西门子模块6ES7221-1BH22-0XA8当天发货
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。在工业控制中，交流电机的拖动越来越多的采用变频器完成，不仅作为一个单独的执行机构，而是随着不断的智能化，同远程计算机之间可以通过各种通讯方式结合成一个有机的整体。在实际工程实施时，变频器的启动、停止、方向、告警、故障指示以及故障复位等控制通常为端子排开关信号控制方式，速度控制采用模拟量给定值控制方式来完成。由于变频器的输出端会产生强烈的干扰信号，控制器有时会造成误动作的情况。当控制距离遥远时，还存在敷线工程量过大的问题。随着现场总线的底层控制网络的发展，变频器生产厂家推出了具有数据通信功能的产品，采用RS-485通信接口用于系统配置和监控是一种低成本的连接方案。
2 西门子变频器的USS控制协议
2.1 USS协议的特点
USS是西门子公司为变频器开发的通信协议，可以支持变频器同PC或PLC之间建立通信连接，常适合于规模较小的自动化系统。它以主从方式构成工业监控网站，在网络内有一个主站，1～31个从站，各站点有唯一的标识码识别。
这种结构的特点是:用单一的、完全集成的系统来解决自动化问题。所有的西门子变频器都可以采用USS协议作为通信链路。数字化的信息传递，提高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。通信介质采用RS-485屏蔽双绞线，远可达1000m，因此可有效地减少电缆的数量，从而可以大大减少开发和工程费用，并极大地降低客户的启动和维护成本;通信效率较高，可达187.5kbit/s。对于有10个调速器，每个调速器有6个过程数据需刷新的系统，PLC的典型扫描周期为几百毫秒，采用与PROFIBUS相似的操作模式，总线结构为单位站、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、速度给定、力矩给定等。具有极高的快速性和可靠性。利用西门子变频器的主机上提供的USS接口，仅在终端机中插入一RS-485通信板，就可实现变频器的全部远程控制。
2.2 USS协议的通信数据格式
USS协议的通信字符格式为一位起始位、一位停止位、一位偶校验位和八位数据位。数据报文大长度位256个字节，包括3字节的头部、1字节的校验码和主数据块，数据块按照字的方式组织，高字节在前。通信数据报文格式如表1所示。
表1 USS协议的通信数据报文格式
表中:STX—起始字符，为02Hex;LGE—报文长度，为n+2，3≤n≤254;ADR—从站地址码，其中bit0～bit4表示从站地址，bit5为1表示广播发送，bit6为1表示镜像发送，用于网络测试，bit7为1表示特殊报文;BCC—校验字符，为从STX开始所有字节的异或和。
在一帧内完成过程控制数据的同时，可以通过指定参数号完成设备控制参数的读写。数据快由参数值域(PKW)和过程数据域(PZD)组成，二者均为变长数据，其格式如表2所示。
表2 数据快的格式
表中:PKW域—参数值域，由参数识别码、子参数号和参数值构成，参数个数可根据设备的定义值大可有124个字;PZD域—过程控制数据域，包括控制字/状态字，设定值/实际值，多16个字;PKE参数识别码;IND用来指定某些数组型设备参数的子参数号。
对于SIEMENS的MMV/MDV变频器，协议有所简化:
IND固定为0;PKW为3字格式，即只有PWE1;PZD域的PZD1是控制字/状态字，用来设置和监测变频器的工作状态;PZD域的PZD2设定频率。
3 PLC控制变频器的程序设计
PLC通讯程序采用子程序方式编制，主控程序对变频器的控制通过调用有关子程序发送命令完成。数据接受由后台中断程序完成。发送命令子程序将变频器目标速度值和命令参数加工为USS协议格式，发送出去，并设置发送标志，复位接受完成标志，并开允许接受中断和定时中断。
当变频器发送响应报文时，激活后台中断程序接受变频器的状态值和当前速度值，存入接受缓冲区，并复位发送标志，设置接受完成标志。
3.1 主控程序
按照采样时间间隔，主控程序根据发送标志和接受完成标志，检查变频器接受缓冲区内容，并进行相应的处理。通讯程序由通信口初始化、运行、停止、速度设定等5个子程序和一系列中断服务子程序构成，主控程序的流程如图1所示。
1 引言
在国内，小水电综合自动化正日益得到重视，因为传统落后的控制方式使每个小水电都不得不依靠值班人员在现场运行，不仅浪费人力物力资源,而且不利于小水电的大量开发。本控制装置是专门为中小型水轮发电机组自动控制而设计的。这一系统充分考虑了我国目前小型水电站操作的特点，替代原继电接触器控制系统，已在我院模拟电站运行良好。下面以混流式机组为例，机组配用T-100型调速器，简要说明用PLC实现水轮机组自动控制的过程。
2 设备工艺特点及控制要求
2.1 电站的自动控制工程内容
(1) 发出命令脉冲以后，机组的起动、并网、调节负荷、停机，发电转为调相运行及调相转发电运行等操作，都需自动完成;
(2) 能自动保持机组的正常工作条件，如速度调整和励磁调整，轴承的润滑和冷却，调相的压水等等;
(3) 水轮机前闸门及机组附属设备和公共设备的自动操作;
(4) 机组发生事故时，自动停机并将机组从系统中切除;当机组发生不正常状态时，自动发出报警信号，并采取预定的措施以恢复正常工作。
2.2 机组控制流程
机组的自动控制包括机组润滑系统、冷却系统、制动系统及调相压水系统的自动控制，机组的启动、停机，机组由调相转发电、由发电转调相等工况的转换，机组的保护与信号等。
下面分别给出机组起动、停止、发电转调相操作程序框图，如图1、2、3所示。
图1 机组起动操作程序框图
图2 机组正常停机操作程序流程图
图3 机组由发电转调相操作程序流程图
3 系统设计
3.1 硬件设计
(1) 输入和输出点分配及辅助继电器M的安排见附表所示。
附表 输入和输出点分配及主要辅助继电器M的安排表
根据I/O的使用点数，并考虑将来的发展需要，确定采用三菱FX2N-128MR型PLC。
(2) PLC接线图
对于PLC接线，见图4。PLC的输入点一律用常开触头，负载统一采用110V直流电源。调相水位信号装置41DSX及导水叶剪断销信号装置41JDX需另接220V交流电源(此部分电路略)，将其接点接入PLC的输入点。取消频差继电器CLJ的比较回路，其接点用开关模拟替代。
图4 PLC接线图
3.2 程序设计
梯形图程序如图5所示。
图5 梯形图(a)
图5 梯形图(b)
图5 梯形图(c)
4 结束语
PLC用于模拟小型水电站水轮机组自动控制系统运行以来，其性能比原来的继电接触器式控制优越得多。同时由于操作方便，安全可靠，各种信号显示直观，故障率大大降低，几乎实现了控制系统lingguzhang。该装置有良好的开拓市场。
