6ES7223-1PH22-0XA8诚信经营

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   一线通模块   一线通模块是玖阳易通公司生产的数据采集模块，包括AI、AO、DI、DO、混合型模块，采用RS485通讯接口和MODBUS-RTU协议，可以完全兼容莫迪康、西门子等PLC的MODBUS协议，和组态软件连接时可以直接使用各PLC厂家的MODBUS-RTU协议进行连接。   本文以一线通模块使用莫迪康PLC通讯协议与组态王连接为例，介绍连接过程。   2，   一线通模块设置   使用时每个模块设置一个唯一一个地址，地址号为1~63，这里假设只连接一个一线通模块，地址号为1，地址设置使用“一线通工具软件设置”。一线通模块的通讯参数固定为19200bps/1位起始位/1位停止位/无校验/8位数据位。    3，   组态软件通讯参数设置   假设使用计算机的COM1口与一线通模块通讯，按照一线通模块的通讯参数，设置计算机COM1口的通讯参数，如下图所示。    4，   定义设备   在组态王设备窗口下定义设备“一线通”，选择PLC/莫迪康/MODBUS-RTU，“确定”，如下图所示。 输入设备名称，假设“一线通”，“下一步”。如下图。 选择串行口COM1，“下一步”，出现设备地址窗口。 在设备窗口输入“1”，“下一步”。 “下一步”，设备定义完成。     5，   数据词典   在数据词典中定义A1变量，变量类型选“I/O实数”，连接设备选择“一线通”，读写属性选择“只读”，寄存器选择30001，假设这里进行模拟量采集，寄存器地址为1，如下图所示。 需要进行其他类型的变量读写时，进行下面的寄存器和读写属性设置。

按“确定”，完成A1变量定义，同样的办法可以定义其他变量

1 引言
　　　计算机及通讯技术已成为工业环境中大部分解决方案的核心部分，其在系统中的比重正在迅速增加。在一个自动化系统中，交、直流调速器不仅仅作为一个单独的执行机构，而是随着其不断的智能化，它们相互之间及同控制系统之间可以通过各种通讯方式结合成一个有机的整体。西门子变频器USS自由口通信以其通信质量高、成本低廉在自动化系统得到了广泛的应用。本文以USS自由口通信在石油钻机电气传动系统中的实际应用为例，对自由口使用的地址分配，通信程序实现进行了较详细的分析，该思路不仅用于PLC来保证通信质量，对于用语言在PC实现的通信程序编制、tigao通信的可靠性都具有一定的借鉴意义。

2 USS通信
2.1USS概况
　　　西门子交、直流调速器采用的USS通讯协议是西门子公司为传动系统开发的通讯协议，可支持交直流驱动器同PC或PLC之间建立通讯联接，适用于规模较小的自动化系统。有以下特点:
(1)用单一的、完全集成的系统来解决自动化问题。所有的西门子交、直流驱动器都可采用USS协议作为通信链路，原先的驱动器间是孤立的，仅有极少量通过硬件电路反馈信号。
(2) 数字化的信息传递，tigao了系统的自动化水平及运行的可靠性，解决了模拟信号传输所引起的干扰及漂移问题。
(3)其通信介质采用RS-485屏蔽双绞线，远可达1000m，可有效地减少控制电缆的数量，原系统中需要20芯控制电缆一般在4根以上，现在只需工作电源就可以，从而可以大大减少开发和工程费用，tigao可靠性。
(4)通讯速率较高，可达187.5kbps。对于有5个变频器，每个调速器有六个过程数据需刷新的系统，PLC的典型扫描周期为几百毫秒。
(5)它采用与PROFIBUS相似的操作模式，总线结构为单主站、主从存取方式。报文结构具有参数数据与过程数据，前者用于改变调速器的参数，后者用于快速刷新调速器的过程数据，如启动停止、逻辑锁定、速度给定、力矩给定等。具有极高的快速性与可靠性。
2.2 西门子USS通信协议 [1]
(1) 协议概况
●Siemens驱动器所定义的USS协议，是Profibus通信协议的简化，通过其总线可以连接31个节点，传输速率可以达到19.2k比特率，通过主站(PC、PLC)进行控制。
●USS总线上的每个传动装置都有一个站号，主站通过它识别每个传动装置。
●USS可以是主从结构:从站回应主站发来的报文并发送报文。也可以是广播通讯方式:报文发送给所有的传动装置。
(2) 协议说明
所有数据报文都由14个字节组成，是标准的异步报文格式:1个起始位，8个数据位，一个偶校验位和一个停止位。数据报文的结构如下:
主站到从站的报文格式:

从站到主站的报文格式:

(3)USS协议报文描述
●STXSTX是单字节的ASCⅡ STX字符(值为02),表示报文的开始。
●LGELAE是单字节区域，表示报文中LAE区域后的字节数。
●ADRADR是单字节区域，包含从站传动装置的地址::

　　　其中位5是广播位。选择是否将这报文以广播方式发送给总线上的所有驱动器，位0~4是驱动器总线地址。
●BCC BCC是单字节区域，对报文中该区域以前所有的字节进行异或校验。
●IND IND是16位的区域，通用传动装置应设为0。
●PKEPKE是16位的区域，用来控制传动装置的参数读写，定义如下:位0~10为参数号，位12~15为参数读写控制，如2038H，2代表读参数，38H表示十进制ID为56的参数。
●VAL VAL是16位的区域，通过读写参数命令将参数值写到对应的参数ID中。
STW是16位的控制字区域，控制传动装置的运行，如047F表控制电机正向运行。
ZSW是16位的状态字区域，表示传动装置不同的运行状态。
●HSW/HIW HSW是设定电机速度的16位的区域。如4000H对应额定速度的
HIW是读取电机速度的16位区域，可以读出电机速度。如当前转速=(HIW×额定速度)/4000H。

3 自由口设定
3.1钻机传动系统设备配置
　　　多年来，我国钻机市场一直以机械钻机为主，通过柴油发电机带动变速齿轮箱来调节绞车和泥浆泵的转速，效率低下，耗能高，故障率高。随着国际钻机市场电驱动钻机的推广与普及，我国的钻机经历了购买二手旧钻机，进口新钻机到自主生产的过程，在此基础上，钻机也进行了一次大的更新，从模拟电路控制直流传动到数字化的直流传动设备，再到到高性能的具有通信功能的传动设备;在钻机实现自动化过程也经历了由继电器到开关量PLC再到高性能PLC(模拟量+总线通讯)的过程，现阶段钻机设备配置以高性能PLC控制为主，通过通讯功能读取数据和并根据工况改写驱动器的相关数据，这样先进的控制理论(模糊控制、神经网络控制等)就很容易的通过上位机实现，从而控制交直流驱动器实现调速的智能化。该系统通过S7-200CPU226作为主站，五台6SE71系列变频器作为从站，其中650kW的变频器带动绞车/钻机，500kW的变频器两两同步工作，带动1300系列的泥浆泵，参见图1。

图1 USS通讯系统配置

3.2 自由口用户数据存储器[3]

在USS协议中，用户数据存储器分配如附表:

附表

驱动器参数设定区 VB0-VB39共40个字节
发送/接受缓冲区 从VB40开始，用户自由分配
系统数据区 VB4022-VB4095共74个字节
　　　其中驱动器参数设定区主要完成从站数目(VB0)、每个从站LAE长度设定(VB1-VB31)、广播传送方式LAE(VB33)长度、传送时间(VW34)，初始化发送/接受缓冲区首地址(VD36)(设定值为VB40-VB4021)，其中V表示可变、B为字节、W为字、D为双字。
3.3 用户数据区设定
　　　在USS协议中每个从站需要44个字节，发送/接受缓冲区各占22个字节(对应从站+USS协议(发送+接受)+状态位)，其中状态位表示数据发送状态，在该系统中发送/接收首地址设为VB2000，用户数据区以循环方式传送数据时分配如下:
绞车:从站1，地址 VB2000-2043
泥浆泵1的A变频器:从站2，地址 VB2044-2087
泥浆泵1的B变频器:从站3，地址 VB2088-2131
泥浆泵2的A变频器:从站4，地址 VB2132-2175
泥浆泵1的B变频器:从站5，地址 VB2176-2219
以广播方式发送数据时地址如下:
只有发送缓冲区:VB2220-2263，接受缓冲区同上
　　　定义完数据区后，就可以根据每个地址的功能，在PLC编程时写入相应的控制字就可以完成控制功能。
3.4 通信功能设定
　　　CPU处于STOP模式时，自由端口模式为禁止，建立与其它协议的通讯，只有当CPU处于RUN模式时，才能使用自由口模式，这时通过自由口控制字SMB30来完成设置，如:MOVB16#49，SMB30就将自由口0设为自由端口协议，波特率9600kbps，数据位为8，偶校验。

4程序编制[2][3]
　　　系统功能由主程序OB1和三个子程序SBR0、SBR1和SBR2组成。图2列出主要程序段的工作流程。

图2 主要程序段的工作流程图

(1) OB1:完成循环调用子程序功能
(2) SBR0:系统初始化
(3) SBR1:通讯中断/事件调用(中断0~中断7，根据通信协议完成数据的传送和接收功能)
(4)SBR2:按照前面的分配地址和要实现的功能编写功能程序，实现要求的输入输出信号间的逻辑功能、数字滤波、PI调节，以及变频器参数的读写，控制字和速度给定的发送，变频器工作状态的读取等功能。
(5) 中断0:完成发送/广播的初始化，监视发送过程、监视发送延时、发送错误
(6) 中断2:发送完成
(7) 中断3~6:接收到基本接收缓冲区后，进行校验，校验数后翼数据块的方式将数据发到当前站的数据接收缓冲区。
(8) 中断7:接受任何一个字符超过时间，执行中断7，进行状态复位，结束中断。

5 变频器设定[4]
　　　变频器选用MASTERDRIVER6SE71系列工程型变频器，工作电机为永济电机厂生产风冷方式的鼠笼式三相异步交流变频电机，变频器控制方式采用矢量控制控制，负载模式选为标准，通过变频器进行电机识别后即可使用，通信接口对应接口板CUVC上的X101端子10(RS485P)，11(RS-485N)，电机起停控制位P554.1=6100，其余控制位(停车方式、旋转方向等)依次类推。P734.1~16读取需要采集的电机参数在变频器中的连接字地址编号;P918.0/从站地址和PLC设定保持一致;P053=34(PMU+SST2);控制字的第十位必须为1来激活通信;再将通信所发控制字及给定发到接口地址……;在总线起端和末端接终端电阻。
为了降低电磁干扰，采用屏蔽的双绞线，其中屏蔽线单端接地。

6结束语
　　　通过使用和比较，采用USS自由口通信不需任何附加板，就可实现变频器数据的存取，通信质量高，以低廉的成本实现自动化系统。从而可以大大减少开发和工程费用，和以前的继电器控制相比，降低了系统的电气复杂性(很多逻辑和保护功能都要靠继电器间的相互锁定来实现，实现复杂，故障率高，检修时间长)，系统的逻辑性能得到较大的tigao，tigao了产品的的可靠性，降低了由电气故障造成的停机时间。

　　　以上结论经过胜利油田所购设备在南阳二机厂通过调试，并在油田的实际使用中得到了验证，目前该设备已经完井多口，运行良好。

1 引言

       进入20世纪90年代后，为了适应现代物流的发展趋势，采用自动控制技术和网络通信技术对港口码头实现货物的装卸、输送、存储作业，有效地tigao生产效率，降低劳动强度，使装卸作业连续化、高效化，tigao企业的现代化程度已经成为企业生存和保持旺盛竞争力的必要条件。对于同类企业中发展较为缓慢的煤炭专用码头更是如此。
       本文以煤炭专用码头物流系统为例，介绍选用SIEMENS 的ET200S分布式I/O及SIMATIC PCS7控制系统实现其网络化集散控制的方案及特点。

2煤炭专用码头物流系统的结构配置
       煤炭物流作业系统包括翻车机子系统、皮带机子系统、堆取料机子系统、装船机子系统以及洒水除尘子系统。系统框图如图1所示。

图1 物流系统框图


       该物流系统设有中控室（CCR），其控制、监视、管理范围包括定位车牵引重车、翻车机翻转重车、漏斗振动给料、出料口调节、皮带机传送流程、堆取料机运行状态、装船机工作控制、除尘洒水系统liuliang压力监控及喷头选择等主要作业流程。在中控室对整个作业流程进行监控，从而达到使作业设备稳定可靠运行的目的。

3 监控系统方案介绍
3.1监控系统配置
        根据作业流程控制系统要求，设1#本地站和2#、3#、4#、5#、6#五个远程站，分别设置在中控室、翻车机作业现场、皮带机作业现场、堆取料机作业现场、装船机作业现场以及洒水泵站。本地站控制整个装卸系统的流程作业，各远程站则对其所在作业现场的流程进行监测和控制。
       现场控制站具有闭环控制、顺序联锁控制以及数据采集、数据处理、储存、故障报警等功能；拥有数字量和模拟量控制的全部功能，可有效地对生产过程进行控制，通过数据高速通道与中央控制室操作站进行过程数据和信息传输，接受来自操作人员的各种控制命令，完成检测控制要求；还具有在线/离线组态功能、自诊断等功能。
3.2监控系统方案介绍
       基于本方案的研究对象是现代港口中的流程作业PLC控制系统，并且要在企业内部实现远程通讯、分布式控制，设计者选择具有良好发展基础与前景的PROFIBUS来构成本方案的控制网络。

        该设计方案选择SIEMENS公司的SIMATICPCS7。SIMATICPCS7为SIEMENS公司的新集散控制系统（DCS），是一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的过程控制系统。SIMATICPCS7采用的上位机软件WinCC作为操作和监控的人机界面，利用开放的现场总线和工业以太网实现现场信息采集和系统通讯，采用S7自动化系统作为现场控制单元实现过程控制，以灵活多样的分布式I/O接收现场传感检测信号。

注 ： --OLM 光纤链路模块
图2 控制系统结构图

4 监控系统的通讯网络
       在工业控制领域，尤其是大型企业（如港口码头）的控制系统将是一个功能多样而完善的通讯网络，不但具有控制信号的采集、传输、控制输出，还要具有故障报警、信息查询、打印输出、视频监控等功能。这样一个控制网络还必须具有与企业管理网络甚至国际互联网络相连的接口，以备将来实现整个企业内部的信息交互或远程诊断功能。基于这些要求，该工业过程控制系统采用双环容错光纤网络构成企业局域网的超干网，网络性能要求传输速率达到10Mbps。
       中控室PLC主站是系统控制站的信息处理中心。它的主要功能是将其它远程PLC从站采集到的数据进行处理与存储，并通过网络送到各操作员站或工程师站的显示屏上进行显示；接受操作员站或工程师站的操作指令进行处理后发送到PLC从站。
        PLC主站主要由2套互为热备份的S7-400H型PLC控制器组成，这是SIMATIC系列产品中性能高、可靠性好的一种PLC控制器。每个PLC控制器均设有1个PS407电源模块、一个CPU-416H中央处理器模块和一个CP443-1工业以太网通讯模块，它们安装在一个特殊紧凑的UR2-H机架上。这两个CPU模块上各插有Syne（同步）模块，并通过光缆相互连接，实现了2个PLC控制器的相互数据通讯。在系统运行过程中，2个PLC控制器能自动更新数据，确保数据的一致性。当某个PLC控制器出现故障时，另一个PLC控制器能自动在中断处接管后续所有信息处理工作，不会丢失任何数据，保证了系统正常运行及与上位中控室计算机的通讯。
中控室S7-400H型主站的2个CPU模块上各有1个PROFIBUS-DP通讯接口，它们通过光纤网络与远程PLC从站相连接；远程PLC选用S7-200，通过现场总线与现场分布式I/O进行单工通讯，对现场设备进行信号的处理与控制。分布式I/O采用SIEMENS的ET200S。ET200S系统具有较好的诊断功能。不仅模块上的状态和故障指示灯可提供当前运行状态信息，模块中的每个通道都能自动生成清晰的文本信息，这些信息，如传感器连线的短路或开路等故障信息，可通过PROFIBUS网络送到系统主站，在系统操作员或工程师站的显示屏上进行告警提示，以便及时处理。
        每个PLC主站通过CP443-1工业以太网通讯模块连接的双重容错高速工业以太网与操作员计算机和工程师计算机相连。这样冗余连接的网络拓扑结构，当系统某一网络通道发生故障时，能自动激活另一网络通道，以确保系统通讯的可靠性。PLC主站具有自诊断功能，系统在错误对过程产生影响前就可探测错误并发出警报。通过扩展的PROFIBUS-DP诊断功能可以对故障进行快速定位，诊断信息在总线上传输并由主站采集。
本地PLC主站与远程PLC从站之间以及各远程PLC从站之间的室外通讯电缆采用多模光纤电缆，这样不仅可预防雷击，具有可靠的抗静电、抗磁场干扰能力。选用先进的OLM/S4光链路转换器，各PLC控制器间形成环形的光纤网络，实现了室外通讯网络的容错设计，光纤中的任意一根出现故障时，网络通讯均不会中断，并能及时进行故障告警，tigao了系统网络通讯的可靠性。

5、结束语
       本方案技术先进，结构简单。S7-400与分布式I/OET200S功能强、体积小，控制柜内部结构简单，便于检查与维修。使用了PROFIBUS-DP现场总线，减少了电缆的铺设量，实现了数字通信，tigao了数据传送精度。所有部件在运行过程中都能热插拔，在更换CPU模块时，系统将自动更新为当前程序和数据，系统具有很好的联机维修功能。
        该控制网络系统以独立的、单体的、分散的测量与控制设备为网络节点，以现场总线为纽带，并把它们连接成为可以互相沟通信息，共同完成自动化控制任务的控制与网络系统。具备高度的实时性、安全性和可靠性，系统容错性能好。易于实现与信息网络的互联和集成，从而为管理信息网络系统和自动化控制网络系统的一体化集成奠定了基础。