介绍了一个由贝加莱的PCC与西门子交流变频器联网组成的多电机调速控制系统。采用基于RS485接口的USS协议实现了PCC与多台交流变频器的串行通信控制。该系统可以对各变频器的运行参数进行在线监测,并进行远程控制，能有效地减少系统布线、提高系统的抗干扰能力,为印染自动化提供了一个低成本和高性能的方案。
     英文摘 要 ：This paper introduces multi-motor synchronous drives system composed of B&R PCC and Siemens invertors. The serial communication control between PCC and multiple invertors is realized by using USS protocol based on the RS485 interface. The presented system is very convenient to monitor the parameters of every invertor on line and realize the telenet control. The method can reduce electric connections and improve the anti-interaction capability of the system. Thereby a scheme for dyeing-printing automation with low-cost and high-performance is provided.
     关键词： USS协议     RS485     PCC     变频器           
 1  引言
     在纺织印染造纸设备中，为了对织物进行连续加工，通常把各个加工单元组合成联合机，各加工单元分别由一台电动机控制，要求加工中保持个单元间张力恒定或者线速度成适当关系[1]。此时对单台变频器的控制在许多场合已经不能满足生产的要求，必须对多台变频器进行协调控制。因此变频调速技术也逐渐朝着网络化的方向发展。为适应这一发展方向的需要，各大公司相继推出了带有标准通讯接口的通用变频器，为用户设计满足工业现场需求的控制系统带来了极大的方便[2]。德国西门子公司的MASTERDRIVER 6SE70 交流变频器带有RS485通信接口，并以基于二进制的USS协议作为其串口通信协议。因此，可以借助PLC或者工控机作为主控制器，通过USS协议实现多电机协调控制。dfddb【中国自动化网社区】942106【http://sns.ca800.com】4afc533

 2  系统的总体设计
 2.1 系统设计要求
     在纺织印染造纸等生产过程中，有保持各传动子系统之间同步运行的要求。不仅仅是稳速运行时需要同步，而且在加减速的动态过程中也需要保证线速度的协调一致。在不用松紧架和张力传感器的情况下，变频器大都采用光电编码器的反馈方式，各单元使用转速负反馈形成闭环控制，从而使得速度尽量不受负载波动等扰动的影响。在速度误差控制在千分之几的情况下，按照对伸长率的要求，设定各单元的线速度依次相差百分之几，其范围可调，形成所要求的织物张力，达到各单元同步调速的目的。不用松紧架，也不用张力传感器。
     另外，矢量控制的变频器能实时地计算出电机的驱动转矩，让转矩信息参与线速度的调整，可以进一步增加了它的智能性。
 2.2 控制系统的组成
     系统结构如图１所示。本系统管理层的计算机通过以太网与PCC(Programmable Computer Controller)进行通讯，对现场的变频器进行实时的控制与监测;控制层则是通过触摸屏和PCC来完成的;现场驱动层由4台西门子变频器构成。这里重点介绍图1中控制层和现场驱动层的设计。本系统采用贝加莱的PCC作为系统的控制中心，由西门子6SE70矢量变频器为驱动单元，交流三相异步电动机作为执行单元，光电编码器提供速度反馈信号，使印染设备传动在速度闭环模式下运行，从而使系统稳速精度达到千分之几。由PCC通过西门子USS协议、RS485网络与变频器实现速度链功能、速差控制、总车速升降、各分部点的速度升降等功能，较理想地满足印染设备恒张力的工作的需求。HITECH触摸屏作为现场的人机接口，通过RS-232与PCC相连，可以设定电机的转速和伸长律，同时显示实际的转速、频率、转矩、电压和电流等。
  
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 3  USS控制协议
     USS协议是由Siemens AG定义的简单的串行数据通信协议。从OSI7层模型来讲,USS协议属于数据链路层及其高层，RS485协议主要为其物理层。运用USS协议，用户可以在主站与多个从站之间建立串行总线链接，主站可以是PLC或PC机，从站可以是变频器或直流调速器等。1个主站和最多31个从站连接到总线上，主站通过帧中的地址标志选择每个从站。在主站没有要求它通信时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的交换。USS协议的波特率最高可达187.5kbps，通信字符格式为1位起始位、1位停止位、1位偶校验位和8位数据位。
 3.1 通信报文的结构
     USS协议中每一报文都是以字符STX(=02hex)开始，接着是长度的说明(LGE)和地址字节(ADR)，随后是数据字符1～n，报文以数据块的检验符(BCC)结束，其报文结构如图2所示。318dc【中国自动化网社区】c83797【http://sns.ca800.com】5773244

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   STX:STX区为1个字节的ASCII字符，固定为02hex,表示一条信息的开始。
     LGE:LGE区为1个字节，指明这一条信息中后跟的字节数目。报文的长度是可以变化的，其长度必须在报文的第2个字节(即LGE)中说明。总线上的各个从站结点可以采用不同长度的报文。一条报文的最大长度是256个字节。LGE是根据所采用的数据字符数(数量n)，地址字节(ADR)和数据块检验字符(BCC)确定。显然,实际的报文总长度比LGE要多2个字节，因为字节STX和LGE没有计算在LGE以内。本项目净数据区中由3个字(6个字节)的PKW域和5个字(10个字节)的PZD域组成，共有16个数据字节，故LGE=16+2= 18。报文的长度应为18+2=20。
     ADR:ADR区为一个字节，标志从站地址。Bit0-Bit4表示变频器的地址，从站地址可以是0-31。Bit5是广播位标志位，如果这一位设置为1，该报文就是广播报文，对串行链路上的所有结点都有效。Bit6表示镜像报文，如果这一位设置为1，结点号需要判定，被寻址的从站将未加更改的报文返回给主站。其余不用的位应设置为0。
     BCC:BCC区是长度为一个字节的校验和，用于检查该报文是否有效。它是该报文中BCC前面所有字节“异或”运算的结果。
     净数据区由参数标志值域（PKW）和过程数据域（PZD）组成，一种可能结构如图3所示。
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  PKW域由参数标志（PKE）、参数标号（IND）和参数值(PWE)3部分构成，其长度由参数P702设定。
     PKE:PKE为参数标志码，1字长，PNU(bit0～10)表示参数号，SP(bit11)为参数改变标志，由从站设置;AK(Bit12～15)为报文类型，主站—从站和从站—主站各有16种不同的报文类型。
     IND:参数标号，1字长，用来指定某些数组型设备参数的子参数号。
     PWE:参数的值，1字长或2字长，是PKE区域中所指定的参数的IND指定的子参数的值。每个报文中只能有一个参数值被传送。
     例:PCC通过485接口标准，在采用USS协议的基础上，改变参数P554的值。其发送给变频器的完整帧命令为:
     [02] [08] [01] [194] [42] [00] [01] [33] [00] [C3]
     意义如下:
     02:报文起始标志;08:报文有效长度为8个字节;01:变频器作为子站的站地址为1;194:参数标志PKE的高字节，16进制表示为0xC2;42:参数标志PKE的低字节，16进制表示为0x2A;将PKE的高低字节组合起来0xC22A表示:改变参数P554的值，其中AK为:C（意义为改变参数值），参数号PNU为:22A（即10进制的554）;00:参数标号的高字节为0;01:参数标号低字节为1;33:参数值的高字节，16进制为0x21;00:参数值的低字节;将参数值的高低字节组合起来表示:将P554的标号1的值改为0x2100;C3:前边所有字节的异或和。整个帧的长度为10个字节。
     PZD区是为控制和监测变频器而设计的。在主站和从站中收到的PZD总是以最高的优先级加以处理，处理PZD的优先级高于处理PKW的优先级，而且，总是传送接口上当前最新的有效数据。PZD区域的长度是由PZD元素的数量和它们的大小（单字或双字）决定的。每个电报中的最大PZD数量限制为16个字，最小为0个字，即在净数据块中无PZD区。PZD1在传送方向为主站至从站时为控制字,传送方向为从站至主站时为状态字,其余的传送内容由交流调速器参数P707设置决定。本项目中传送的过程数据为转速、电枢电压、电枢电流、转矩等。
 3.2 USS协议的时序
     从站并不能通过启动标志STX(02HEX)清楚识别报文，因为位组合02HEX也会出现在净数据域中。因此主站在STX前定义了一个至少2个标志执行时间的启动间隔，启动间隔为工作报文的一部分。启动间隔可以查USS说明书得到。本项目中的波特率为38400b/s，此时最小启动间隔为0.58ms。只有具备上述启动间隔的启动帧才被识别为有效。
     工作报文的最后标志(BCC)与应答报文的启动(STX)之间的时间间隔为应答延迟时间，最大的应答延迟时间为20ms，但是必须不小于启动间隔。如果从站在最大允许延时应答时间内没有响应，主站中存储一个错误信息。