力的要求，系统调节器由给定积分、位置调节及速度调节器构成一个二阶系统，其中位置调节器为比例调节器，速度调节器为比例积分调节器。 

5 变频器多级频率的设定 

本系统运行方式分为自动运行及手动运行，两种方式的速度要求不同，第一频频率定为自动运行频率，采用模拟量控制，第二频率为手动运行频率，由盘面按键设定。 

6 变频器第一加减速及第二加减速时间的设定 

系统在启动及停止时要求平稳无冲击，即设备起车及停车时加减速有一段斜坡时间，原控制系统专门设计一个斜坡发生器，来实现这一功能。而采用变频器调速后其速度变化本身就有加减速时间，完全可以满足系统加减速时的要求。 
另外，考虑到主链及从链对系统的稳定性以及跟随能力的要求不同，即对于主链来说要求抗扰能力强、稳定性好，而对于从链则要求其跟随能力强、快速性好。所以在系统启动后正常运行时，其频率变化加减速时间的设定与系统启、停时加减速时间不同。本系统将设备启、停时的加减速时间定为第一加减速时间，正常运行时速度变化的加减速时间定为第二加减速时间。 

三、系统调试 

1 系统调节的快速性 

悬链系统在运行时，由于扰动的作用，每条悬链的速度随时都在发生变化，虽然有速度反馈环节来稳定速度的变化，但当突加扰动量较大时，可能造成主从链相对位置偏差变大，而系统要求主从链出现位置偏差时控制系统能够进行快速调节，使偏差尽快趋于零。在直流调速系统中，从理论上讲可以采取增大放大器线性工作区来提高系统的快速性，但是实际上做起来有很多困难，而采用变频器调速却很容易做到这一点。在调试过程中，可根据系统运行情况，适当提高从链变频器[*高频率]设定范围，当受控模拟量信号有较小变化时，变频器输出频率就有较大响应，从而提高了系统调节的快速性。本系统变频器频率设定如图2。 

2 高次谐波干扰问题 

富士FRN7.5G9S-4CE变频器采用PWM脉宽调制 方式进行调频，其载波频率约在2kHz ～ 10kHz左右，如此高的开关频率产生的高次谐波将严重干扰其他电子设备的正常运行，其干扰对设备影响较大的是感应干扰和辐射干扰。在设备安装中我们单独采用铁管对变频器与电机间的配线进行屏蔽，了高次谐波对PLC主控制系统的干扰。但是在运行中我们还是发现主控室里来自现场八个摄像头传送来的监控画面不同程度地受到影响，针对这种情况，我们对变频器载波频率的控制选项进行调整，降低了载波频率，使监控画面完全了干扰。 

四、改造效果 

从87年开始，我们就陆续采用变频器对厂内的设备进行变频调速的改造工作，但是将变频器用于位置跟随系统还是第一此，实践这项改造是成功的，主要表现在以下几个方面。 

1 系统的稳定性 

采用变频器改造后，使系统完全了因滑差电机电枢与磁极间粘结而引起链速忽快忽慢的现象，系统的稳定性大大提高。 

2 系统的动态听诊能力及同步调整精度 

改造后系统的动态调整能力及同步调正精度与原系统相比也大大提高，原系统在主从链空间位置相差半个节距时调节时间需30 ～ 40秒，改造后调节时间小于10秒。其同步调整精度在正常情况下可保证主从链之间相对同步偏差不大于3度，折算成长度偏差不大于30mm，非正常传递故障完全杜绝。 

3 直接经济效益 

改造后取消了滑差电机及调速控制板等国外备件，仅滑差电机每年就需订购3 ～ 4台备件（98年更换4台），一台滑差电机8万多元，这样每年可直接节省维修费用30多万元。 

随着变频器性能的不断发展和完善，变频器的应用也越来越广泛，我厂工艺链变频调速系统的改造是诸多成功应用实例中的一例，希望我们的工作能够对国内同行有一些启示和帮助，为推广变频器的应用起到一定的促进作用。