西门子模块6ES7516-3TN00-0AB0安装调试

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1.引言

中油海9/10升降式钻井平台中控系统采用PKS系统。这是霍尼韦尔公司的自动化系统次应用于钻井平台上。经由CCS(中国船级社)认证,符合认证标准。

2.系统介绍

PKS(Process Knowledge System) 是过程知识系统的简称。PKS控制系统是 Honeywell在2002年6月推出的新的中型控制系统。它集合了Plantscape系统组态方便的特点，又集合了TPS控制系统硬件上的优点而推出的一款全新的DCS控制系统。

2.1 本系统框架如下:

在本PKS系统中,含有2个FSC(FAIL SAFE ConTROLLER )机柜,一个PCS机柜.FSC用于火气系统的逻辑关断,PCS柜用于船体状态的监测.系统之间采用FTE(容错以太网连接).含有冗余的两台服务器,和两个监测用的STATION站.

(1).服务器冗余: PKS过程系统的服务器可以冗余配置，以提供更高等级的可靠性。采用一对配置相同的服务器，以主/备结构方式相互支持。当主服务器出现故障时，从服务器采集数据，并为操作站提供数据服务。主服务器通过冗余网络传送数据库中的所有数据处理信息到从服务器，使得主从服务器之间同步。

(2).网络冗余/交换机冗余: 设备之间用HONEYWELL的容错以太网连接 (即H型,保证有4条通讯路线).

2.2 硬件配置

（1）FSC系统硬件由 Central Part 卡件和I/O卡件两部分组成。

Central Part简称CP,包括CPU、COM(通讯卡)、WD(系统状态监视卡、或称看门狗卡)、DBM(诊断和电池卡)、以及VBD(竖向总线驱动卡)。

I/O卡包括DI卡、DO卡、AI卡、以及AO卡。

Central part卡件和I/O卡件之间的通讯构成如下：

VB连接VBUS（竖向总线），VBUS连接HBD（水平总线驱动卡），HBD连接HBUS（水平总线），HBUS再连接I/O卡件。

柜内还有端子和继电器。

（2）PCS柜硬件配置

由一块FTEB（容错以太网桥）卡、一块C200（控制器）卡、两块CNI（ConTROL NET）卡和I/O组成。

上图为卡件状态监测页。

图中FTEB01：FTEB卡；

PRS021：C200卡；

CCN014：CNI卡；

IAH161：AI卡；

IDD321：DI卡；

ODD321：DO卡；

（3）网络结构

1)以太网（TCP/IP）

传输速率为：100M/10M波特率；

网络节点：server,station,priter(switch,hub)等；

传输介质：双绞线：接头（为RF45，网卡），距离为100m以内；

2) I/O Controlnet

传输速度：5M波特率；

网络节点：PMIO（输入输出卡件）、SIM等；

传输介质：同轴电缆；网络终端需加75Ω电阻；

传输协议：IEEE8023，令牌方式；

2.3软件介绍

（1）control Builder——Control Builder是一种图形化的、面向对象的、基于窗口的工程工具，用于过程系统控制处理器的控制执行环境和应用控制环境的控制策略的设计、组态、和实施。用于组态硬件，如网络、I/O模件、控制器、和现场总线设备，以及组态控制点，如调节控制、设备（马达）控制、逻辑控制、顺序控制和特殊的用户定义的功能等。

（2）QUICK BUilder——QUICK Builder使得用户可以组态第三方的控制器／RTU，以及它们的点、组态操作站和打印机。Quick Builder使用关系数据库引擎，提供筛选数据库的用户显示、多点编辑工具、和直观的窗口风格的用户界面，极大地提高了组态效率。关系数据库还捉供用户自定义的域，可以用来设置终止调度，记录接线编号等，同时还提供标准的报表。ExperiOn PKS过程系统数据库的添加和修改均可以在线进行。

（3）HMIWeb Display Builder ——HMIWeb Display Builder是面向对象的，全集成化的用户画面组态工具，用于生成用户专用的显示图形画面。动态显示可以简单地通过鼠标点击迅速生成。系统还提供一个图形库含有如容器、管道、阀门、罐、马达等通用的工厂设备，帮助用户进一步加快图形设计的速度。此外，对于一些多处用到的相似的画面，可以用模板画面的功能减少组态时间。提供的过程对象和调色板功能可以帮助用户快速简便地创建用户对象，并可以带有三维效果。通过使用脚本程序(bbbbbbbb和Jbbbbbb)组件，可以显著地增强图形画面功能，如高速动画、工具提示、操作站程序执行的控制作用等都可以通过脚本程序完成。许多ActiveX的组件类型，如播放声音和视频图像等都可以插入在画面中被调用。

（4）Knowledge Builder——Knowledge Builder,在线的电子资料，采用HTML结构的浏览器阅;内容全面，包括了FSC，PKS等详细的介绍。

2.4 系统开放性

[1> 集成Honeywell的先前产品：TDC2000, TDC3000, Plantscape, S9000,Logix60

[2> 与PLC通讯（如：SIMENSE,AB,ABB）

[3> 与现场总线技术的集成（Profibus-DP, Fieldbus, Modebus,HART等）

[4> 标准化的数据访问程序

[5> AEC：高性能服务器，直接与OPC服务器或客户机进行数据交换。

3．系统应用

系统应用于钻井平台上，主要有船体监测和逻辑关断两部分功能。

船体监测：包括发电机、泥浆池、水泥罐、重晶石罐、海水压载舱、风闸、风机、消防泵、公共设备等的状态监测。

逻辑关断：包括火气系统报警、手动报警等报警所产生的逻辑关断。

主界面：

（1）船体监测

船体监测通过硬点将船体设备的信号接入PCS柜。再通过上位机的画面监测设备的状态。

下面图为发电机和TANK的监测：

（2）逻辑关断：

探头形式如下:

上图中的火探头、烟探头、手动报警、热感探头是由现场探头采集数据，以WORD形式通过MODBUS协议进入FSC内的逻辑系统的。

硫化氢探头、可燃气探头则是硬点接入FSC系统的。

探头根据位置不同，被划分为各个火区，每个火区不同报警对应所关断的设备也不同。

具体的关断如下图所示：

1 引言

计算机及通讯技术已成为工业环境中大部分解决方案的核心部分，其在系统中的比重正在迅速增加。在工业控制中，交流电机的拖动越来越多的采用变频器完成，不仅作为一个单独的执行机构，而是随着不断的智能化，同远程计算机之间可以通过各种通讯方式结合成一个有机的整体。在实际工程实施时，变频器的启动、停止、方向、告警、故障指示以及故障复位等控制通常为端子排开关信号控制方式，速度控制采用模拟量给定值控制方式来完成。由于变频器的输出端会产生强烈的干扰信号，控制器有时会造成误动作的情况。当控制距离遥远时，还存在敷线工程量过大的问题。随着现场总线的底层控制网络的发展，变频器生产厂家推出了具有数据通信功能的产品，采用RS-485通信接口用于系统配置和监控是一种低成本的连接方案。

2 西门子变频器的USS控制协议

2.1 USS协议的特点

USS是西门子公司为变频器开发的通信协议，可以支持变频器同PC或PLC之间建立通信连接，常适合于规模较小的自动化系统。它以主从方式构成工业监控网站，在网络内有一个主站，1～31个从站，各站点有唯一的标识码识别。

这种结构的特点是:用单一的、完全集成的系统来解决自动化问题。所有的西门子变频器都可以采用USS协议作为通信链路。数字化的信息传递，提高了系统的自动化水平及运行的可靠性，解决了模拟信号传输所引起的干扰及漂移问题。通信介质采用RS-485屏蔽双绞线，远可达1000m，因此可有效地减少电缆的数量，从而可以大大减少开发和工程费用，并极大地降低客户的启动和维护成本;通信效率较高，可达187.5kbit/s。对于有10个调速器，每个调速器有6个过程数据需刷新的系统，PLC的典型扫描周期为几百毫秒，采用与PROFIBUS相似的操作模式，总线结构为单位站、主从存取方式，报文结构具有参数数据与过程数据，前者用于改变调速器的参数，后者用于快速刷新调速器的过程数据，如启动停止、速度给定、力矩给定等。具有极高的快速性和可靠性。利用西门子变频器的主机上提供的USS接口，仅在终端机中插入一RS-485通信板，就可实现变频器的全部远程控制。

2.2 USS协议的通信数据格式

USS协议的通信字符格式为一位起始位、一位停止位、一位偶校验位和八位数据位。数据报文大长度位256个字节，包括3字节的头部、1字节的校验码和主数据块，数据块按照字的方式组织，高字节在前。通信数据报文格式如表1所示。

表1 USS协议的通信数据报文格式

表中:STX—起始字符，为02Hex;LGE—报文长度，为n+2，3≤n≤254;ADR—从站地址码，其中bit0～bit4表示从站地址，bit5为1表示广播发送，bit6为1表示镜像发送，用于网络测试，bit7为1表示特殊报文;BCC—校验字符，为从STX开始所有字节的异或和。

在一帧内完成过程控制数据的同时，可以通过指定参数号完成设备控制参数的读写。数据快由参数值域(PKW)和过程数据域(PZD)组成，二者均为变长数据，其格式如表2所示。

表2 数据快的格式

表中:PKW域—参数值域，由参数识别码、子参数号和参数值构成，参数个数可根据设备的定义值大可有124个字;PZD域—过程控制数据域，包括控制字/状态字，设定值/实际值，多16个字;PKE参数识别码;IND用来指定某些数组型设备参数的子参数号。

对于SIEMENS的MMV/MDV变频器，协议有所简化:

IND固定为0;PKW为3字格式，即只有PWE1;PZD域的PZD1是控制字/状态字，用来设置和监测变频器的工作状态;PZD域的PZD2设定频率。

3 PLC控制变频器的程序设计

PLC通讯程序采用子程序方式编制，主控程序对变频器的控制通过调用有关子程序发送命令完成。数据接受由后台中断程序完成。发送命令子程序将变频器目标速度值和命令参数加工为USS协议格式，发送出去，并设置发送标志，复位接受完成标志，并开允许接受中断和定时中断。

当变频器发送响应报文时，激活后台中断程序接受变频器的状态值和当前速度值，存入接受缓冲区，并复位发送标志，设置接受完成标志。

3.1 主控程序

按照采样时间间隔，主控程序根据发送标志和接受完成标志，检查变频器接受缓冲区内容，并进行相应的处理。通讯程序由通信口初始化、运行、停止、速度设定等5个子程序和一系列中断服务子程序构成。

3.2 通讯子程序

通讯子程序如下:

SBR0

//通讯初始化程序

MOVB 16#49，SMB30

//初始化P0为9600kb，8bit，偶校验

MOVB 14，“P0－ST-LEN”

//设置发送缓冲区，发送字符数

MOVB 16＃2，“P0－ST-STX” //STX

MOVB 12，“P0－ST-LGE” //LGE

MOVB 0，“P0－ST-ADR” //主站地址

MOVB 255，“TO”

ENI

ATCH 4，25

ATCH 6，11

RET

SBR2

//电机启动子程序

MOVB BPADR，，“P0－ST－ADR”

//取主控缓冲区的从机地址

MOVW 16＃0C7F，“P0－ST－PZD0”

//设定停止电机启动、正转

CALL “Send-BP”

//调用发送程序

RET

SBR 4

//设定电机速度电机运行子程序

MOVB“BPADR”，“P0－ST－ADRS”

//取主控缓冲区的从机地址

MOVW 16＃0C7F，“P0－ST-PZD0”

//设定电机启动、正转

MOVW “BIT/SP”，“P0－ST-PZD1”

//取主控缓冲区的速度值

LDW＞＝“P0－ST－PZD1”，16＃4000

//判断是否超过大速度

MOVW 16＃4000，“P0－ST-PZD1”

CALL “Send-BP”

//调用发送程序

RET

SBR5

//发送程序Send-BP

MOVD &VB3500，ACO

//计算BCC

MOVB 14，AC1

//循环计算BCC，存入“P0－ST-BCCS”置位重发次数计数器

XMT “P0-ST－LEN”，0

//发送

ATCH 0，9

//发送结束中断的中断服务程序号

MOVB 100，“h”

//定时时间100ms

ATCH 1，10

//定时中断处理，未接受倒数据，重发数据

RET

3.3 中断接收子程序

中断接收子程序由一系列服务程序组成，包括3种情况。

(1) 判断中断接收的起始3个字符是否为制定字符，是将接收中断指针指向下一个中断程序，复位定时器，同时异或计算BCC值;否则将关闭接收中断，等待定时中断进行错误处理。

(2) 对于数据块的接收，采用计数方式控制，当计数为零时，计算的BCC值应为0，否则关闭接收中断。

(3) 定时中断激活时表示接收超时，重发次数值减1，如果不为0，则自动将发送缓冲区的内容重新发送;为0，置位错误标志。