S7-200在天津无缝直流调速装置中的应用

1、14机架减径机工艺流程 天津无缝钢管厂140机组无缝生产线减径机选用14机架三辊微张力减径机， 它的两个主要效用是减径和改变壁厚，它采用了三辊式独立传动的机构，选用14台直流电机进行拖控。定减径采用14架单独转动的微张力定减径机组，可以在一定的急减径率和较小的单机架减径率条件下来达到定减径的作用，可以采用一种规格的管材生产多种规格的成品管，还可以使定减径后的钢管外表面光洁、无划痕等，进一步改善钢管的外表面质量。 电机参数： 额定功率：147KW，额定电压：440V，额定电流： 380A，电机转速：800-1600-2000r/min. 磁场电压：220V ， 励磁电流：25A。 为实现微张力无扭转轧制，要求系统响应快，动态速降小。由全数字直流调速装置6RA70组成的双闭环调速系统满足了本系统的需要。本文介绍通过S7-200的自由口通信端口与直流传动装置6RA70进行USS协议通信。系统网络图如图1所示。 图1 .网络结构图 2、西门子6RA70直流调速器简介 SIMOREG 6RA70系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于可调速直流电机电枢和励磁供电，装置额定电流范围为15至2000A，并可通过并联SIMOREG整流装置进行扩展。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限工作的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其它的任何外力，设备即可完成参数的设定。所有的控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现[1]。 SIMOREG 6RA70系列整流装置特点为体积小，结构紧凑。装置的门内装有一个电子箱，箱内装入调节板，电子箱内可装用于技术扩展和串行接口的附加板。各个单元很容易拆装使装置维修服务变得简单、易行。外部信号连接的开关量输入／输出，模拟量输入、输出，脉冲发生器等，通过插接端子排实现。装置软件存放闪存－EPPOM，使用基本装置的串行接口通过写入可以方便地更换[2]。 下列串行接口可供使用： （1）PMU X300插头是一个串行接口，此接口按RS232或RS485标准执行USS一协议，可用于连接选件操作面板0PIs或通过PC调试SMOVIS。 （2） 在主电子极端子上的串行接口，RS485双芯线或4芯线用于USS-通信协议或装置对装置连接 （3） 在端于扩充板选件端子上的串行接口，RS485双芯线或4芯线，用于USS-通信协议或装置对装置连接。 （4） 通过附加卡（选件）的PROFIBUS DP。 （5）经附加卡(选件)SIMOLINK与光纤电缆连接 在14机架减径机系统中，6RA70直流装置可实现以下功能： （1）通过PROFIBUS与其他装置进行通讯，实现远程在线数据采集、监控，实现上微机的控制，并通过通讯板（CBP）进行参数的设定，需要设定的参数是包括设定相应的地址，P918=1-14 （2）通过USS协议与S7-200进行通讯，实现本地控制。 （3）系统设定内控和外控，分别可以在本地和远程分别对直流装置进行操控。 （4）柜门上设定启动、停止、正转、反转、故障复位、急停、内控、外控等功能键。另外还有显示电枢电压、电枢电流、励磁电流、实际转速、八通道温度巡检。 3、S7-200中USS简介 数据发送与接收 CPU 224简介 USS是西门子公司为调速器开发的通讯协议，可支持调速器同PC或PLC之间建立通讯联接，常常适用于规模较小的自动化系统。这种系统结构有以下特点： （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、直流调速器都可采用USS协议作为通信链路。 （2）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。 （3）其通信介质采用RS485屏蔽双绞线，最远可达1000米，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。 （4）通讯速率较高，可达187.5Kbps。对于有十个调速器，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、速度给定、力矩给定等。具有极高的快速性与可靠性。 （6）西门子调速器的主机上大都提供USS接口，因此不需任何附加板，仅在上位机中插入一RS485通讯板，就可实现调速器数据的存取。所以采用USS，就能以低廉的成本实现一个小型的自动化系统。 在调速控制系统中，通讯技术的采用已经成为一种发展趋势。USS协议作为一种小型自动化系统的解决方案，已多次成功地在现场运用。 3.1 S7-200与6RA70装置的连接 （1）系统要求 安装MicroWin software（V3.2以上）以及 USS协议库（V2.0以上） PC/PPI电缆、S7-200（如CPU 226XM）、电源模块、通信电缆 6RA70驱动装置及一台PC机 （2）连接方式[3] 用串口电缆将S7-200PORT0端口与6RA70的PMU上X300、CUD1端子X172或CUD2端子X162相连 （注意：端口连接的规则，X300是3对3、8对8；CUD1端子X172是3对X172:58，8对X172:59;CUD2端子X162是3对X162:63，8对X162:64） 图2 USS协议初始化设定 如图2为使用USS协议的初始化模块初始化S7-200的PORT0端口，二进制值2#1000 0000 0000表示要初始化USS地址11的6RA70驱动装置，波特率为9600，此波特率值要与PC/PPI电缆的设置相同；此外我们还需要在6RA70装置上设置相应的参数。 （3）基本参数设置 参数 USS1(PMU:X300) USS2(CUD1:X172) USS3（CUD2:X162） P780=2 P790=2 P800=2 P787=0 P797=0 P807=0 P786=11 P796=11 P806=11 P783=6 P793=6 P803=6 P781=2 P791=2 P801=2 P782=127 P792=127 P802=127 P927 P927=6 P927=42 P927=82 P785.1=1 P795.1=1 P805.1=1 P785.2=0 P795.2=0 P805.2=0 P644=2002 P644=6002 P644=9002 P661=2100 P661=6100 P661=9100 表1. 6RA70装置中通信参数设置 （4）程序实现及注意事项 根据检测元件返回的电机实际电流值，先在S7-200中判断电机是否过流，利用S7-200的自由通信端口与6RA70的实时通信，来改变6RA70装置中电流限幅值，达到控制电机电枢电流目的。如果电机不过流，正常保持6RA70装置中电流限幅值的80%，如果电机过流，则改变6RA70装置中电流限幅的值为100%，如果通信反馈回的电机转速实际值很低而且有电机继续过流，则判断电机机械堵转，此时则通过通信方式封锁6RA70装置，系统停机并报警。 在程序实现过程中要注意以下几点： a) USS 主站（PLC）与USS 从站（传动装置）之间的通讯是异步方式的，负责与传动装置通讯的工作程序应采用后台工作方式，如何发送接收数据应与控制逻辑无关。用户程序通过改变USS 报文中的STW 及HSW 的值，来控制变频器的启停及改变设定频率值。 　　 b) 利用发送指令（如XMT，P_SEND，P_SND_RK）发送USS 报文至传动装置，利用接收指令（如RCV，P_RCV，P_RCV_RK）接收变频器返回的USS 报文。同一时刻，只能有一个发送指令或接收指令被激活。 　　 c) USS 通讯程序包括通讯端口初始化子程序、 BCC 校验码计算子程序、数据发送子程序、数据接收子程序、通讯超时响应子程序、通讯流程控制子程序等。可采用中断响应的方式，也可用查询相应标志位的方式来实现。 　　 d) 设立发送接收数据缓存区与映像区，用户应通过改变映像区的USS 发送报文值来控制传动装置，或通过读取映像区USS 接收报文中的状态值来判断传动装置的当前状态。以防止因干扰而接收到错误数据而使PLC 做出错误的判断和控制。 4、结论： 本文将S7-200中的USS协议应用在西门子6RA70装置中，实现了两者的通讯。本套系统在天津无缝钢管厂14机架减径区已投入生产，经生产实践证明运行稳定，工作可靠，充分满足了生产过程的需要。 参考文献： [1] 西门子电气传动公司编.6RA70系列全数字直流调速装置使用说明书.2000 [2] 西门子电气传动公司编.SIMORGE全数字直流调速装置样本DA21.2000 [3] 西门子电气传动公司编.SIMATIC S7-200系统手册。2004，09 作者简介： 第一作者名：张晋强 出生年月日：1981.04.10 性别： 男 职称：工程师 职务： 最高学历：硕士研究生 研究方向：电力电子与电力传动 现住地址：太原科技大学研究生公寓 联系地址：山西省太原市高新区创业街19号方大创业园6号楼702室 电话：13509711600 Email：zjq2008xx@yahoo.com.cn