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數(shù)字化的信息傳遞，提高了系統(tǒng)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(zhì)采用RS-485屏蔽雙絞線，遠可達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)和工程費用，提高可靠性。

   (4)通訊速率較高，可達187.5kbps。對于有5個變頻器，每個調(diào)速器有六個過程數(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。報文結(jié)構(gòu)具有參數(shù)數(shù)據(jù)與過程數(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)速器的過程數(shù)據(jù)，如啟動停止、邏輯鎖定、速度給定、力矩給定等。具有*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)動器所定義的USS協(xié)議，是Profibus通信協(xié)議的簡化，通過其總線可以連接31個節(jié)點，傳輸速率可以達到19.2k比特率，通過主站(PC、PLC)進行控制。

   ●USS總線上的每個傳動裝置都有一個站號，主站通過它識別每個傳動裝置。

   ●USS可以是主從結(jié)構(gòu):從站回應(yīng)主站發(fā)來的報文并發(fā)送報文。也可以是廣播通訊方式:報文同時發(fā)送給所有的傳動裝置。

   (2)協(xié)議說明

   所有數(shù)據(jù)報文都由14個字節(jié)組成，是標(biāo)準(zhǔn)的異步報文格式:1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，一個偶校驗位和一個停止位。數(shù)據(jù)報文的結(jié)構(gòu)如下:

   主站到從站的報文格式:

   從站到主站的報文格式:

   (3)USS協(xié)議報文描述

   ●STXSTX是單字節(jié)的ASCⅡSTX字符(值為02),表示報文的開始。

   ●LGELAE是單字節(jié)區(qū)域，表示報文中LAE區(qū)域后的字節(jié)數(shù)。

   ●ADRADR是單字節(jié)區(qū)域，包含從站傳動裝置的地址::

   其中位5是廣播位。選擇是否將這報文以廣播方式發(fā)送給總線上的所有驅(qū)動器，位0~4是驅(qū)動器總線地址。

   ●BCCBCC是單字節(jié)區(qū)域，對報文中該區(qū)域以前所有的字節(jié)進行異或校驗。

   ●INDIND是16位的區(qū)域，通用傳動裝置應(yīng)設(shè)為0。

   ●PKEPKE是16位的區(qū)域，用來控制傳動裝置的參數(shù)讀寫，定義如下:位0~10為參數(shù)號，位12~15為參數(shù)讀寫控制，如2038H，2代表讀參數(shù)，38H表示十進制ID為56的參數(shù)。

   ●VALVAL是16位的區(qū)域，通過讀寫參數(shù)命令將參數(shù)值寫到對應(yīng)的參數(shù)ID中。

   STW是16位的控制字區(qū)域，控制傳動裝置的運行，如047F表控制電機正向運行。

   ZSW是16位的狀態(tài)字區(qū)域，表示傳動裝置不同的運行狀態(tài)。

   ●HSW/HIWHSW是設(shè)定電機速度的16位的區(qū)域。如4000H對應(yīng)額定速度的100%

   HIW是讀取電機速度的16位區(qū)域，可以讀出電機速度。如當(dāng)前轉(zhuǎn)速=(HIW×額定速度)/4000H。

   3自由口設(shè)定

   3.1鉆機傳動系統(tǒng)設(shè)備配置

   多年來，我國鉆機市場一直以機械鉆機為主，通過柴油發(fā)電機帶動變速齒輪箱來調(diào)節(jié)絞車和泥漿泵的轉(zhuǎn)速，率低下，耗能高，故障率高。隨著鉆機市場電驅(qū)動鉆機的推廣與普及，我國的鉆機經(jīng)歷了購買二手舊鉆機，進口新鉆機到自主生產(chǎn)的過程，在此基礎(chǔ)上，鉆機也進行了一次大的更新，從模擬電路控制直流傳動到數(shù)字化的直流傳動設(shè)備，再到到高性能的具有通信功能的傳動設(shè)備;在鉆機實現(xiàn)自動化過程也經(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)的過程，現(xiàn)階段鉆機設(shè)備配置以高性能PLC控制為主，通過通訊功能讀取數(shù)據(jù)和并根據(jù)工況改寫驅(qū)動器的相關(guān)數(shù)據(jù)，這樣*的控制理論(模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等)就很容易的通過上位機實現(xiàn)，從而控制交直流驅(qū)動器實現(xiàn)調(diào)速的智能化。該系統(tǒng)通過S7-200CPU226作為主站，五臺6SE71系列變頻器作為從站，其中650kW的變頻器帶動絞車/鉆機，500kW的變頻器兩兩同步工作，帶動1300系列的泥漿泵，參見圖1。

   圖1USS通訊系統(tǒng)配置

   3.2自由口用戶數(shù)據(jù)存儲器[3]

   在USS協(xié)議中，用戶數(shù)據(jù)存儲器分配如附表:

   附表

   驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定區(qū)VB0-VB39共40個字節(jié)

   發(fā)送/接受緩沖區(qū)從VB40開始，用戶自由分配

   系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)VB4022-VB4095共74個字節(jié)

   其中驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定區(qū)主要完成從站數(shù)目(VB0)、每個從站LAE長度設(shè)定(VB1-VB31)、廣播傳送方式LAE(VB33)長度、傳送時間(VW34)，初始化發(fā)送/接受緩沖區(qū)首地址(VD36)(設(shè)定值為VB40-VB4021)，其中V表示可變、B為字節(jié)、W為字、D為雙字。

   3.3用戶數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)定

   在USS協(xié)議中每個從站需要44個字節(jié)，發(fā)送/接受緩沖區(qū)各占22個字節(jié)(對應(yīng)從站+USS協(xié)議(發(fā)送+接受)+狀態(tài)位)，其中狀態(tài)位表示數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，在該系統(tǒng)中發(fā)送/接收首地址設(shè)為VB2000，用戶數(shù)據(jù)區(qū)以循環(huán)方式傳送數(shù)據(jù)時分配如下:

   絞車:從站1，地址VB2000-2043

   泥漿泵1的A變頻器:從站2，地址VB2044-2087

   泥漿泵1的B變頻器:從站3，地址VB2088-2131

   泥漿泵2的A變頻器:從站4，地址VB2132-2175

   泥漿泵1的B變頻器:從站5，地址VB2176-2219

   以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)時地址如下:

   只有發(fā)送緩沖區(qū):VB2220-2263，接受緩沖區(qū)同上

   定義完數(shù)據(jù)區(qū)后，就可以根據(jù)每個地址的功能，在PLC編程時寫入相應(yīng)的控制字就可以完成控制功能。

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可編程自動化控制器（PAC）作為新一代的工業(yè)控制器，代表著可編程自動化控制發(fā)展的未來。在可以預(yù)見的幾年內(nèi)，對標(biāo)準(zhǔn)性、開放性、可互操作性、可移植性的要求將是用戶至為關(guān)心的自動化產(chǎn)品的重要特征，作為融匯了PC和PLC優(yōu)點的PAC系統(tǒng)必將逐步取代PLC系統(tǒng)成為控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用將會越來越廣泛。

PLC的性能倚賴于的硬件，PLC的應(yīng)用程序是依靠的硬件芯片來實現(xiàn)的，對于PLC的功能的改進，如增加運動控制、過程控制或通訊功能，都需要使用不同的硬件。即使對于同一PLC廠家，這種的硬件很難移植到不同性能的PLC中。而且傳統(tǒng)的PLC廠家的硬件結(jié)構(gòu)體系都是專有的設(shè)計，甚至于處理器芯片都是的，這樣就導(dǎo)致了隨著PLC功能需求的不斷提高，PLC的硬件體系變得越來越復(fù)雜。而且，由于硬件的非通用性會導(dǎo)致系統(tǒng)的功能前景和開放性受到很大的限制。另外，PLC 的操作系統(tǒng)通常都是各PLC廠家的操作系統(tǒng)，與目前流行的實時操作系統(tǒng)不兼容。由于是的操作系統(tǒng)，其實時可靠性與功能都無法與通用的實時操作系統(tǒng)相比，這就導(dǎo)致了PLC的整體性能的性和封閉性。

PAC的輕便控制引擎是非常杰出的。PAC設(shè)計了一個通用的、軟件形式的控制引擎用于應(yīng)用程序的執(zhí)行，控制引擎在實時操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間，這個控制引擎與硬件平臺無關(guān)，可以在不同平臺的PAC系統(tǒng)間移植。因此對于用戶來說，同樣的應(yīng)用程序不需根據(jù)系統(tǒng)的功能需求和投資預(yù)算選擇不同性能的PAC平臺。這樣，根據(jù)用戶需要的迅速擴展和變化，用戶的系統(tǒng)和程序無需變化，即可無縫移植。PAC的操作系統(tǒng)采用通用的實時操作系統(tǒng)，如GE Fanuc的PACSystems系列產(chǎn)品即采用通用的、成熟的WindRiver公司的VxWorks實時操作系統(tǒng)，其可靠性已經(jīng)得到 大量的應(yīng)用的證實。PAC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的，通用的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣其處理器可以使高性能CPU，如GE Fanuc的PACSystems 系列產(chǎn)品的CPU 即采用了Pentium300/700MHz 處理器，而且即將推出PentiumM 處理器的CPU。

PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200
PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨

當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。
輸入采樣在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
用戶程序執(zhí)行在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
輸出刷新當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。