SIMADYN D（西门子6DD产品）的应用

SIMADYN D 简介

    Chapter 1  SIMADYN D的应用

    SIMADYN D是一种可灵活配置的，全数字化、模块化的控制系统，尤其适用于要求高动态特性、高控制精度的传动控制和交、直流变频调速传动控制；因为它能够进行快速的闭环、开环控制和运算操作，同时也能实现快速的通讯。

多处理器技术和STRUC配置语言使得设计者可以根据所要完成的任务的大小灵活地配置自己的系统，使之胜任用户的要求而又相对经济，一般可分位下列几类：

——小型任务：比如卷扬机控制，只需要配置一个功能包（FP）。

——中型任务：比如一个完整的闭环控制系统，包括若干个功能包（FP），由一个处理器模块执行。

——大型任务：也如一个传动组的开环或闭环控制，由装在SIMADYN D单元内的若干个处理器模块执行。

——复杂任务：比如若干个相互牵涉关联的传动的控制，由若干个SIMADYN D单元共同处理，它们之间通过通讯链接传送数据。

Chapter 2  SIMADYN D 的硬件

§2.1： SIMADYN D的控制器和工艺控制板

    SIMADYN D的硬件和软件设计是完全模块化的，除了功能强大的SIMADYN D控制器之外，还有一些SIMADYN D工艺板，它们能够直接插入变频器传动单元中，完成一些较简单的任务。

§2.11：SIMADYN D控制器

    SIMADYN D控制器包括一个“子框架”，这个子框架自带电源，并且在背面有一到二条系统总线用以通讯。根据不同的任务，可以在框架中插入各种处理器板、I/O板和通讯板，以组成一个控制器，在这样一个“子框架”中最多可以插入8块处理器板。

    对于若干个“子框架”，可以用特殊的通讯板将它们的系统总线连接起来，通过通讯板和处理器板上的接口与其它的控制器进行数据通讯，而现场信号和过程信号通过接口板实现与处理器板和I/O板的连接。

§2.1.2：工艺控制板

    工艺板有PT100和PT300两种，它们与相应的通讯板一起装在SIMOVERT MD变频器上，用以工艺控制，这些工艺板可以用STRUC语言进行编程，但通常它们用的是标准软件包以实现一些标准的应用，比如张力辊控制、飞剪控制、活套控制、卷曲机控制等等。

§2.2：其它硬件的介绍

§2.2.1：子框架

    子框架是相对于SIMADYN D系统的总体框架而言的一个小框架，它有2槽、6槽、12槽和24槽四种。

    12槽和24槽的子框架有两条系统总线，一条为L总线，即局部总线；另一条为C总线，即为通讯总线。插于其中的各种控制板可以由同样插于框架中的电源模块提供24V DC或115V/230V AC电压，并且子框架还可以根据需要选装冷却风机。

    6槽的子框架只有一条系统总线，L总线，由内部集成的230V AC电源供电。

    2槽的子框架称之为SRT框架，是与PT10处理器板和CS51通讯板一起用于SIMORAG直流传动中的。

§2.2.2：处理器板

    根据处理器板上的I/O点和接口的不同，处理器板分为若干种型号。处理器板有32位和16位两种；分别称之为P32和P16，它们可以在同一个框架中共同工作，在一个子框架中最多可插8块处理器板，对于装有P32处理器板的子模块，必须采取强制通风。

§2.2.3：通风缓存板

    在一个子框架中只能装一块通风缓存板，它是子框架全部处理器共同的数据内存，各块处理器板之间的数据传输就是通过它作为中转而得以实现的。

§2.2.4：I/O板

    外部的现场信号和过程信号与I/O板相连，进而与处理器板联系，使得处理器板可以通过L总线直接访问硬件。

§2.2.5：通讯板

    与通讯缓存板起作用于子框架内部各处理器之间的通讯不同，通讯板用于子框架与其它系统之间的通讯，处理器通过与通讯板连接的L总线实现与其它系统之间的通讯。

§2.2.6：程序存储模块

    程序存储模块有16位和32位两种，分别用于P16和P32处理器，用户编完程序后，将其装入程序存储模块中，再将程序存储模块插入处理器板面板上的槽口内即可。

§2.2.7：接口板

    接口板上有若干端子（用螺丝固定的端子或插入式端子），用来连接外部信号，如果必要的话，可以用接口板对模拟量和数字量信号进行电气隔离和适配。

    接口板固定在框内的安装槽上，通过电缆与子框架内的相应控制板连接。

Chapter 3  关于SIMADYN D的软件

§3.1：SIMADYN D软件的一般介绍

    和SIMADYN D的硬件一样，其软件也是模块化的。一般来说，SIMADYN D的软件有三部分：

——用户程序

——系统程序

——IBS服务程序

§3.1.1：用户程序

    用户程序包括了开、闭环控制和算术运算的程序，它存储于程序存储模块中，通过编写用户程序，可以实现下列功能：

——给各块处理器板定义各自的工作。

——定义与其它系统的通讯。

——实现与外部现场信号和过程信号的连接。

——定义子框架上的各块插件板。

    用户程序有两种编写方式，即

——STRUC G形式，程序由图形化的功能模块组成，必须运行于UNIX操作系统下。

——STRUC L形式，程序由语句表组成，必须运行于WINDOWS 3.1操作系统下。

§3.1.2：系统程序

    系统控制和监视用户编写的程序的执行顺序，在系统程序的作用下，用户程序中的功能块和功能包根据各自的采样时间和顺序依次执行，同时系统程序中的通讯软件控制通讯数据的传送。

    实际上，系统程序包括了3个组成部分：

——SIMADYN D操作系统

——功能块

——通讯软件

§3.1.2.1：SIMADYN D操作系统

    SIMADYN D操作系统允许用户为程序中循环执行的功能块设定五种循环采样时间，以P16处理器板为例，其采样时间可选为4ms、8ms、16ms、64ms和256ms五种。除了循环执行之外，程序也允许执行中断，中断方式有软件中断、计时器中断和事件中断三种。在程序运行中，循环执行的程序和中断执行的程序在操作系统安排的嵌套顺序下逐步执行。

    除此之外，操作系统还可以执行各种硬件和软件的测试以及功能包和各处理器之间的通讯。

§3.1.2.2：功能块

    用户在编程时，需要接触到各种功能块，它是编程时所用的最小单位，用户为完成一定的控制任务而编制的功能包就是若干个功能块组成，而在同一块处理器板里，可以包含若干个功能包。这些功能包里的所有功能块都由操作系统按照编程时设定的顺序调用执行。

§3.1.2.3：通讯软件

    通讯软件完成的工作是实现SIMADYN D控制器与其它系统的通讯，对于简单的通讯，可以通过处理器板上的串行接口进行，对于复杂的通讯，就要用到特殊的通讯板。

    所有的通讯设定，比如说数据长度、波特率、通讯协议和接口等等，都是通过STRUC语言在编程时加以设定。

§3.1.3：IBS服务程序

    在实际应用中，用户可能会希望了解各个功能块的执行情况或者希望对功能块做一些小改动，如改变参数或改变连接等，IBS服务程序使得这一切成为可能。通过IBS执行，用户可以实时地观察到各功能块的输入输出状态的变化，功能块与功能块之间的连接，或者进行一些必要的修改。

§3.2：STRUC程序阅读中的几个问题。

§3.2.1：STRUC程序的大致结构。

STRUC程序的一般结构如下：

                                MP

                                         P32或P16

                                                         ……

               FP         FP          FP         FP

§3.2.2：MP：Master Program 主程序

主程序的作用是：

——描述子框架中所插模块的硬体配置情况

    ——建立若干个FP功能包并加以处理

    ——产生系统总线的通讯信号以实现FP之间和处理器之间的通讯

    ——设定处理器模块的采样时间

    ——加电时对各模块和外围设备进行初始化

    ——对子框架内各模块进行“同步”监控

§3.2.3：FP：Function Packet 功能包

    FP有两种：

——一种是循环执行的FP，每个FP可包含最多255个FB功能块，对这些功能块可以设定T1到T5共五种采样时间，每个处理器内最多有8个循环执行的FP，在这些循环处理的FP里，用户可以编写信号输入、输出、开/闭环控制、故障诊断监控等相关的程序。

——一种是中断控制的FP，每个中断FP可包含最多255个FB，对这些中断可以分成I1到I5五种类型，如下：

    ①C1…2  来自处理器计数器的中断

    ②E1…4  来自外部开关量输入的中断

    ③S1…8  来自软件的中断

    ④IL、IC 来自“L”总线和“C”总线的中断

    ⑤L1…4  来自“LE”总线的中断

    与循环执行的FP不同，每个处理器只能有一个中断FP。

§3.2.4：FB：功能块

§3.2.4.1：表达方式：

FB是组成STRUC程序的最基本的单位，它执行的是最基本的功能，比如加法器、PI调节器、上下限幅、斜波发生器、通讯发送器、与非门、选择开关等等。

下面以一个“限幅器”说明功能块的表达方式（STRUC G）

               GY14                     114 T1

                LIM

               X    N2             N2    Y 

               LU                  B1    QU

               LL                         QL

功能块左上方的GY14是用户给这个功能块起的名字；右上方的114是该FB的处理顺序号，而T1是该FB的采样时间；“LIM”是该FB的类型，表示该FB是起限幅作用的。左侧纵向排列的是输入端子，右边纵向排列的是输出端子，X表示输入量，LU表示上限值，LL表示下限值，Y表示输出量，QU表示输入量达到上限值，QL表示输入量小于下限值，在上图中输入输出端子的旁边，标注着N2、B1的字样，这是表示这些端子的数据类型：N2表示用百分率表示的数，B1表示布尔变量，它表示在这些端子上只能处理与其标注的数据类型相符的数据。而功能块中间的图形则以符号的方式形象地表明该功能块的作用，使得用户能较直观地初步了解该FB的特性。

    在这里作为例子的FB，其逻辑关系为：

        X≥LU      时        Y=LU   且   QU=1

        LL<X<LU   时        Y=X

        X≤LL      时        Y=LL    且   QL=1

§3.2.4.2：FB的连接

    单个的FB只具有基本的功能，若干个FB连接起来组成一个FP才能完成一个较完整的任务。因此，FB之间的连接就成为一个较重要的问题。一般的，FB之间的连接有下列规则：

——只能将某个FB的输出连接到另一个FB的输入上，不能将两个FB的输出相互连接。

——在同一个FP中进行FB的连接，不需加任何附加的符号，但如果想将某个FP中的FB与另一个FP中的某个FB相连接，那么这个“跨”FP的信号前必须冠以“$”符号。

——相互连接的两个FB的端子，其数据类型必须一致，否则中间必须用数据转换模块加以转换。

——在输入端子处可以直接设以常数，但该常数的类型必须与该输入端子的类型相符合。

SIMADYN D （西门子6DD产品）的典型应用

复杂工艺控制 

1、电气同步系统 

2、定位控制  

3、定尺剪和飞剪 

4、复杂力矩控制

5、液 压 驱 动 控 制 

6、卷曲机 

SIMADYN D典型应用

胶卷生产线

在每个槽架有8 CPU 

采样时间 <= 7 ms

大约40 个力矩控制和10个速度控制

管式印刷机

在每个槽架有1 CPU

采样时间 <= 1 ms

4 个位置控制

轴向式集装箱起重机

在每个槽架有 4 CPU

采样时间 <= 1 m

造纸：同步, 张力及位置控制                   

金属处理：位置，厚度和同步控制

造纸：同步, 张力及位置控制                  

金属处理：位置，厚度和同步控制

纺织工业：张力控制

驱 动

同 步 多 机 驱 动 可 用 于 纤 维 工 业 或 轧 钢 工 业

SIMADYN D 特别适用于 .

复杂的工艺控制功能：如卷曲机，多电机驱动， 同步以及定位控制等。

数据的采集及处理

高速通讯－ 现 场 总 线， 以 太 网

快速, 高精度的运算－ 32/64 位 浮 点 数 运 算

确保功能的冗余性和灵活性