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數字化的信息傳遞，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量，原系統(tǒng)中需要20芯控制電纜一般在4根以上，現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據需刷新的系統(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。報文結構具有參數數據與過程數據，前者用于改變調速器的參數，后者用于快速刷新調速器的過程數據，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

    所有數據報文都由14個字節(jié)組成，是標準的異步報文格式:1個起始位，8個數據位，一個偶校驗位和一個停止位。數據報文的結構如下:

    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。

    ●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讀寫，定義如下:位0~10為參數號，位12~15為參數讀寫控制，如2038H，2代表讀參數，38H表示十進制ID為56的參數。

    ●VALVAL是16位的區(qū)域，通過讀寫參數命令將參數值寫到對應的參數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，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據和并根據工況改寫驅動器的相關數據，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，從而控制交直流驅動器實現調速的智能化。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自由口用戶數據存儲器[3]

    在USS協(xié)議中，用戶數據存儲器分配如附表:

    附表

    驅動器參數設定區(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)數據區(qū)VB4022-VB4095共74個字節(jié)

    其中驅動器參數設定區(qū)主要完成從站數目(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用戶數據區(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)位表示數據發(fā)送狀態(tài)，在該系統(tǒng)中發(fā)送/接收首地址設為VB2000，用戶數據區(qū)以循環(huán)方式傳送數據時分配如下:

    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)送數據時地址如下:

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

    定義完數據區(qū)后，就可以根據每個地址的功能，在PLC編程時寫入相應的控制字就可以完成控制功能。

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可編程自動化控制器（PAC）作為新一代的工業(yè)控制器，代表著可編程自動化控制發(fā)展的未來。在可以預見的幾年內，對標準性、開放性、可互操作性、可移植性的要求將是用戶至為關心的自動化產品的重要特征，作為融匯了PC和PLC優(yōu)點的PAC系統(tǒng)必將逐步取代PLC系統(tǒng)成為控制系統(tǒng)的主流產品，在工業(yè)自動化控制中的應用將會越來越廣泛。

PLC的性能倚賴于的硬件，PLC的應用程序是依靠的硬件芯片來實現的，對于PLC的功能的改進，如增加運動控制、過程控制或通訊功能，都需要使用不同的硬件。即使對于同一PLC廠家，這種的硬件很難移植到不同性能的PLC中。而且傳統(tǒng)的PLC廠家的硬件結構體系都是專有的設計，甚至于處理器芯片都是的，這樣就導致了隨著PLC功能需求的不斷提高，PLC的硬件體系變得越來越復雜。而且，由于硬件的非通用性會導致系統(tǒng)的功能前景和開放性受到很大的限制。另外，PLC 的操作系統(tǒng)通常都是各PLC廠家的操作系統(tǒng)，與目前流行的實時操作系統(tǒng)不兼容。由于是的操作系統(tǒng)，其實時可靠性與功能都無法與通用的實時操作系統(tǒng)相比，這就導致了PLC的整體性能的性和封閉性。

PAC的輕便控制引擎是非常杰出的。PAC設計了一個通用的、軟件形式的控制引擎用于應用程序的執(zhí)行，控制引擎在實時操作系統(tǒng)與應用程序之間，這個控制引擎與硬件平臺無關，可以在不同平臺的PAC系統(tǒng)間移植。因此對于用戶來說，同樣的應用程序不需根據系統(tǒng)的功能需求和投資預算選擇不同性能的PAC平臺。這樣，根據用戶需要的迅速擴展和變化，用戶的系統(tǒng)和程序無需變化，即可無縫移植。PAC的操作系統(tǒng)采用通用的實時操作系統(tǒng)，如GE Fanuc的PACSystems系列產品即采用通用的、成熟的WindRiver公司的VxWorks實時操作系統(tǒng)，其可靠性已經得到 大量的應用的證實。PAC系統(tǒng)的硬件結構采用標準的，通用的嵌入式系統(tǒng)結構設計，這樣其處理器可以使高性能CPU，如GE Fanuc的PACSystems 系列產品的CPU 即采用了Pentium300/700MHz 處理器，而且即將推出PentiumM 處理器的CPU。

PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 
PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現復雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。
輸入采樣在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
用戶程序執(zhí)行在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
輸出刷新當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結果有所區(qū)別。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。