西門子模塊1FL6044-1AF61-2LA1

1 引言
工業(yè)控制已從單機(jī)控制走向集中監(jiān)控、集散控制，如今已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)集約制造時(shí)代。工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通訊約規(guī)。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為主流的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一。他為符合Modbus協(xié)議的不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

2 Modbus RTU協(xié)議在S7-200中的應(yīng)用原理
2.1 Modbus RTU協(xié)議與S7-200相互關(guān)系簡(jiǎn)介
S7-200 CPU上的通訊口Port0可以支持Modbus RTU協(xié)議，成為Modbus RTU從站。此功能是通過(guò)S7-200的自由口通訊模式實(shí)現(xiàn)，因此可以通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)電臺(tái)等慢速通訊設(shè)備傳輸。
如果想在S7-200 CPU與其他支持Modbus RTU的設(shè)備使用Modbus RTU協(xié)議通訊，需要由有S7-200 CPU做Modbus主站。S7-200 CPU做主站必須由用戶自己用自由口模式，按相關(guān)協(xié)議編程。
在S7-200控制系統(tǒng)應(yīng)用中，Modbus RTU從站指令庫(kù)只支持CPU上的通訊0口(Port0)。要實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊，需要Step7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的編程軟件，而且須安裝Step7-Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫(kù))。Modbus RTU功能是通過(guò)指令庫(kù)中預(yù)先編好的程序功能塊實(shí)現(xiàn)的。
2.2 Modbus RTU協(xié)議在S7-200中應(yīng)用的基本過(guò)程
(1) 首先檢查S7-200控制系統(tǒng)中所用Micro/WIN的軟件版本，應(yīng)當(dāng)是Step7-Micro/WIN V3.2以上版本。
(2) 檢查Micro/WIN的指令樹中是否存在Modbus RTU從站指令庫(kù)(圖1)，庫(kù)中應(yīng)當(dāng)包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE兩個(gè)子程序

調(diào)用MODBUS通訊指令庫(kù)
圖2中參數(shù)意義如下:
●模式選擇:啟動(dòng)/停止MODBUS，1=啟動(dòng);0=停止;
● 從站地址:MODBUS從站地址，取值1~247;
● 波特率:可選1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600;
● 奇偶校驗(yàn):0=無(wú)校驗(yàn);1=奇校驗(yàn);2=偶校驗(yàn);
● 延時(shí):附加字符間延時(shí)，缺省值為0;
●最大I/Q位:參與通訊的最大I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200的I/O映像區(qū)為128/128，缺省值為128;
●最大AI字?jǐn)?shù):參與通訊的最大AI通道數(shù)，可為16或32;
●最大保持寄存器區(qū):參與通訊的V存儲(chǔ)區(qū)字(VW);
● 保持寄存器區(qū)起始地址:以&VBx指定(間接尋址方式);
● 初始化完成標(biāo)志:成功初始化后置1;
● 錯(cuò)誤代碼:0=無(wú)錯(cuò)誤。
(4) 注意的問(wèn)題
調(diào)用Step7-Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫(kù))需要分配庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)(Library Memory)。庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)是相應(yīng)庫(kù)的子程序和中斷程序所要用到的變量存儲(chǔ)空間。如果在編程時(shí)不分配庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)，編譯時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多相同的錯(cuò)誤。
由子程序參數(shù)HoldStart和MaxHold指定的保持寄存器區(qū)，是在S7-200 CPU的V數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中分配，此數(shù)據(jù)區(qū)不能和庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)有任何重疊，否則在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，不能正常通訊。注意Modbus 中的保持寄存器區(qū)按“字”尋址，即MaxHold規(guī)定的是VW而不是VB的個(gè)數(shù)。

3 Modbus RTU協(xié)議測(cè)試
包含Modbus RTU從站指令庫(kù)的項(xiàng)目編譯、下載到CPU中后，在編程計(jì)算機(jī)(PG/PC)上運(yùn)行一些Modbus測(cè)試軟件可以檢驗(yàn)S7-200的Modbus RTU通訊是否正常，這對(duì)查找故障點(diǎn)很有用。測(cè)試軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)串口(RS-232)和PC/PPI電纜連接CPU。
(以ModScan32測(cè)試軟件為例作以檢測(cè)說(shuō)明)

1 引言
計(jì)算機(jī)及通訊技術(shù)已成為工業(yè)環(huán)境中大部分解決方案的核心部分，其在系統(tǒng)中的比重正在迅速增加。在一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，交、直流調(diào)速器不僅僅作為一個(gè)單獨(dú)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是隨著其不斷的智能化，它們相互之間及同控制系統(tǒng)之間可以通過(guò)各種通訊方式結(jié)合成一個(gè)有機(jī)的整體。西門子變頻器USS自由口通信以其通信質(zhì)量高、廉在自動(dòng)化系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文以USS自由口通信在石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用為例，對(duì)自由口使用的地址分配，通信程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)行了較詳細(xì)的分析，該思路不僅用于PLC來(lái)保證通信質(zhì)量，對(duì)于用高級(jí)語(yǔ)言在PC實(shí)現(xiàn)的通信程序編制、提高通信的可靠性都具有一定的借鑒意義。

2 USS通信
2.1 USS概況
西門子交、直流調(diào)速器采用的USS通訊協(xié)議是西門子公司為傳動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)的通訊協(xié)議，可支持交直流驅(qū)動(dòng)器同PC或PLC之間建立通訊聯(lián)接，適用于規(guī)模較小的自動(dòng)化系統(tǒng)。有以下特點(diǎn):
(1) 用單一的、完全集成的系統(tǒng)來(lái)解決自動(dòng)化問(wèn)題。所有的西門子交、直流驅(qū)動(dòng)器都可采用USS協(xié)議作為通信鏈路，原先的驅(qū)動(dòng)器間是孤立的，僅有極少量通過(guò)硬件電路反饋信號(hào)。
(2) 數(shù)字化的信息傳遞，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平及運(yùn)行的可靠性，解決了模擬信號(hào)傳輸所引起的干擾及漂移問(wèn)題。
(3) 其通信介質(zhì)采用RS-485屏蔽雙絞線，最遠(yuǎn)可達(dá)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(fèi)用，提高可靠性。
(4) 通訊速率較高，可達(dá)187.5kbps。對(duì)于有5個(gè)變頻器，每個(gè)調(diào)速器有六個(gè)過(guò)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(bào)文結(jié)構(gòu)具有參數(shù)數(shù)據(jù)與過(guò)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(guò)程數(shù)據(jù)，如啟動(dòng)停止、邏輯鎖定、速度給定、力矩給定等。具有極高的快速性與可靠性。
2.2 西門子USS通信協(xié)議 [1]
(1) 協(xié)議概況
●Siemens驅(qū)動(dòng)器所定義的USS協(xié)議，是Profibus通信協(xié)議的簡(jiǎn)化，通過(guò)其總線可以連接31個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸速率可以達(dá)到19.2k比特率，通過(guò)主站(PC、PLC)進(jìn)行控制。
●USS總線上的每個(gè)傳動(dòng)裝置都有一個(gè)站號(hào)，主站通過(guò)它識(shí)別每個(gè)傳動(dòng)裝置。
●USS可以是主從結(jié)構(gòu):從站回應(yīng)主站發(fā)來(lái)的報(bào)文并發(fā)送報(bào)文。也可以是廣播通訊方式:報(bào)文同時(shí)發(fā)送給所有的傳動(dòng)裝置。
(2) 協(xié)議說(shuō)明
所有數(shù)據(jù)報(bào)文都由14個(gè)字節(jié)組成，是標(biāo)準(zhǔn)的異步報(bào)文格式:1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位。數(shù)據(jù)報(bào)文的結(jié)構(gòu)如下:
主站到從站的報(bào)文格式:

3 自由口設(shè)定
3.1 鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備配置
多年來(lái)，我國(guó)鉆機(jī)市場(chǎng)一直以機(jī)械鉆機(jī)為主，通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)帶動(dòng)變速齒輪箱來(lái)調(diào)節(jié)絞車和泥漿泵的轉(zhuǎn)速，效率低下，耗能高，故障率高。隨著國(guó)際鉆機(jī)市場(chǎng)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的推廣與普及，我國(guó)的鉆機(jī)經(jīng)歷了購(gòu)買二手舊鉆機(jī)，進(jìn)口新鉆機(jī)到自主生產(chǎn)的過(guò)程，在此基礎(chǔ)上，鉆機(jī)也進(jìn)行了一次大的更新，從模擬電路控制直流傳動(dòng)到數(shù)字化的直流傳動(dòng)設(shè)備，再到到高性能的具有通信功能的傳動(dòng)設(shè)備;在鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過(guò)程也經(jīng)歷了由繼電器到開關(guān)量PLC再到高性能PLC(模擬量+總線通訊)的過(guò)程，現(xiàn)階段鉆機(jī)設(shè)備配置以高性能PLC控制為主，通過(guò)通訊功能讀取數(shù)據(jù)和并根據(jù)工況改寫驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)數(shù)據(jù)，這樣先進(jìn)的控制理論(模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等)就很的通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，從而控制交直流驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)調(diào)速的智能化。該系統(tǒng)通過(guò)S7-200 CPU226作為主站，五臺(tái)6SE71系列變頻器作為從站，其中650kW的變頻器帶動(dòng)絞車/鉆機(jī)，500kW的變頻器兩兩同步工作