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西門子6ES7314-6BH04-0AB0

)數(shù)字化的信息傳遞，提高了系統(tǒng)的自動化水平及運行的可靠性，解決了模擬信號傳輸所引起的干擾及漂移問題。

    (3)其通信介質(zhì)采用RS-485屏蔽雙絞線，遠可達1000m，因此可有效地減少控制電纜的數(shù)量，原系統(tǒng)中需要20芯控制電纜一般在4根以上，現(xiàn)在只需工作電源就可以，從而可以大大減少開發(fā)和工程費用，提高可靠性。

    (4)通訊速率較高，可達187.5kbps。對于有5個變頻器，每個調(diào)速器有六個過程數(shù)據(jù)需刷新的系統(tǒng)，PLC的典型掃描周期為幾百毫秒。

    (5)它采用與PROFIBUS相似的操作模式，總線結(jié)構(gòu)為單主站、主從存取方式。報文結(jié)構(gòu)具有參數(shù)數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)，前者用于改變調(diào)速器的參數(shù)，后者用于快速刷新調(diào)速器的過程數(shù)據(jù)，如啟動停止、邏輯鎖定、速度給定、力矩給定等。具有*的快速性與可靠性。

    2.2西門子USS通信協(xié)議[1]

    (1)協(xié)議概況

    ●Siemens驅(qū)動器所定義的USS協(xié)議，是Profibus通信協(xié)議的簡化，通過其總線可以連接31個節(jié)點，傳輸速率可以達到19.2k比特率，通過主站(PC、PLC)進行控制。

    ●USS總線上的每個傳動裝置都有一個站號，主站通過它識別每個傳動裝置。

    ●USS可以是主從結(jié)構(gòu):從站回應(yīng)主站發(fā)來的報文并發(fā)送報文。也可以是廣播通訊方式:報文同時發(fā)送給所有的傳動裝置。

    (2)協(xié)議說明

    所有數(shù)據(jù)報文都由14個字節(jié)組成，是標準的異步報文格式:1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，一個偶校驗位和一個停止位。數(shù)據(jù)報文的結(jié)構(gòu)如下:

    主站到從站的報文格式:

    從站到主站的報文格式:

    (3)USS協(xié)議報文描述

    ●STXSTX是單字節(jié)的ASCⅡSTX字符(值為02),表示報文的開始。

    ●LGELAE是單字節(jié)區(qū)域，表示報文中LAE區(qū)域后的字節(jié)數(shù)。

    ●ADRADR是單字節(jié)區(qū)域，包含從站傳動裝置的地址::

    其中位5是廣播位。選擇是否將這報文以廣播方式發(fā)送給總線上的所有驅(qū)動器，位0~4是驅(qū)動器總線地址。

    ●BCCBCC是單字節(jié)區(qū)域，對報文中該區(qū)域以前所有的字節(jié)進行異或校驗。

    ●INDIND是16位的區(qū)域，通用傳動裝置應(yīng)設(shè)為0。

    ●PKEPKE是16位的區(qū)域，用來控制傳動裝置的參數(shù)讀寫，定義如下:位0~10為參數(shù)號，位12~15為參數(shù)讀寫控制，如2038H，2代表讀參數(shù)，38H表示十進制ID為56的參數(shù)。

    ●VALVAL是16位的區(qū)域，通過讀寫參數(shù)命令將參數(shù)值寫到對應(yīng)的參數(shù)ID中。

    STW是16位的控制字區(qū)域，控制傳動裝置的運行，如047F表控制電機正向運行。

    ZSW是16位的狀態(tài)字區(qū)域，表示傳動裝置不同的運行狀態(tài)。

    ●HSW/HIWHSW是設(shè)定電機速度的16位的區(qū)域。如4000H對應(yīng)額定速度的100%

    HIW是讀取電機速度的16位區(qū)域，可以讀出電機速度。如當前轉(zhuǎn)速=(HIW×額定速度)/4000H。

    3自由口設(shè)定

    3.1鉆機傳動系統(tǒng)設(shè)備配置

    多年來，我國鉆機市場一直以機械鉆機為主，通過柴油發(fā)電機帶動變速齒輪箱來調(diào)節(jié)絞車和泥漿泵的轉(zhuǎn)速，效率低下，耗能高，故障率高。隨著鉆機市場電驅(qū)動鉆機的推廣與普及，我國的鉆機經(jīng)歷了購買二手舊鉆機，進口新鉆機到自主生產(chǎn)的過程，在此基礎(chǔ)上，鉆機也進行了一次大的更新，從模擬電路控制直流傳動到數(shù)字化的直流傳動設(shè)備，再到到高性能的具有通信功能的傳動設(shè)備;在鉆機實現(xiàn)自動化過程也經(jīng)歷了由繼電器到開關(guān)量PLC再到高性能PLC(模擬量+總線通訊)的過程，現(xiàn)階段鉆機設(shè)備配置以高性能PLC控制為主，通過通訊功能讀取數(shù)據(jù)和并根據(jù)工況改寫驅(qū)動器的相關(guān)數(shù)據(jù)，這樣*的控制理論(模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等)就很容易的通過上位機實現(xiàn)，從而控制交直流驅(qū)動器實現(xiàn)調(diào)速的智能化。該系統(tǒng)通過S7-200CPU226作為主站，五臺6SE71系列變頻器作為從站，其中650kW的變頻器帶動絞車/鉆機，500kW的變頻器兩兩同步工作，帶動1300系列的泥漿泵，參見圖1。

    圖1USS通訊系統(tǒng)配置

    3.2自由口用戶數(shù)據(jù)存儲器[3]

    在USS協(xié)議中，用戶數(shù)據(jù)存儲器分配如附表:

    附表

    驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定區(qū)VB0-VB39共40個字節(jié)

    發(fā)送/接受緩沖區(qū)從VB40開始，用戶自由分配

    系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)VB4022-VB4095共74個字節(jié)

    其中驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定區(qū)主要完成從站數(shù)目(VB0)、每個從站LAE長度設(shè)定(VB1-VB31)、廣播傳送方式LAE(VB33)長度、傳送時間(VW34)，初始化發(fā)送/接受緩沖區(qū)首地址(VD36)(設(shè)定值為VB40-VB4021)，其中V表示可變、B為字節(jié)、W為字、D為雙字。

    3.3用戶數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)定

    在USS協(xié)議中每個從站需要44個字節(jié)，發(fā)送/接受緩沖區(qū)各占22個字節(jié)(對應(yīng)從站+USS協(xié)議(發(fā)送+接受)+狀態(tài)位)，其中狀態(tài)位表示數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，在該系統(tǒng)中發(fā)送/接收首地址設(shè)為VB2000，用戶數(shù)據(jù)區(qū)以循環(huán)方式傳送數(shù)據(jù)時分配如下:

    絞車:從站1，地址VB2000-2043

    泥漿泵1的A變頻器:從站2，地址VB2044-2087

    泥漿泵1的B變頻器:從站3，地址VB2088-2131

    泥漿泵2的A變頻器:從站4，地址VB2132-2175

    泥漿泵1的B變頻器:從站5，地址VB2176-2219

    以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)時地址如下:

    只有發(fā)送緩沖區(qū):VB2220-2263，接受緩沖區(qū)同上

    定義完數(shù)據(jù)區(qū)后，就可以根據(jù)每個地址的功能，在PLC編程時寫入相應(yīng)的控制字就可以完成控制功能

 CPU處于STOP模式時，自由端口模式為禁止，建立與其它協(xié)議的通訊，只有當CPU處于RUN模式時，才能使用自由口模式，這時通過自由口控制字SMB30來完成設(shè)置，如:MOVB16#49，SMB30就將自由口0設(shè)為自由端口協(xié)議，波特率9600kbps，數(shù)據(jù)位為8，偶校驗。

    4程序編制[2][3]

    系統(tǒng)功能由主程序OB1和三個子程序SBR0、SBR1和SBR2組成。圖2列出主要程序段的工作流程。

    圖2主要程序段的工作流程圖

    (1)OB1:完成循環(huán)調(diào)用子程序功能

    (2)SBR0:系統(tǒng)初始化

    (3)SBR1:通訊中斷/事件調(diào)用(中斷0~中斷7，根據(jù)通信協(xié)議完成數(shù)據(jù)的傳送和接收功能)

    (4)SBR2:按照前面的分配地址和要實現(xiàn)的功能編寫功能程序，實現(xiàn)要求的輸入輸出信號間的邏輯功能、數(shù)字濾波、PI調(diào)節(jié)，以及變頻器參數(shù)的讀寫，控制字和速度給定的發(fā)送，變頻器工作狀態(tài)的讀取等功能。

    (5)中斷0:完成發(fā)送/廣播的初始化，監(jiān)視發(fā)送過程、監(jiān)視發(fā)送延時、發(fā)送錯誤

    (6)中斷2:發(fā)送完成

    (7)中斷3~6:接收到基本接收緩沖區(qū)后，進行校驗，校驗數(shù)后翼數(shù)據(jù)塊的方式將數(shù)據(jù)發(fā)到當前站的數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)。

    (8)中斷7:接受任何一個字符超過時間，執(zhí)行中斷7，進行狀態(tài)復位，結(jié)束中斷。

    5變頻器設(shè)定[4]

    變頻器選用MASTERDRIVER6SE71系列工程型變頻器，工作電機為永濟電機廠生產(chǎn)風冷方式的鼠籠式三相異步交流變頻電機，變頻器控制方式采用矢量控制控制，負載模式選為標準，通過變頻器進行電機識別后即可使用，通信接口對應(yīng)接口板CUVC上的X101端子10(RS485P)，11(RS-485N)，電機起?？刂莆籔554.1=6100，其余控制位(停車方式、旋轉(zhuǎn)方向等)依次類推。P734.1~16讀取需要采集的電機參數(shù)在變頻器中的連接字地址編號;P918.0/從站地址和PLC設(shè)定保持*;P053=34(PMU+SST2);同時控制字的第十位必須為1來激活通信;再將通信所發(fā)控制字及給定發(fā)到接口地址……;同時在總線起端和末端接終端電阻