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，總線結構為單主站、主從存取方式。報文結構具有參數(shù)數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)，前者用于改變調速器的參數(shù)，后者用于快速刷新調速器的過程數(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可以是主從結構:從站回應主站發(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)報文的結構如下:

    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動器，位0~4是驅動器總線地址。

    ●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，通用傳動裝置應設為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是設定電機速度的16位的區(qū)域。如4000H對應額定速度的100%

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

    3自由口設定

    3.1鉆機傳動系統(tǒng)設備配置

    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節(jié)絞車和泥漿泵的轉速，效率低下，耗能高，故障率高。隨著鉆機市場電驅動鉆機的推廣與普及，我國的鉆機經歷了購買二手舊鉆機，進口新鉆機到自主生產的過程，在此基礎上，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)字化的直流傳動設備，再到到高性能的具有通信功能的傳動設備;在鉆機實現(xiàn)自動化過程也經歷了由繼電器到開關量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)工況改寫驅動器的相關數(shù)據(jù)，這樣*的控制理論(模糊控制、神經網絡控制等)就很容易的通過上位機實現(xiàn)，從而控制交直流驅動器實現(xiàn)調速的智能化。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

    驅動器參數(shù)設定區(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)

    其中驅動器參數(shù)設定區(qū)主要完成從站數(shù)目(VB0)、每個從站LAE長度設定(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來完成設置，如:MOVB16#49，SMB30就將自由口0設為自由端口協(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)調用子程序功能

    (2)SBR0:系統(tǒng)初始化

    (3)SBR1:通訊中斷/事件調用(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，結束中斷。

    5變頻器設定[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，通信接口對應接口板CUVC上的X101端子10(RS485P)，11(RS-485N)，電機起停控制位P554.1=6100，其余控制位(停車方式、旋轉方向等)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