西门子6ES7214-1BD23-0XB8产品齐全

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 RFID(射频识别)是一种自动无线识别和数据技术，已经在很多领域得到广泛应用。本文介绍了主流的RFID技术的性能特点，并分析了未来该技术的应用趋势和技术发展趋势。

    RFID是一种自动无线识别和数据技术，已经使用了多年，应用领域越来越多。今天，带有可读和可写并能防范非授权访问的存储器的智能芯片已经可以在很多集装箱、货盘、产品包装、智能识别ID卡、书本或DVD中看到。由于未来可能的应用，RFID即将迎来非常增长的时期，这种技术、芯片、读卡器、软件和业务的市场从2002年的10亿美元将增长到2007年的26亿美元。

    应用将继续以供应物流领域为主，在这个领域用RFID收发器进行包括各种各样的可移动货物/产品的记录和跟踪，在RFID收发器(大小的塑料/纸标签，内含芯片、射频部分和天线)上的必要存储将继续成为主要的应用。另外的一个可能应用就是将收发器标签贴到纺织品、包装或者甚至是单个药盒内。然而，未来RFID还将被用在如地方公共交通、汽车遥控钥匙、传送轮胎气压以及在移动电话等领域内。快速的识别对于公司的物流程序、大型仓库、诊所或者货物的运输以及在商业中都很重要。例如：汽车桌椅在正确时间按色彩排序(colorordered)进入到装配线；智能标签将自动地检测正确的药物容器从存储处搬到生产处；血样将准确地对应到采集这个血样的病人；供应市所需求的新鲜货物要求很复杂的发送网络，这个网络不允许出现差错；2006年的门票将不会有票的存在-这得感谢RFID芯片。

    未来另外的一个焦点应用在汽车工业，例如控制后视镜、所有的电动机和汽车门照明。展望远，电子票务、“电子护照”、甚至通信业务已经显露出RFID-IC应用的契机。德国的Bundesbank银行期望RFID在中应用，这种不同于今天的，不能用彩色打印机或复印机来简单，但事实上需要芯片制造商能生产出纸那么薄、沙粒那么大的RFID-IC。

    目前主要的几种RFID技术的主要参数比较。

    的RFID技术：满足应用

    很多事实明主要的销售机会存在于物流过程中，根据行业和性能要求(例如读取速度、需要同时读取的RFID标签数量)可以采用不同的技术。RFID技术可以基本分为低频系统、频率为13.56MHz的(HF)系统以及频段在900MHz左右的系统(UHF)，还有工作在2.4GHz或者5.8GHz(见表)微波频段的系统。除了频率范围外的另外一个差异性因素是电源：无源RFID收发器，这种收发器主要用在物流和目标跟踪，他们自身并没有电源，而是从读/写器的RF电场获得能量；有源收发器由电池供电，因此具有数十米的长距离，但是体积大，重要的是贵。

    RFID技术的重要参数

    低频RFID芯片(无源)工作在130kHz左右的频率上，当前主要应用在门禁控制、动物ID、电子锁车架、机器控制的授权检查等。该技术读取速度非常慢并不是问题，因为只需要在单方向上传输非常短的信息，相应的ISO标准为11484/85和14223。13.56MHz系统将在很多工业领域中越来越重要，这种系统归为无源类，具有高度的可小型化特点，在近几年不断地得到改进。

用来货物和产品信息，并符合ISO标准14443、18000-3,1的系统相对较慢，在某些情况下一次读操作需要几秒钟的时间，不同的数据量所需的具体时间不同。根据不同的种类，ISO15693标准类型的系统可以对付大速度为0.5m/s的运动目标，能获得高达26.48kbps的速度，能实现每秒30个对象的识别。

    然而，在未来大规模的物流应用中，工作在13.56MHz的传统方法，甚至在ISO15693中定义的近的方法都不再能满足需要。在这种应用中出现了相位抖动调制(PJM)技术。PJM的RFID标签适合被标记物体在传输带上的任何地方以高阅读器，并以非常高数据速率地逐个读取，例如识别包装严实的、机场行李跟踪或在远达1.2米的距离登录文档。

    在8个射频信道之间连续切换增加了读的速度并保识别，即使在很大的吞吐率情况下。在Magellan公司的PJM技术基础上，英飞凌公司和澳洲的Magellan技术公司已经合作开发出了应用于这种目的的芯片。与当前的13.56MHzRFID技术相比，这些芯片能提供的读写速度快25倍，数据速率达848kbps。PJM系统为用于物流进行了优化(ISOStandard18000-3Mode2)，可以在不到一秒的时间内地对多达500个电子标签进行识别、读取和写入。甚至在目标运动速度在4米/秒的情况下，用于这些新芯片的读取器都能胜任。

    10Kb的可用存储器空间相当于大约两个DINA4页的简单文本存储。这个存储器空间还可以进一步分成几个扇区，只有被授权的人能进行读写访问。特殊的加密方法防止对存储数据的非授权访问。

    UHF和微波系统终可以允许达到几米的覆盖距离；他们通常具有自己的电池，因此适合于例如在装载坡道上货盘内的大型货物的识别，或者甚至是在汽车厂产品线上的车辆底盘。这些频率范围的缺点是大气湿度的负面影响，以及需要不时地或始终需要保持收发器相对于读写天线的方位。

    应用主导技术

    通常总是某种特定应用来主导采用哪个技术。对于百货公司，在货品上加上标签仅仅以方便在销售终端读取当然是毫无意义，因为在当前的成本环境下，这会使产品贵。但是，下面的应用非常有意义：在图书馆出借书或CD时，粘贴在书或CD上的13.56MHz标签在经过时的几秒钟就能读取标签，或者在物批发商的挑选输送带上地识别药品，以避免可能造成严重后果的药品误发。

    然而，基本上，任何对象的读取、识别和跟踪任务可以受益于经过深思熟虑的RFID技术应用，特别是当每个数据都被写入到芯片、被授权用户修改以及防止对可分段存储器的非授权访问--可能的话，甚至可以在非常高的速度以及对大量的对象进行同时处理。

    条码将逐渐出局吗？

    这个问题可能是根据上面谈到的事实所得出的，但答案是否定的。因为成本的原因，像市里出售的0.25欧元的奶酪罐将长时间继续采用条码。但是，可以这样设想，在未来3到5年内，当前用条码的场合将为RFID标签开放，例如识别纺织品或包裹这样的大物品，还有城市公共交通或无人售货机的付费问题。

在所有这些应用中，工作在13.56MHz的RFID相对于条码，无论在性、避免污染、可见性、读取速度和空间方向性上都具有优势，不用说那些因为接触产生的问题，理论上(RFID)可以无限次读写。

    RFID标签成本在不断下降

    RFID技术的成本与实际的应用。根据附加在金属基底上的天线的大小(对于13.56MHz，当前为7.5×4.5cm或4.5×4.5cm，对于CD的环形天线直径为5厘米)，在量达到1百万的情况下，嵌入RFID(即芯片、到天线的连接，基底材料上的天线)的成本约50分。在未来2到3年中这将改变：快到2006年或2007年将可以达到20分的价格，大约50%的成本为芯片成本，另外一半为天线和基底材料的成本(金属薄片和纸，或者粘接层)。成本当然与天线尺寸和金属薄片或纸的质量有关，例如全息纸(hologramedpaper)将必然使RFID标签贵。

    在火力发电厂中，风机和水泵是主要的耗能设备，通常情况下其输入能量的15～20％被电机和风机或水泵本身所消耗，约35～50％的输入能量被档板或阀门节流所消耗，因此对发电厂的风机和水泵进行节能改造具有很大的潜力。如果用电动机调速装置来代替原来的风门、档板、阀门来调节流量，将显著的节能效果。

    变频调速是用变频电源改变电动机定子绕组的频率，从而改变同步转速来实现调速。变频系统将电网中的交流电整流成直流电，再通过逆变器逆变为频率可调的交流电，供给交流电动机，从而改变电机的转速。这种方法具有率、宽范围和的调速性能，规格系列齐全可以满足各种不同需求，因而被广泛采用，是发展前途的理想调速方法。特别是电流源型高压变频器在动态精度要求高的地方具有明优势，适用于轧机、提升设备的应用。三电平高压变频装置，由于其器件较少，结构相对简单，较适合于3.3kv或 4.16kv的电机应用。功率单元串联多电平结构的高压变频器，适合于风机水泵类负载，但不适合用在对动态要求很高的地方。

2 高压变频器选用的技术因素

   高压变频器除了应具备通用变频器所具有的基于拖动系统要求的各项技术性能之外，由于其大功率的缘故，在一些低压小功率变频器中并不重要的问题，在这里却显得很重要，主要包括：

2.1 谐波对厂用电系统的影响

    高压变频器的整流和逆变电路都使用了电力电子器件的开关特性，在其输入和输出端都会产生波形畸变。由于高压变频器一般功率较大，其功率可能占厂用电系统容量的相当大一部分，因此，这种畸变对于供电线路和负载电机两方面都会造成有害的影响，如变频器输出电流谐波可能会造成电机过热，产生过大的噪声，影响电机的寿命；而且电机“降额”使用。这一点与低压变频器有很大的不同。

    降低高压变频器谐波电流对电源电压的影响，根本的方法是尽可能减少以压变频器本身电流的波形畸变。高压变频器输入谐波畸变控制在ieee-519和gb12668标准规定的范围内，不应对厂用电系统中其他负载的正常工作造成影响。

2.2 共模电压和dv/dt的影响

    变频器的共模电压和dv/dt会使电机的绝缘受到“疲劳”损害，影响到使用寿命，如果处理不好，还会损坏变频器本身。

2.3 对所接母线电压的影响

    高压电动机在不带变频器时，母线电压按式（1）计算：
     （1）
    式中um为电动机正常起动的母线电压（标么值）；u0为厂用母线上的空载电压（标么值）；x为变压器或电抗器的电抗；s为合成负荷（标么值），可按式（2）计算：
     s=s1+sq  （2）
    式中s1为电动机起动前，厂用母线上的已有负荷（标么值），sq为起动电动机的起动容量。
     
     式中kq为电动机的起动电流倍数；σpe为电动机的额定功率（kw）；ηdcosd为电动机的额定效率和额定功率因数的乘积。
   未装设高压变频器时，kq一般在工程中取6～7；装设高压变频器后，由于高压变频器的软启动特性，kq一般1.6。这样，sq值将是未装设高压变频器的1/4～1/5。
    另一方面，目前所采用的高压变频器一般都装设移相变压器，在高压变频器、电动机组启动瞬间会产生4～6倍启动过电流。这样，由于移相变压器的作用，sq值会增加4～6倍。
    由于以上两方面的共同作用，在装设了高压变频器的电动机，在整组启动瞬间，sq值基本上和未装设高压变频器的电动机启动一样，对所接母线电压影响也相似。因此，在厂用电设计时，选择高压厂用电容量和校验母线电压时，可不计及变频器的影响。

2.4 对厂用电二次保护的影响

    当高压变频器不装设在对应回路的高压断路器旁边时，对应于该回路，将有二段电缆回路和二个电气设备。因此，在二次保护方面，应两段分别装设保护。

    对于小于2000kw的电动机，高压变频器以上部分，保护配置可按6kv馈线回路配置，但同时考虑该回路电动机的重要性。

    高压变频器以下部分，一般高压变频器本身配置以下保护：过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、频保护、失速保护、变频器过载、电机过载保护、半导体器件过热保护、瞬时停电保护等。用户可以根据需要选择联跳该回路断路器。

2.5 厂用电源切换对高压变频器的影响

    厂用电源在事故状态下切换到备用厂用电源，目前采用的厂用电源快切装置在切换过程停电时间约为50ms～150ms，高压变频器瞬时停电过100ms，变频器可能会停止工作，因此在选型时应注意这一问题。

2.6 高压变频器型式的选择

    高压变频器主要有两种结构形式：一种是采用升、降压变压器称之为“高-低-高式变频器；另一种采用高压大容量gto或igbt功率元件串联结构，无输出变压器，直接将高压电源整流为直流，在逆变输出高压，称之为“高—高”式变频器。由于“高—低—高”式变频器结构本身带来的问题，其性、性都比较差，一般应考虑选择高—高型变频器。

2.7 输入功率因数和系统效率

    变频器的输入功率因数和效率将直接决定使用变频器系统的经济效益，效率低的变频器还存在散热等一系列的问题。

2.8 高压变频器的安装位置和环境要求

    高压变频器理论上说可以安装在对应辅机断路器旁，也可以布置在电动机旁边或厂房某个位置。无论布置在何处，都需注意变频器对安装环境的要求。

    高压变频器柜由电源切换柜、进线保护柜、移相变压器柜、功率单元柜、控制柜组成。柜内电子元件比较多，这些元件对安装环境都有要求。

    高压变频器通常采用风冷或水冷装置，降低柜体内的微环境温度，确保功率器件的管芯温度在允许值以下。一般对变频器房间应设置空调设备，并对变频器的出风处加装隔热的通风管道，将热风直接排出室外。

引  言：

    传统的PLC与变频器之间的接口大多采用的是依靠PLC的数字量输出来控制变频器的启停，依靠PLC的模拟输出来控制变频器的速度给定，这样做存在以下问题：
    1、需要控制系统在设计时采用很多硬件，价格昂贵
    2、现场的布线多容易引起躁声和干扰
    3、PLC 和变频器之间传输的信息受硬件的限制，交换的信息量很少。
    4、在变频器的启停控制中由于继电器接触器等硬件的动作时间有延时，影响控制精度。
    5、通常变频器的故障状态由一个接点输出，PLC能得到变频器的故障状态，但不
能准确的判断当故障发生时，变频器是何种故障。

    如果PLC通过与变频器进行通讯来进行信息交换，可以有效地解决上述问题，通讯方式使用的硬件少，传送的信息量大，速度快，等特点可以有效地解决上述问题，另外，通过网络，可以连续地对多台变频器进行监视和控制，实现多台变频器之间的联动控制和同步控制，通过网络还可以实时的调整变频器的参数。

    目前各个厂家的变频器都相继的开发出了支持连网的功能，比如，很多变频器都有了支持现场总线（如：DEVICENET、PROFIBUS、AS_I）等的接口协议，可以很方便的与PLC进行数据通信。本文主要介绍西门子S7-200和MicroMaster变频器之间的通讯协议USS，使用USS通讯协议，用户可以通过程序调用的方式实现S7-200和MicroMaster变频器之间的通信，编程的工作量小，通讯网络由PLC和变频器内置的RS485通讯口和双绞线组成，一台S7-200多可以和31台变频器进行通讯，这是一种、使用方便的通讯方式。

一、USS通讯协议介绍

    USS通讯协议的功能，所有的西门子变频器都带有一个RS485通讯口，PLC作为主站，多允许31个变频器作为通讯连路中的从站，根据各变频器的地址或者采用广播方式，可以访问需要通讯的变频器，只有主站才能发出通讯请求报文，报文中的地址字符要传输数据的从站，从站只有在接到主站的请求报文后才可以向从站发送数据，从站之间不能直接进行数据交换。在使用USS协议之前，需要先安装西门子的指令库。USS协议指令在STEP7—MICRO/WIN32指令树的库文件夹中，STEP7—MICRO/WIN32指令库提供14个子程序、3个中断程序和8条指令来支持USS协议。调用一条指令时，将会自动地增加一个或几个子程序。

    USS协议使用CPU的下列资源，
    1）USS协议占用PLC的通讯端口0或1，使用USS——INIT指令可以选择PLC的端口是使用USS协议还是PPI协议，选择USS协议后PLC的相应端口不能在做其它用途，包括与STEP7-WICRO/WIN32的通讯，只有通过执行另外一条USS指令或将PLC——CPU的模式开关拨到RUN或STOP状态，才能钟新在进行PPI通讯，当PLC和与变频器通讯中断时，变频器将停止运行，所以在本例中选择CPU226 因为它有两个通讯端口，当个口用于USS通讯时，二个端口可以用于程序监控，USS指令要占用2300～3600字节的程序存储空间和400个字节的变量存储区间
    2）变频器的通讯与CPU的扫描时异步的，完成一次变频器的通讯通常需要几个CPU的扫描周期，通讯时间和链路上变频器的台数、波特率和扫描周期有关，本例中通讯的波特率设定为19200，变频器的台数为3台，经实际调试检测通讯时间大约为50ms.

二、使用USS协议的步骤：
    1）安装指令库后在STEP7-Micro/win32指令树的/指令/库/USS PROTOOL文件夹中将出现8条指令，用它门来控制变频器的运行和变频器参数的读写操作，这些子程序是西门子公司开发的用户不需要关注这些指令的内部结构，只需要在程序中调用即可。
    2）调用USS—INIT初始化改变USS的通讯参数，只需要调用一次即可，在用户程序中每一个被的变频器只能用一条USS-DRIVE-CTRL指令，可以任意使用USS-RPM-X 或USS-WPM-X指令，但是每次只能其中的一条指令。
    3）为USS指令库分配V存储区。在用户程序中调用USS指令后，用鼠标点击指令书中的程序块图标，在探出的菜单中执行库内存命令，为USS指令库使用的397个字节的V存储区起始地址，
    4）用变频器的操作面板设置变频器的通讯参数，使之与用户程序中所用的波特率和从站地址相一致。
    5）连接CPU和变频器之间的通讯电缆，为了提高看干扰能力采用屏蔽电缆。

三、USS指令说明

1、初始化指令USS-INIT

    初始化指令USS-INIT用于允许或禁止PLC和变频器之间的通讯，在执行其他USS协议前，先成功的执行一次USS-INIT指令，只有当该指令成滚执行完成后其完成位（DONE）置位后，才能继续执行下面的指令。次USS-INIT指令的参数如表1所示：

2、控制指令USS-CTRL

     USS-CTRL指令用于控制已经用USS-INIT了的变频器，每台变频器只能使用一条这样的指令，该指令将用户命令放在一个通讯缓冲区内，如果指令的参数DRIVE的变频器已经，缓冲区内的命令将被发送到的变频器，该指令的参数如表2所示：

3、读取变频器参数的USS_RPM_X指令

    读取变频器参数的指令包括USS_RPM_W; USS_RPM_D; USS_RPM_R三条指令，分别用于读取变频器的一个无符号字，一个无符号双字和一个实数类型的参数，该指令的参数如表3所示：

4、写变频器参数的USS_WPM_X指令

    写变频器参数的指令包括USS_WPM_W; USS_WPM_D; USS_WPM_R三条指令，分别用于向变频器写入一个无符号字，一个无符号双字和一个实数类型的参数，该指令的参数如表4所示：

四、在使用USS协议时变频器的相关参数设定如下（以MM440为例）

1、P0003=3        允许访问变频器的所有参数。
2、P0970=1        允许变频器通过参数复位。
3、P0700=5        变频器的控制方式选择为通讯方式。
4、P2010[2]=6      变频器的USS波特率选择为9600
5、P2011[0]=11     变频器的USS地址0～31

五、应用实例

    1、控制说明

    自动化生产线运载小车是工业自动化生产过程中一种非常实用的机械，它主要用在工厂的自动化生产上不同的生产线之间以及不同的工位之间的物料搬运。它的一个完整的动作周期包括：当一个工位需要装配零件时，该工位的操作者在该工位的操作盘上输入需要的零件名称，输入的信号通过MIS（或ERP）系统生成一个作业信息，该作业信息包括所需零件的存放位置，零件的外型尺寸及所需工位的工位号，然后，MIS（或ERP）系统把该作业信息发送到运载小车的控制系统中，如果运载小车正在作上次接收到作业，则本次下发的作业信息存储到运载小车的作业队列中，所接收到作业做完后执行该作业，执行该作业的步骤是运行到取料位置，根据零件的外型尺寸，决定取料时升降和左、右的运行位移，取料完成后，带载运行到所需零件的工位.运载小车动作过程可分为前进、后退；上升、下降；向左、向右，三个方向的运动，在控制系统的设计上，前后运行采用一台变频器，上升下降运行采用一台变频器；左右运行采用一台变频器。控制系统采用西门子S7-200系列的CPU226，CPU226和三台变频器之间采用USS协议进行通讯，系