1 引言
uss串行通訊接口協(xié)議是一種siemens所有傳動產品通用的通訊協(xié)議，基于rs485接口，采用主－從通訊原理，一條總線上可連接一個主站和至多31個從站。該協(xié)議公開，與siemens變頻等傳動產品通訊無需額外的軟件及硬件（如板 卡等）費用。
2 項目簡介
某著名不銹鋼產品公司原部分生產線及消防用水由另一公司提供，水源壓力無法調節(jié)，使用不經濟不方便，且由于各種原因有斷水現(xiàn)象，給生產及相關公用事業(yè)帶來影響，故該公司決定新上一座泵站。該泵站含兩座可隨時補水的共約500m3蓄水池，四臺mm430變頻器控制的供水泵，其中兩臺22kw(100m3/hr@40m)，兩臺45kw（220m3/hr @40m)。另一臺柴油發(fā)電機消防泵（220m3/hr@40m)供斷電時啟用。要求可設置泵出口壓力并保持恒定，可任意配置一臺供水泵的初始運行，其它泵根據(jù)壓力、水量及故障等狀況替補運行。
3 控制系統(tǒng)
3.1 硬件配置
用戶已為全廠公用事業(yè)如污水處理站、除鹽水站、空壓站等搭建了一個profibus-dp網(wǎng)絡，用于監(jiān)控各設備運行，并要求泵站配置s7-400plc。根據(jù)用戶備品備件狀況，在得到用戶許可后我們?yōu)楸谜九渲昧艘粋€s7－300的plc控制系統(tǒng)：cpu為315－2dp，dp口接公用事業(yè)網(wǎng)絡，一塊通訊模塊cp340通過雙絞線連至各變頻器通訊端子，采用uss方式控制四臺變頻泵的運行，還包括一些常規(guī)i/o模塊。組態(tài)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)組態(tài)
3.2 軟件編程
本系統(tǒng)中也有一些如水池補水電動閥、泵出口電動閥的控制，有各泵根據(jù)水壓狀況進入退出運行的邏輯聯(lián)鎖等，但顯然，編程工作關鍵還在：
(1)plc如何通過uss實現(xiàn)對四臺變頻的控制；
(2)如何快速穩(wěn)定的調節(jié)泵出口管網(wǎng)水壓。
3.2.1 uss通訊編程
根據(jù)西門子變頻器手冊，uss的報文結構為：每條報文以字符stx（=02hex）開始，接著是長度的說明（lge）和地址字節(jié)（adr），然后是采用的數(shù)據(jù)字符（1 2…n），報文以數(shù)據(jù)塊的檢驗符（bcc）結束。即stx lge adr 1 2…n bcc格式。
其中，stx為固定報文頭；lge為該信息后的所有字節(jié)總長度(不含lge本身)，本例變頻器報文長度pkw=8字節(jié)、pzd=4字節(jié)，故lge=12；adr是一個字節(jié)，內容為從站結點（即變頻器）的地址。地址字節(jié)每一位的尋址為
本系統(tǒng)四個變頻從站號分別為1、2、3、4，程序中相應的adr=1、2、3、4；數(shù)據(jù)字符（1 2…8）前8個字節(jié)為pkw區(qū)（參數(shù)識別標記id－數(shù)值區(qū)），通過賦值可進行變頻器參數(shù)的讀寫，數(shù)據(jù)字符（9…12）后4個字節(jié)為pzd區(qū)域（過程數(shù)據(jù)區(qū)），pzd區(qū)為控制和監(jiān)測變頻器而設計，在主站和從站中收到的pzd總是以最高的優(yōu)先級加以處理。前兩字節(jié)為plc和變頻器之間控制信息的寫入和反饋如是否起停、故障及確認等，后兩個字節(jié)為plc和變頻器之間控制頻率的寫入和反饋；bcc為前15個字節(jié)異或的值，供變頻器判斷確認。
弄清了uss報文結構，再理解其工作機制，據(jù)相關資料：uss通信總由主站發(fā)起，不斷循環(huán)輪詢各個從站，從站根據(jù)收到的指令，決定是否、以及如何響應。因此，程序還要根據(jù)實際規(guī)劃一下plc的主站輪詢間隔時間。uss在串行數(shù)據(jù)總線上的字符傳輸幀為11位長度，包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位，連續(xù)的字符幀組成uss報文。siemens資料告訴我們，在一條報文中，字符幀之間的間隔延時要小于兩個字符幀的傳輸時間。網(wǎng)絡波特率按缺省值9.6k計算，發(fā)送兩個完整字符幀的傳輸時間為22÷9600≈2.3ms，一般情況下，字符幀間間隔時間應遠小于兩幀字符傳輸時間，那么發(fā)送或接收一個完整uss報文需16個字符幀，應不超過50ms。兼顧實用性穩(wěn)定性，本例采用每隔250ms向各子站發(fā)送并接收信息，指令采用西門子隨機光盤提供的功能塊fb3(發(fā)送)和fb2(接收)。以輪詢1＃變頻為例，程序如圖2所示。
圖2 部分程序
通過simatic編程軟件step7下載組態(tài)和程序，再在變頻器側設置相關命令和通訊參數(shù)，檢查無誤后就可正常通訊了。
3.2.2 pid編程調試
恒壓供水的控制核心一般采用所謂帶比例(p)、積分(i)、微分(d)的pid調節(jié)，比例項為改變系統(tǒng)響應速度參數(shù)，積分項為改善系統(tǒng)靜差參數(shù)，微分項利于改善系統(tǒng)超調量，增加穩(wěn)定性，本例未引入。s7-300作為主流可編程控制器，其軟件庫也提供了面向不同對象的pid控制功能塊，調用非常方便，本例采用了通用功能塊fb41。
通常，湊試一套pi參數(shù)都能較好滿足恒壓供水的控制要求，但本泵站有些特殊情況，業(yè)主要求泵起動運行后必須在較短時間(約12s左右)到達設定壓力并快速消除振蕩，否則會引起生產線保護誤動作，導致停機。這就有些棘手，顯然，要快速響應就必須加大比例值，但這必然引起超調，這種情況下改變積分時間要么系統(tǒng)振蕩要么需長時間才趨穩(wěn)定，總之，難以找到一套合適參數(shù)解決快速與穩(wěn)定的矛盾。那么，能否考慮，在系統(tǒng)剛建立壓力時，p值放大，i值合適，讓系統(tǒng)快速響應，在壓力接近或達到設定值時，迅速減小p值，加大i值，pi調節(jié)器進入正常平滑調節(jié)以適應要求。實踐證明該想法是可行的，采取兩套pi調節(jié)參數(shù)后，經過多次測試完全滿足了要求。程序如圖3所示。
圖3 pid調節(jié)程序
4 結束語
該泵站s7-300與uss控制系統(tǒng)投入使用兩年來，通訊穩(wěn)定可靠，從未出過問題。uss與西門子另一協(xié)議profibus-dp在傳動使用上相比，固然編程要繁瑣如要輪詢要校驗等，速率也遜色些，但也有廉價不用板卡支持等優(yōu)點，plc只需串行口支持自由編程即可。與常規(guī)模擬量控制相比，即便不說多布電纜線的麻煩，在cp340與模擬量輸出模塊成本比較(特別是變頻器再多些)以及系統(tǒng)的可延伸性上，優(yōu)勢都是明顯的。其實，本例如不是考慮用戶狀況，用s7-200更顯成本優(yōu)勢。因此，在實時性不苛刻的驅動場所，uss不失為可靠實用的選擇。
另外值得一提的是，西門子憑借其杰出的工程經驗，研發(fā)的工控產品給用戶靈活使用常常帶來驚喜。step7模塊化編程，庫內容豐富不說。mm430變頻器也獨具特色，多參數(shù)數(shù)組，bico互聯(lián)，使即便uss網(wǎng)絡損壞，手動或其他方式啟動變頻器成為可能，本例就采用了兩套命令數(shù)組。用戶還出現(xiàn)過工廠瞬間斷電但變頻停機后有命令不自起動的情況，“自動再起動”參數(shù)p1210 p1203等提供了解決方案，重新設置后便消除此現(xiàn)象。
作者簡介
黃獻忠（1968-） 工程師，現(xiàn)就職于帕克德環(huán)保技術有限公司，負責產品的應用項目開發(fā)。
參考文獻
[1] siemens. micromaster430使用大全,2003,12.
[2] siemens. system and standard functions for s7-300 and s7-400,2000,08.
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
