關鍵字：S7-200；6RA70；USS協議；減徑機
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機架減徑機工藝流程
天津無縫鋼管廠140機組無縫生產線減徑機選用14機架三輥微張力減徑機， 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構，選用14臺直流電機進行拖控。定減徑采用14架單獨轉動的微張力定減徑機組，可以在一定的急減徑率和較小的單機架減徑率條件下來達到定減徑的作用，可以采用一種規格的管材生產多種規格的成品管，還可以使定減徑后的鋼管外表面光潔、無劃痕等，進一步改善鋼管的外表面質量。
電機參數：
額定功率：147KW，額定電壓：440V，額定電流： 380A，電機轉速：800-1600-2000r/min.
磁場電壓：220V ， 勵磁電流：25A。
為實現微張力無扭轉軋制，要求系統響應快，動態速降小。由全數字直流調速裝置6RA70組成的雙閉環調速系統滿足了本系統的需要。本文介紹通過S7-200的自由口通信端口與直流傳動裝置6RA70進行USS協議通信。系統網絡圖如圖1所示。
圖1 網絡結構圖
2、西門子6RA70直流調速器簡介
SIMOREG 6RA70系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數字控制裝置，其結構緊湊，用于可調速直流電機電樞和勵磁供電，裝置額定電流范圍為15至2000A，并可通過并聯SIMOREG整流裝置進行擴展。根據不同的應用場合，可選擇單象限或四象限工作的裝置，裝置本身帶有參數設定單元，不需要其它的任何外力，設備即可完成參數的設定。所有的控制、調節、監視及附加功能都由微處理器來實現[1]。
SIMOREG 6RA70系列整流裝置特點為體積小，結構緊湊。裝置的門內裝有一個電子箱，箱內裝入調節板，電子箱內可裝用于技術擴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變得簡單、易行。外部信號連接的開關量輸入／輸出，模擬量輸入、輸出，脈沖發生器等，通過插接端子排實現。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標準執行USS一協議，可用于連接選件操作面板0PIs或通過PC調試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-通信協議或裝置對裝置連接
（3） 在端于擴充板選件端子上的串行接口，RS485雙芯線或4芯線，用于USS-通信協議或裝置對裝置連接。
（4） 通過附加卡（選件）的PROFIBUS DP。
（5）經附加卡（選件）SIMObbbb與光纖電纜連接
在14機架減徑機系統中，6RA70直流裝置可實現以下功能：
（1）通過PROFIBUS與其他裝置進行通訊，實現遠程在線數據采集、監控，實現上微機的控制，并通過通訊板（CBP）進行參數的設定，需要設定的參數是包括設定相應的地址，P918=1-14
（2）通過USS協議與S7-200進行通訊，實現本地控制。
（3）系統設定內控和外控，分別可以在本地和遠程分別對直流裝置進行操控。
（4）柜門上設定啟動、停止、正轉、反轉、故障復位、急停、內控、外控等功能鍵。另外還有顯示電樞電壓、電樞電流、勵磁電流、實際轉速、八通道溫度巡檢。
3、S7-200中USS簡介 數據發送與接收
CPU 224簡介
USS是西門子公司為調速器開發的通訊協議，可支持調速器同PC或PLC之間建立通訊聯接，常常適用于規模較小的自動化系統。這種系統結構有以下特點：
（1） 用單一的、完全集成的系統來解決自動化問題。所有的西門子交、直流調速器都可采用USS協議作為通信鏈路。
（2）數字化的信息傳遞，提高了系統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RS485屏蔽雙絞線，最遠可達1000米，因此可有效地減少電纜的數量，從而可以大大減少開發和工程費用，并極大地降低客戶的啟動和維護成本。
（4）通訊速率較高，可達187.5Kbps。對于有十個調速器，每個調速器有六個過程數據需刷新的系統，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
[NextPage]
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、速度給定、力矩給定等。具有極高的快速性與可靠性。
（6）西門子調速器的主機上大都提供USS接口，因此不需任何附加板，僅在上位機中插入一RS485通訊板，就可實現調速器數據的存取。所以采用USS，就能以低廉的成本實現一個小型的自動化系統。
在調速控制系統中，通訊技術的采用已經成為一種發展趨勢。USS協議作為一種小型自動化系統的解決方案，已多次成功地在現場運用。
3.1 S7-200與6RA70裝置的連接
（1）系統要求
安裝MicroWin software（V3.2以上）以及 USS協議庫（V2.0以上）
PC/PPI電纜、S7-200（如CPU 226XM）、電源模塊、通信電纜
6RA70驅動裝置及一臺PC機
（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）
圖2 USS協議初始化設定
如圖2為使用USS協議的初始化模塊初始化S7-200的PORT0端口，二進制值2#1000 0000 0000表示要初始化USS地址11的6RA70驅動裝置，波特率為9600，此波特率值要與PC/PPI電纜的設置相同；此外我們還需要在6RA70裝置上設置相應的參數。
（3）基本參數設置
（4）程序實現及注意事項
[NextPage]
根據檢測元件返回的電機實際電流值，先在S7-200中判斷電機是否過流，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，達到控制電機電樞電流目的。如果電機不過流，正常保持6RA70裝置中電流限幅值的80%，如果電機過流，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轉速實際值很低而且有電機繼續過流，則判斷電機機械堵轉，此時則通過通信方式封鎖6RA70裝置，系統停機并報警。
在程序實現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，負責與傳動裝置通訊的工作程序應采用后臺工作方式，如何發送接收數據應與控制邏輯無關。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定頻率值。
b） 利用發送指令（如XMT，P_SEND，P_SND_RK）發送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、數據發送子程序、數據接收子程序、通訊超時響應子程序、通訊流程控制子程序等。可采用中斷響應的方式，也可用查詢相應標志位的方式來實現。
d） 設立發送接收數據緩存區與映像區，用戶應通過改變映像區的USS 發送報文值來控制傳動裝置，或通過讀取映像區USS 接收報文中的狀態值來判斷傳動裝置的當前狀態。以防止因干擾而接收到錯誤數據而使PLC 做出錯誤的判斷和控制。
4、結論：
本文將S7-200中的USS協議應用在西門子6RA70裝置中，實現了兩者的通訊。本套系統在天津無縫鋼管廠14機架減徑區已投入生產，經生產實踐證明運行穩定，工作可靠，充分滿足了生產過程的需要。
參考文獻：
[1] 西門子電氣傳動公司編.6RA70系列全數字直流調速裝置使用說明書.2000
[2] 西門子電氣傳動公司編.SIMORGE全數字直流調速裝置樣本DA21.2000
[3] 西門子電氣傳動公司編.SIMATIC S7-200系統手冊。2004，09
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
