摘要： 本文介紹了S7-200在天津無縫140機(jī)組減徑機(jī)直流調(diào)速裝置中的應(yīng)用，系統(tǒng)以西門子6RA70為驅(qū)動裝置，根據(jù)USS協(xié)議，實現(xiàn)PLC與6RA70裝置的通訊。在軋管機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用后運行穩(wěn)定，工作可靠，節(jié)電率高，充分滿足了生產(chǎn)過程的需要。 關(guān)鍵字：S7-200；6RA70；USS協(xié)議；減徑機(jī) Abstract: The paper introduces the technological process of reducing sizing mill in Tianjin seamless steel pipe plant 140 unit production line. By using Siemens 6RA70 converter as drive device,,according to USS Protocol ,the system realizes the communication between PLC and 6RA70. The control system of reducing sizing mill achieves a high precision and stability ,saves the power highly ,and meets the requirement of the process sufficiently. Keywords: S7-200; 6RA70 ;USS Protocol；reducing sizing mill 1、14機(jī)架減徑機(jī)工藝流程 天津無縫鋼管廠140機(jī)組無縫生產(chǎn)線減徑機(jī)選用14機(jī)架三輥微張力減徑機(jī)， 它的兩個主要效用是減徑和改變壁厚，它采用了三輥式獨立傳動的機(jī)構(gòu)，選用14臺直流電機(jī)進(jìn)行拖控。定減徑采用14架單獨轉(zhuǎn)動的微張力定減徑機(jī)組，可以在一定的急減徑率和較小的單機(jī)架減徑率條件下來達(dá)到定減徑的作用，可以采用一種規(guī)格的管材生產(chǎn)多種規(guī)格的成品管，還可以使定減徑后的鋼管外表面光潔、無劃痕等，進(jìn)一步改善鋼管的外表面質(zhì)量。 電機(jī)參數(shù)： 額定功率：147KW，額定電壓：440V，額定電流： 380A，電機(jī)轉(zhuǎn)速：800-1600-2000r/min. 磁場電壓：220V ， 勵磁電流：25A。 為實現(xiàn)微張力無扭轉(zhuǎn)軋制，要求系統(tǒng)響應(yīng)快，動態(tài)速降小。由全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA70組成的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足了本系統(tǒng)的需要。本文介紹通過S7-200的自由口通信端口與直流傳動裝置6RA70進(jìn)行USS協(xié)議通信。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖[/align] 2、西門子6RA70直流調(diào)速器簡介 SIMOREG 6RA70系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，用于可調(diào)速直流電機(jī)電樞和勵磁供電，裝置額定電流范圍為15至2000A，并可通過并聯(lián)SIMOREG整流裝置進(jìn)行擴(kuò)展。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，可選擇單象限或四象限工作的裝置，裝置本身帶有參數(shù)設(shè)定單元，不需要其它的任何外力，設(shè)備即可完成參數(shù)的設(shè)定。所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微處理器來實現(xiàn)[1]。 SIMOREG 6RA70系列整流裝置特點為體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。裝置的門內(nèi)裝有一個電子箱，箱內(nèi)裝入調(diào)節(jié)板，電子箱內(nèi)可裝用于技術(shù)擴(kuò)展和串行接口的附加板。各個單元很容易拆裝使裝置維修服務(wù)變得簡單、易行。外部信號連接的開關(guān)量輸入／輸出，模擬量輸入、輸出，脈沖發(fā)生器等，通過插接端子排實現(xiàn)。裝置軟件存放閃存－EPPOM，使用基本裝置的串行接口通過寫入可以方便地更換[2]。 下列串行接口可供使用： （1）PMU X300插頭是一個串行接口，此接口按RS232或RS485標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行USS一協(xié)議，可用于連接選件操作面板0PIs或通過PC調(diào)試SMOVIS。 （2） 在主電子極端子上的串行接口，RS485雙芯線或4芯線用于USS-通信協(xié)議或裝置對裝置連接 （3） 在端于擴(kuò)充板選件端子上的串行接口，RS485雙芯線或4芯線，用于USS-通信協(xié)議或裝置對裝置連接。 （4） 通過附加卡（選件）的PROFIBUS DP。 （5）經(jīng)附加卡（選件）SIMOLINK與光纖電纜連接 在14機(jī)架減徑機(jī)系統(tǒng)中，6RA70直流裝置可實現(xiàn)以下功能： （1）通過PROFIBUS與其他裝置進(jìn)行通訊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，實現(xiàn)上微機(jī)的控制，并通過通訊板（CBP）進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，需要設(shè)定的參數(shù)是包括設(shè)定相應(yīng)的地址，P918=1-14 （2）通過USS協(xié)議與S7-200進(jìn)行通訊，實現(xiàn)本地控制。 （3）系統(tǒng)設(shè)定內(nèi)控和外控，分別可以在本地和遠(yuǎn)程分別對直流裝置進(jìn)行操控。 （4）柜門上設(shè)定啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、故障復(fù)位、急停、內(nèi)控、外控等功能鍵。另外還有顯示電樞電壓、電樞電流、勵磁電流、實際轉(zhuǎn)速、八通道溫度巡檢。 3、S7-200中USS簡介 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收 CPU 224簡介 USS是西門子公司為調(diào)速器開發(fā)的通訊協(xié)議，可支持調(diào)速器同PC或PLC之間建立通訊聯(lián)接，常常適用于規(guī)模較小的自動化系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有以下特點： （1） 用單一的、完全集成的系統(tǒng)來解決自動化問題。所有的西門子交、直流調(diào)速器都可采用USS協(xié)議作為通信鏈路。 （2）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RS485屏蔽雙絞線，最遠(yuǎn)可達(dá)1000米，因此可有效地減少電纜的數(shù)量，從而可以大大減少開發(fā)和工程費用，并極大地降低客戶的啟動和維護(hù)成本。 （4）通訊速率較高，可達(dá)187.5Kbps。對于有十個調(diào)速器，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、速度給定、力矩給定等。具有極高的快速性與可靠性。 （6）西門子調(diào)速器的主機(jī)上大都提供USS接口，因此不需任何附加板，僅在上位機(jī)中插入一RS485通訊板，就可實現(xiàn)調(diào)速器數(shù)據(jù)的存取。所以采用USS，就能以低廉的成本實現(xiàn)一個小型的自動化系統(tǒng)。 在調(diào)速控制系統(tǒng)中，通訊技術(shù)的采用已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。USS協(xié)議作為一種小型自動化系統(tǒng)的解決方案，已多次成功地在現(xiàn)場運用。 3.1 S7-200與6RA70裝置的連接 （1）系統(tǒng)要求 安裝MicroWin software（V3.2以上）以及 USS協(xié)議庫（V2.0以上） PC/PPI電纜、S7-200（如CPU 226XM）、電源模塊、通信電纜 6RA70驅(qū)動裝置及一臺PC機(jī) （2）連接方式[3] 用串口電纜將S7-200PORT0端口與6RA70的PMU上X300、CUD1端子X172或CUD2端子X162相連 （注意：端口連接的規(guī)則，X300是3對3、8對8；CUD1端子X172是3對X172:58，8對X172:59;CUD2端子X162是3對X162:63，8對X162:64） [align=center] 圖2 USS協(xié)議初始化設(shè)定[/align] 如圖2為使用USS協(xié)議的初始化模塊初始化S7-200的PORT0端口，二進(jìn)制值2#1000 0000 0000表示要初始化USS地址11的6RA70驅(qū)動裝置，波特率為9600，此波特率值要與PC/PPI電纜的設(shè)置相同；此外我們還需要在6RA70裝置上設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。 （3）基本參數(shù)設(shè)置 [align=center]表1. 6RA70裝置中通信參數(shù)設(shè)置 [/align] （4）程序?qū)崿F(xiàn)及注意事項 根據(jù)檢測元件返回的電機(jī)實際電流值，先在S7-200中判斷電機(jī)是否過流，利用S7-200的自由通信端口與6RA70的實時通信，來改變6RA70裝置中電流限幅值，達(dá)到控制電機(jī)電樞電流目的。如果電機(jī)不過流，正常保持6RA70裝置中電流限幅值的80%，如果電機(jī)過流，則改變6RA70裝置中電流限幅的值為100%，如果通信反饋回的電機(jī)轉(zhuǎn)速實際值很低而且有電機(jī)繼續(xù)過流，則判斷電機(jī)機(jī)械堵轉(zhuǎn)，此時則通過通信方式封鎖6RA70裝置，系統(tǒng)停機(jī)并報警。 在程序?qū)崿F(xiàn)過程中要注意以下幾點： a） USS 主站（PLC）與USS 從站（傳動裝置）之間的通訊是異步方式的，負(fù)責(zé)與傳動裝置通訊的工作程序應(yīng)采用后臺工作方式，如何發(fā)送接收數(shù)據(jù)應(yīng)與控制邏輯無關(guān)。用戶程序通過改變USS 報文中的STW 及HSW 的值，來控制變頻器的啟停及改變設(shè)定頻率值。 b） 利用發(fā)送指令（如XMT，P_SEND，P_SND_RK）發(fā)送USS 報文至傳動裝置，利用接收指令（如RCV，P_RCV，P_RCV_RK）接收變頻器返回的USS 報文。同一時刻，只能有一個發(fā)送指令或接收指令被激活。 c） USS 通訊程序包括通訊端口初始化子程序、 BCC 校驗碼計算子程序、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序、數(shù)據(jù)接收子程序、通訊超時響應(yīng)子程序、通訊流程控制子程序等?？刹捎弥袛囗憫?yīng)的方式，也可用查詢相應(yīng)標(biāo)志位的方式來實現(xiàn)。 d） 設(shè)立發(fā)送接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)與映像區(qū)，用戶應(yīng)通過改變映像區(qū)的USS 發(fā)送報文值來控制傳動裝置，或通過讀取映像區(qū)USS 接收報文中的狀態(tài)值來判斷傳動裝置的當(dāng)前狀態(tài)。以防止因干擾而接收到錯誤數(shù)據(jù)而使PLC 做出錯誤的判斷和控制。 4、結(jié)論： 本文將S7-200中的USS協(xié)議應(yīng)用在西門子6RA70裝置中，實現(xiàn)了兩者的通訊。本套系統(tǒng)在天津無縫鋼管廠14機(jī)架減徑區(qū)已投入生產(chǎn)，經(jīng)生產(chǎn)實踐證明運行穩(wěn)定，工作可靠，充分滿足了生產(chǎn)過程的需要。 參考文獻(xiàn)： [1] 西門子電氣傳動公司編.6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置使用說明書.2000 [2] 西門子電氣傳動公司編.SIMORGE全數(shù)字直流調(diào)速裝置樣本DA21.2000 [3] 西門子電氣傳動公司編.SIMATIC S7-200系統(tǒng)手冊。2004，09 作者簡介： 第一作者名：張晉強 出生年月日：1981.04.10 性別：男 職稱：工程師 最高學(xué)歷：碩士研究生 研究方向：電力電子與電力傳動 現(xiàn)住地址：太原科技大學(xué)研究生公寓 聯(lián)系地址：山西省太原市高新區(qū)創(chuàng)業(yè)街19號方大創(chuàng)業(yè)園6號樓702室 電話：13509711600 Email：zjq2008xx@yahoo.com.cn