西门子模块6SL3120-1TE21-0AA4

西门子模块6SL3120-1TE21-0AA4

概述

SIMATIC HMI Comfort Panel - 标准设备

• 优异的人机界面功能，适用于要求苛刻的应用

• 宽屏 TFT 显示屏，对角尺寸为 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 万色），与此前的设备相比显示面积增加高达 40%

• 集成功能，带有归档、脚本、PDF/Word/Excel 查看器、Internet Explorer、Media Player 和 Web 服务器

• 可通过 PROFIenergy、HMI 项目或控制器在 0 - 100% 范围内调节显示屏亮度

• 现代工业设计，7" 及以上型号采用铸铝前端

• 所有触摸式设备都进行垂直安装

• 设备发生电源故障时，可确保数据安全和 SIMATIC HMI 存储卡的数据安全

• 创新服务于调试方案

• 画面刷新时间短，性能*

• 通过了多种认证（例如，ATEX 2/22 和船舶认证），适用于条件极为恶劣的工业环境

• 所有型号都可用作 OPC UA 客户机或服务器

• 按键操作设备，每个功能键带 LED，全新文本输入机制，与手机键盘类似

• 所有按键都具有 200 万次使用寿命

• 使用 TIA 博途 WinCC 工程软件进行组态工程框架

注：

提供了 7" 和 15" 精智户外型。这些设备是专门针对恶劣环境中的户外应用设计的。具有显示质量（甚至在阳光下）、具有抗紫外线前端等。

优势

• 全集成自动化(TIA) 的集成组件：
  提高生产率，小化工程费用，减少生存周期成本

• 当安装空间有*也可用在垂直位置（所有触控设备）。

• 具备下列特点，可降低维修和调试成本：

• 组态效率高，项目下载快，因此组态和调试时间较短

• 可通过可选的 SIMATIC HMI 存储卡进行自动备份

• 背景照明寿命周期长

• 免维护设计

• 断电时可保证数据安全

• 由于具有输入/输出字段、图形、趋势曲线、柱状图、文本和位图等要素，可以简单、轻松地显示过程值

• 带有预组态屏幕对象的图形库

• 可使用£º

• 可组态 32 种联机语言（包括亚洲和西里尔字符集）

• 可以在线切换 32 种语言

• 相关语言文本和图形

• 标准硬件和软件接口可提高灵活性，并省去附加硬件：

• 内置 PROFIBUS 和 PROFINET 接口（7 英寸及以上型号，两个 PROFINET 端口，带集成开关）

• 两个 SD 卡插槽，可用于存储归档和用户数据并用于自动备份

• USB 设备接口可用于方便地下载项目

• USB 主机接口可用于连接 USB 闪盘、键盘、鼠标和打印机

• 对于 7 英寸及以上型号，可将音频输入/输出接口与集成的媒体播放器结合使用

• 标准 Windows 存储格式（CSV），用于归档和配方，以使用标准工具（如 Microsoft Excel）实现进一步处理

• 可通过 Sm@rtServer 选件进行模块化扩展，以便在各种 SIMATIC HMI 系统之间进行通讯和进行远程维护

应用

在生产、过程和楼宇自动化中，使用 SIMATIC HMI 舒适型面，板可以实现对简单机器和设备的本地控制和监视。它们可在所有类型的行业与应用中使用。它们非常适用于完成要求苛刻的可视化任务，由于所具有的集成功能，可针对每种应用选择适宜的设备。

设计

KTP400 舒适型

• 4.3 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 480 x 272，1600 万色

• 1 个 PROFINET 接口和 1 个 PROFIBUS 接口

• 触摸屏和带 4 个触觉功能键的薄膜键盘

• TP 177B 触摸式面板 4 寸创新的后续产品

KP400 舒适型

• 4.3 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 480 x 272，1600 万色

• 1 个 PROFINET 接口和 1 个 PROFIBUS 接口

• 带 8 个触控功能键的薄膜键盘和系统键盘

• 操作员面板 OP77B 创新的后续产品

TP700 舒适型

• 7.0 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 800 x 480，1600 万色

• 1 个 PROFINET 接口（2 个端口，带集成开关）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 触摸屏

• TP 177B/TP 277 触摸式面板和多功能面板 MP 177 6 寸创新的后续产品 

KP700 舒适型

• 7.0 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 800 x 480，1600 万色

• 1 个 PROFINET 接口（2 个端口，带集成开关）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 带 24 个功能键的薄膜键盘和系统键盘

• OP 177B/OP 277 6 寸操作员面板创新的后续产品

TP900 舒适型

• 9.0 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 800 x 480，1600 万色

• 1 个 PROFINET 接口（2 个端口，带集成开关）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 触摸屏

• Multi Panel MP 277 8" Touch的创新后继产品

KP900 舒适型

• 9.0 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 800 x 480，1600 万色

• 1 个 PROFINET 接口（2 个端口，带集成开关）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 带 26 个功能键的薄膜键盘和系统键盘

• Multi Panel MP 277 8" Key的创新后继产品

TP1200 舒适型

• 12.1 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 1280 x 800，1600 万色

• 1 个 PROFINET 接口（2 个端口，带集成开关）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 触摸屏

• Multi Panel MP 277 10" Touch的创新后继产品

KP1200 舒适型

• 12.1 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 1280 x 800，1600 万色

• 1 个 PROFINET 接口（2 个端口，带集成开关）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 带 34 个功能键的薄膜键盘和系统键盘

• Multi Panel MP 277 10" Key的创新后继产品

TP1500 舒适型

• 15.4 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 1280 x 800，1600 万色

• 2 个PROFINET 接口（2 个端口带有集成开关 + 支持千兆位的附加接口）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 触摸屏

• Multi Panel MP 377 12" Touch的创新后继产品

KP1500 舒适型

• 15.4 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 1280 x 800，1600 万色

• 2 个PROFINET 接口（2 个端口带有集成开关 + 支持千兆位的附加接口）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 带 36 个功能键的薄膜键盘和系统键盘

• Multi Panel MP 377 12" Key的创新后继产品

TP1900 舒适型

• 18.5 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 1366 x 768，1600 万色

• 2 个PROFINET 接口（2 个端口带有集成开关 + 支持千兆位的附加接口）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 触摸屏

• Multi Panel MP 377 15" Touch的创新后继产品

TP2200 舒适型

• 21.5 英寸宽屏 TFT 显示屏，分辨率 1920 x 1080，1600 万色

• 2 个PROFINET 接口（2 个端口带有集成开关 + 支持千兆位的附加接口）和 1 个 PROFIBUS 接口

• 触摸屏

• Multi Panel MP 377 19" Touch的创新后继产品

功能

• 过程参数的显示和修改

• 功能键用于直接触发按键操作设备（带有 KTP400）中的功能和操作。在功能键上多可以同时配置 16 种功能。功能键可以用做 PROFIBUS DP输入外设设备或直接用作 PROFINET IO。

• 过程显示：

• 矢量图形（各种线条与平面对象）

• 对象的动态定位以及对象的动态显示/隐藏

• 全图形显示、绘图和条形图显示

• 每个趋势区域显示多 8 个趋势；带滚动和缩放功能的趋势曲线图，可访问历史记录并灵活选择显示时间段；可通过阅读标尺来确定当前值并在一个表中显示

• 综合图形库（SIMATIC HMI 符号库）

• 图标：滑块、量表、时钟

• 通过报警时钟进行循环功能处理

• 用于变量的多种功能

• 发信系统

• 离散报警和模拟量报警（限值报警）

• 具有可自由定义的消息级别（如状态/故障消息），用于定义确认响应和显示消息事件

• 利用消息历史数据进行状态和故障消息管理

• 与组态的消息屏幕、消息窗口和消息行

• 归档消息和过程值（在 CF/SD/多媒体存储卡/USB 闪盘上，或通过以太网在网络驱动器上归档）

• 各种归档类型：循环归档和序列归档

• 按照标准的 Windows 格式 （CSV） 对归档数据进行分类

• 利用趋势曲线在线评估过程值归档

• 可以使用标准工具（MS Excel、MS Access）进行外部分析

• 报警记录和值班记录

• 打印功能（参见“推荐打印机"）

• 语言更改

• 32 种在线语言，32 种组态语言，包括亚洲和西里尔字母字符集。

• 配方管理

• 带有附加数据存储器（在 SD/多媒体存储卡/USB 闪盘等上面）

• 在面板上进行在线 / 离线处理

• 以标准的 Windows 格式保存配方数据 (CSV)

• 可利用标准工具（MS Excel、MS Access）进行外部处理

• 编程器功能 STATUS/FORCE VAR 与 SIMATIC S7 相结合

• 诊断显示与 SIMATIC S7 相结合可支持快速问题排查

• PLC 的屏幕选择允许从 PLC 进行操作员控制

• 通过 MS Internet Explorer 显示 HTML 文档

• VB 脚本，通过执行一些新功能，其中包括与变量接口（比较运算，环通等），从而具备良好的灵活性

• 过程画面、报警和变量的帮助文本

• 算术函数

• 限值监视用于输入和输出的可靠过程控制

组态

可使用工程软件 SIMATIC WinCC Comfort (TIA Portal) 进行组态。

集成

SIMATIC HMI Comfort 面板可以连接到：

• 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

• 多协议能力

• 与其它 SIMATIC 人机界面系统进行 http 通信

• 通过以太网到高位 PC、网络打印机

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再生制动的分析与控制

为了降低电动车的使用成本，目前采用的驱动能源是铅酸蓄电池。但是铅酸蓄电池能量有限，所以电动车的一次充电续驶里程相对比较短，一般为150KM左右。因此，在现有的情况下延长车辆的一次充电续驶里程是一项很有意义的工作。

车辆在路上经常起动、刹车，而刹车是以消耗动能为热能的方式将能量白白浪费。因为笼型电机能够实现四个象限运行，所以通过控制电机在第二象限运行来实现再生制动，将车辆的动能转化为电能反馈回的电源储存，这样就可以有效延长车辆的一次充电续驶里程。电动车直接采用蓄电池作为驱动电源，可将再生制动反馈回的能量直接给蓄电池充电。无需像一般的交流调速系统那样逆变回交流电网，控制结构相对简单。

本文分析了再生制动时各失量状态的关系、功率开关的状态以及转差率与制动之间的关系，最后给出了一种再生制动的实现方法。

二、再生制动的状态分析

1、失量分析

图1为电机电动状态时的各磁链失量关系图，其中气隙磁链为ψ_a，定子磁链为ψ₁，转子磁链为ψ₂，当电机处于电动状态时，ψ₁带动ψ₂ 旋转，ψ₁在空间位置上超前于ψ₂，电机输出正转矩。

图1 磁链矢量关系

当转子旋转速度超出定子频率时，电机进入第二象限运转，此时转子切割ψ_a 的方向与电动状态相反，转子中的感应电流的方向与电动状态时的方向相反，使ψ_a的幅值增大，为了保持ψ_a幅值恒定，定子电流需要反向以减小ψ_a幅值，定子电流方向表现为由电机流向滇池，在空间位置上转子电流超前于定子电流，此时电机的输出表现为制动转矩，系统机械能经电机转化为电能馈送回电池。在整个分析过程中，气隙磁场是实现电能与机械能相互转化的纽带，因此在实现再生制动的过程中，为了保证气隙磁场的存在，需要外加一定励磁电流。

2、开关的状态分析

图2 逆变桥结构

如图2所示，以电机A相电路为例，当A相的反电势超过电池电压幅值的0,866倍时（设A相电流为流出），VF4截止，VF5、VF6导通，A相电流经由VD1、VD5、VD6 形成通路，此时逆变桥处于整流状态，反电势经由续流二极管整流向电池充电，当A相的反电势低于电池电压幅值的0.866倍时，VF4导通，VF5 VF6截至，A相电流经由VF4、VF2、VF3形成通路，此时蓄电池经逆变桥向电机供电，实现励磁；当反电势出现换向时，相应的功率开关器件也发生同样的变动，此时A相电流为流进，当A相的反电势低于电池电压幅值的0.886倍时，VF4截至，VF5、VF6导通，A相电流经由VF1、VF5、VF6形成通路，蓄电池逆变桥向电机供电，实现励磁；当A相的反电势高于电池电压幅值的0.886倍时，VF4导通，VF5、VF6 截至，A相电流经由VD4 VD2 VD3形成通路，此时逆变桥处于整流状态，反电势经由续流二极管整流向电池充电、在宏观表现上看，再生制动过程表现为充电→励磁→充电→励磁的交替进行。从这一点上分析，控制再生制动的发生同样需要励磁电流，只是当励磁功率大于充电功率时，就可将再生制动终止。

3、制动与转差率

电机的L形等效电路如图3 所示，电机内部消耗的有功功率：

制动时电机负载产生的电功率：

假设电机所带负载具有的机械能基本上被电机内部所消耗，边界情况为式（1）与式（2）相等所以有：

由式（3）有：

当电机负转差率位于S1≥S≥S2范围时，系统的机械能经电机转化为电能向蓄电池回馈，同时电机不出现过流，也就是反馈的电能不能被电池吸收的部分，可以由电机本身承受消耗而不出现过流。当转差率变化超过该范围时，机械能经电机转化的电能无法有效回馈给电池，而剩余部分的能量在电机的线圈内阻中又无法*消耗，因此容易出现过流。所以，从简化控制的角度出发，当控制转差率在S1≥S≥S2范围内变化时，再生制动过程就可以避免出现过流。

三、控制再生制动的方法

由上分析可知，再生制动的控制实际上是根据电机中反电势的大小、方向控制相应桥臂的功率开关器件的通断，保证一定的励磁电流，但这稚方法具体到每相桥臂的每个开关的控制时就比较麻烦，但只要保证转子转速在超出定子旋转频率时，定子频率跟踪转子速度变化，保持一定的负转差率范围，就可实现在无过流方式下的再生制动。

根据该思路，本文提出的再生制动方法如图4所示，在直接转矩控制（DTC）中，首先观测定子磁链、控制定子磁链的幅值为恒定，然后选择零失量、非零失量来调节瞬时转差、控制输出转矩恒定，所以由磁链环节观测定子磁链的幅值及相位，并且选择失量控制链幅值大小；转矩控制环节（与磁链控制环节相结合）选择失量控制磁链的旋转速度。

如果其中的转矩反馈被定子磁链的相位反馈替代，而控制磁链幅值的环节依旧保留，图4可以转变为图5所示的一种新型的变频调速方法，此时该系统是通过控制定子磁链的幅值大小以及旋转速度来实现变频调速的，因为该结构实际上采用了DTC控制方式，它保留了磁链控制环节，所以能够有效控制磁链的相位偏差，在这种情况下可以保证输出的电流谐波少，运行平稳，而在该结构基础上实现的再生制动控制，就是使定子频率跟踪转子速度变化，保证式（4）中确定的负转差率范围，就可以实现系统在制动过程中不出现过流。另一方面，制动效果的强弱可以通过调节转差率和定子磁链幅值来实现。由于这种方法保留了DTC的结构和特点，所以能够很好地与DTC的交流驱动系统兼容