鞍山市西门子PLC代理商

可以应用于多个自动化控制系统中，大大节约了项目的开发时间和成本，在实际应用中取得了良好的效果。

0 引言

随着电力电子技术以及控制技术的发展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用;可编程控制器PLC作为替代继电器的新型控制装置，简单可靠，操作方便、通用灵活、体积小、使用寿命长且功能强大、容易使用、可靠性高，常常被用于现场数据采集和设备的控制;在此，本次设计就是基于S7-200PLC的USS通信方式的速度闭环定位控制。

将现在应用广泛的PLC和变频器综合起来通过USS协议网络控制实现速度闭环定位控制。PLC根据输入端的控制信号及脉冲信号，经过程序运算后由通讯端口控制变频器运行设定的行程;电机运行到减速值后开始减速;电机运行到设定值后停止运行并锁定。因此，该系统必须具备以下三个主体部分：控制运算部分、执行和反馈部分。控制运算主要由PLC和变频器来完成;执行元件为变频器和电机;反馈部分主要为速度反馈。

S7-200 PLC通过USS协议网络控制Micro-Master MM420变频器，控制电动机的启动、制动停和定位控制，并能够通过PLC读取变频器参数、设置变频器参数。

1.系统设计的总体思路

系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件PLC、变频器和电机。首先通过设置给定输入给PLC,再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反馈给PLC,经比较后输出给变频器从而实现无静差调速。构成闭环系统就要把速度信息反馈给输入。速度的测量可以通过光电编码器和PLC来实现。

速度采集：S7-200具有高速脉冲采集功能，采集频率可以达到30KHz,共有6个高速计数器(HSC0~HSC5)工作模式有12种。在固定时间间隔内采集脉冲差值，通过计算既可以获得电动机的当前转速。

2.系统硬件接线与变频器的参数设置

西门子S7-200和MicroMaster变频器之间采用通讯协议USS,用户可通过程序调用的方式实现通信，编程的工作量小，是一种费用低使用方便的通讯方式。S7-200 CPU的通信端口的规格是RS 485,因此将S7-200的通信端口与驱动装置的RS485端口连接，在RS485网络上实现USS通信无疑是方便经济的。

系统硬件接线图如图2所示，将MM440的通信端子为P+(29)和N-(30)分别接至S7-200通信口的3号与8号针，以建立S7-200与MM420变频器的USS通信硬件连接。其中，I0.1为脉冲输入，I0.2为启动开关。

3.软件设计

应用S7-200PLC和变频器通过USS协议网络控制实现速度闭环定位控制。要求PLC根据输入端的控制信号及脉冲信号，经过程序运算后由通讯端口控制变频器运行设定的行程;电机运行到减速值后开始减速;电机运行到设定值后停止运行并锁定。

USS协议对硬件设备要求低，减少了设备之间布线的数量。无需重新布线就可以改变控制功能。可通过串行接口设置来修改变频器的参数。可连续对变频器的特性进行监测和控制。利用S7-200 CPU组成USS通信的控制网络具有较高的性价比。西门子S7-200和MicroMaster变频器之间采用通讯协议USS,用户可通过程序调用的方式实现通信，编程的工作量小，是一种费用低使用方便的通讯方式。

4.结语

本项目运行效果：PLC根据输入端的控制信号及脉冲信号，经过程序运算后由通讯端口控制变频器运行设定的行程;电机运行到减速值后开始减速;电机运行到设定值后停止运行并锁定，实现了速度的闭环定位自动控制。

实践证明：西门子变频器与PLC通过USS协议进行串行通讯，无须购置附件进行系统组态，直接对其组网监控，进行电机闭环调速，是一种低成本、高性能的好途径，这种设计方法具有较大的推广意义。

工业自动化介绍

典型的工业自动化系统一般由四大部分组成，它们之间可以实施低延迟和实时高速的通信。这四大组成部分分别为：传感器、人机界面、PLC和马达驱动器。

传感器

现代工厂自动化系统的信息和数据传输越来越依赖于智能传感器。从前，传感器只负责监控和测量，却不分析。而现在，随着传感器变得更加智能，它们能够更好地对其所检测的工作进行评估，并能实时地完成任务。传感器的诸多功能包括检测温度、运动、光学对象和位置、重量、加速度、化学成分、气体、气压或者其他压力、液体流动以及物理世界的其它方面。

人机界面(HMI)

人机界面是与操控者进行通信的某个单元或者子系统。使用当前的技术，大多数工业自动化系统的人机界面都集成了图形显示子系统，例如：触摸屏等，因为这类系统直观、简单易学。

可编程逻辑控制器(PLC)

一般而言，PLC均为基于微控制器或者处理器的系统，它们所接收的信息来自于分布在工厂内的各种传感器以及系统操作员。根据这两种信息源所提供的信息，PLC发起动作来控制生产线的过程。

马达驱动器

马达驱动器是对PLC指令做出实际响应的一些机器零件。例如，在汽车组装工厂，传感器向PLC提供汽车车身位置的相关信息。PLC便会对这种信息做出响应，向马达控制单元发出指令，让其控制机械臂对汽车进行点焊。

在工业自动化系统中，这四大部分的连接是通过高速、低延迟网络实现的。这个网络确保对PLC对传感器或者操作员信息输入做出快速响应。总的来说，当今的工业自动化系统是实时、具有决策能力的高精密系统，能够控制高速生产过程。

未来面临的挑战

工业自动化将面临的基本挑战与我们已经克服了的一些挑战一样。为了取得更好的结果，控制系统必须继续提高其实时响应能力、可靠性、性、精密性和整体成熟度。要想满足这些要求，一个必不可少的条件是不断发展组网和其它联网技术。

在工业自动化市场上，有超过120种串行通信标准和25种基于以太网的协议，它们都可以部署于我们今天的工厂里。问题是，我们缺少的并不是解决方案，而是它们的多样性，以及部署它们的方法。

每一种流行的工业通信协议，例如：PROFIBUS/PROFINET、EtherCAT、Ethernet/IP等，均有一个或者多个重要的传感器、PLC、HMI和马达驱动器供应商在背后提供支持。使用多家厂商的组件来实现工业自动化系统，通常会要求部署多家厂商支持的数种通信协议。这便增加了整体系统的复杂度，并且拉高了成本。例如，当今的许多自动化系统一般都使用一种中央处理器(CPU)来运行应用程序，然后再使用另一种离散组件，例如：应用程序专用集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)，专门用于通信协议处理。在一些被通信协议视作从设备的自动化组件中，更是如此。

大多数工业自动化通信协议均使用了分级主/从构架。主设备一般为PLC，要不就是一些智能控制单元。从设备一般为马达驱动器以及一些不发起动作或者控制过程的传感器。为了实现自动化系统承载网络所需的高速、低延迟通信，许多协议增强了与这些从设备有关的媒体访问(MAC)层功能。这给从设备带来更大的本地协议处理负担，终导致在分布式从设备中使用协议处理专用ASIC或者FPGA.而由于工业自动化系统中的从设备通常多于主设备，极大增加了整体系统的成本。

TI与您一同应对挑战

战胜工业自动化面临的这些挑战需要先进技术，以实现通信联网和合理化。TI一直致力于为工业自动化系统制造商提供嵌入式处理器、传感器、软件搭建模块和支持工具的完整解决方案。这种技术必须简单、具有高成本效益，以满足这类系统中重要组件的需求(PLC、HMI、传感器和马达驱动器)，并同时支持主从设备的分级要求。此外，TI重点提供高效的支持方案，针对客户各异的需求，简化其工厂自动化系统的部署。

基于Sitara? ARM?的处理器在工业自动化应用中的良好业绩，证明了TI解决方案的成功。Sitara AM18x ARM9?(以及新的AM335x ARM Cortex?-A8片上系统(SoC))，集成了多个处理内核、实时通信加速器，用于多协议处理、实时和操作系统、图形处理和大量其它资源的处理工作，以克服未来几年工业自动化所面临的挑战。

特别是AM335x ARM Cortex-A8 SoC，它是TI的工业自动化发展战略的例证。使用275GHz到1GHz的处理速度，AM335x SoC可以满足智能传感器到PLC以及两者之间其它自动化组件的处理要求。另外，低功耗特点让AM335x处理器能够应对为严格的功耗预算。

AM335x解决方案拥有多协议通信能力，无需协议处理专用离散式ASIC或者FPGA.这从本质上让从设备的材料清单成本降低40%.把对许多流行协议(例如：PROFIBUS和EtherCAT)的支持集成到AM335x处理器中，可大大简化AM335x处理器型器件联网的工作量。例如，把AM335x处理器型传感器连接至工厂自动化系统，通常只需对一个典型PHY或者UART界面进行编程，这是大多数工业编程人员都已经非常熟悉的工作。由于无需再进行艰苦的学习，因此缩短了部署时间，降低了成本。

AM335x嵌入式处理器在工业控制系统中成功的关键是其基于可编程实时单元的工业通信子系统(PRU-ICSS)，它实现了片上多协议处理，并确保主从设备的必备延迟通信。PRU-ICSS由运行在200MHz下的两个32位RISC处理内核组成。它能够单循环执行，并且其直接I/O界面以5纳秒的速度采样，确保实时通信所需的高吞吐速率。PRU-ICSS还装备有一个完整的内存子系统，其由内核指定共用内存和一个32位中断控制器组成。这些功能以及其逻辑、控制和算法，让PRU-ICSS成为支持所有流行工业自动化协议(包括PROFIBUS/PROFINET、EtherCAT和Ethernet/IP等)实时从通信接口的理想选择。因其可编程特性，PRU-ICSS还可实现定制知识产权(IP)或者定制底层总线。

AM335x处理器是一种通用SoC，可有效实现工业自动化网络中的绝大多数功能。例如，支持2D和3D图形的备选功能，从而特别适合于HMI单元。另外，由于支持操作系统(HLOS)，例如：Linux?、bbbbbbs?嵌入版CE和Android?，因此使用AM335x SoC时，操作员可以轻松地与HMI和其它应用程序互动。许多实时操作系统(RTOS)，包括TI的SYS/BIOS?和许多其它第三方RTOS等，为开发人员带来了高效的传感器和马达驱动器解决方案，它们不需要内存密集型HLOS，但需要低延迟的实时性能。

组件的可靠性和寿命是工业自动化系统的另一个关键标准。在大多数情况下，这些系统均在恶劣的环境下使用，这是一个巨大的挑战。由于它们的部署时间和成本，工厂自动化系统的预计有效寿命周期通常都很长。AM335x处理器证明，它是一种非常可靠的SoC.它的工作温度范围很大，可以持续处于上电状态达100000小时以上。TI还保证，AM335x解决方案的产品寿命可达10年以上。

竞争激烈的未来

为了满足全球产品制造和材料处理的需求，工业自动化系统会不断提高速度、度、可靠性和精密性。越来越多的制造商会转向自动化，来提高其效率，降低成本，以求取得更大的竞争力，获得更多的市场份额。另外，各制造公司都会努力把生产系统与公司业务系统紧密地结合在一起，包括供应链和需求监测系统。因此，通信协议环境变得更加多样化，进而突出了工厂自动化系统以及企业内其它业务系统的多协议支持的重要性。制造商的目标是，成为灵活、机敏和极高效的产品材料生产商。如TI的AM335x SoC等技术，以广泛的模拟产品线作为补充，并得到包括ICE平台在内的众多工具的支持，将确保工业自动化厂商拥有他们需要的各种能力，以满足市场发展的要求。