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SIEMENS中國(guó)有限公司
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使用的PLC，其USS通信協(xié)議的使用一直在市場(chǎng)上有著非常廣泛的應(yīng)用。本文將主要介紹如何使用USS通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。

1．控制系統(tǒng)原理和接線圖

下圖是本例中所使用的原理和接線圖。

圖1:控制系統(tǒng)原理和接線圖

2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
這三種類型的CPU都可以使用USS通信協(xié)議通過(guò)通信模塊CM1241 RS485來(lái)實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。

本例中使用的PLC硬件為：
1）PM1207電源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
4) 模擬器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

本例中使用的G120變頻器硬件為：
1） SINAMICS G120 PM240 （6SL3244-0BA20-1BA0）
2） SINAMICS G120 CU240S（6SL3224-0BE13-7UA0）
3） SIEMENS MOTOR (1LA7060-4AB10)
4） 操作面板 ( XAU221-001469)
5） USS 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)

3．軟件需求

1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．組態(tài)

我們通過(guò)下述的實(shí)際操作來(lái)介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態(tài)S7-1214C 和G120變頻器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件組態(tài)

首先在Step7 Basic V10.5中建立一個(gè)項(xiàng)目，如圖1所示。

圖2： 新建S7 1200項(xiàng)目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖2所示。

圖3： S7 1200硬件配置

在CPU的屬性中，設(shè)置以太網(wǎng)的IP地址，建立PG與PLC的連接，如下圖所示。

圖4： S7 1200 IP地址的設(shè)置

4. 2 G120參數(shù)設(shè)置

變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表所示。

表1 ：G120變頻器的參數(shù)設(shè)置

注意：表1中的17，18，19，20 這四項(xiàng)參數(shù)值的設(shè)置必須使PLC的參數(shù)值與變頻器的參數(shù)值相一致。而19，20這兩個(gè)參數(shù)值必須設(shè)置成如表1中的值，否則有可能變頻器與S7-1200通信有如下問(wèn)題：可能不能讀出從變頻器反饋回來(lái)的參數(shù)值。

5．USS通信原理與編程的實(shí)現(xiàn)

5. 1 S7 1200 PLC與G120 通過(guò)USS通信的基本原理

S7 1200提供了專用的USS庫(kù)進(jìn)行USS通信，如下圖所示：

圖5： S7 1200 專用的USS庫(kù)

        USS_DRV 功能塊是S7-1200 USS通信的主體功能塊，接受變頻器的信息和控制變頻器的指令都是通過(guò)這個(gè)功能快來(lái)完成的。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
        USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設(shè)置通信的接口參數(shù)。可在主OB或中斷OB中調(diào)用。
        USS_RPM功能塊是通過(guò)USS通信讀取變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
        USS_WPM功能塊是通過(guò)USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。

這些專用功能塊與變頻器之間的控制關(guān)系如下圖所示：

圖6： USS 通信功能塊與變頻器的控制關(guān)系

        USS_DRV功能塊通過(guò)USS_DRV_DB數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)與USS_PORT功能塊的數(shù)據(jù)接收與傳送，而USS_PORT功能塊是S7-1200 PLC CM1241 RS485模塊與變頻器之間的通信接口。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與變頻器的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。

        每個(gè)S7-1200 CPU最多可帶3個(gè)通信模塊，而每個(gè)CM1241 RS485通信模塊最多支持16個(gè)變頻器。因此用戶在一個(gè)S7-1200 CPU中最多可建立3個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)最多支持16個(gè)變頻器，總共最多支持48個(gè)USS變頻器。

5. 2 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的編程

1．USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如下圖所示。

圖7： USS通信接口參數(shù)功能塊的編程

USS_PORT功能塊用來(lái)處理USS網(wǎng)絡(luò)上的通信，它是S71200 CPU與變頻器的通信借口。每個(gè)CM1241 RS485模塊有且必須有一個(gè)USS_PORT功能塊。

PORT：指的是通過(guò)哪個(gè)通信模塊進(jìn)行USS通信。
BAUD：指的是和變頻器進(jìn)行通行的速率。 變頻器的參數(shù)P2010種進(jìn)行設(shè)置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時(shí)的USS數(shù)據(jù)塊。每個(gè)通信模塊最多可以有16個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，每個(gè)CPU最多可以有48個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，具體的通信情況要和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相聯(lián)系。每個(gè)變頻器與S7-1200進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)塊是唯一的。
ERROR：輸出錯(cuò)誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態(tài)。
S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本身的掃描周期不同步的，在完成一次與變頻器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多個(gè)掃描。
USS_PORT通信的時(shí)間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時(shí)間，不同的通信波特率對(duì)應(yīng)的不同的USS_PORT通信間隔時(shí)間。下圖列出了不同的波特率對(duì)應(yīng)的USS_PORT最小通信間隔時(shí)間。

圖8：不同的波特率對(duì)應(yīng)的USS_PORT最小通信間隔時(shí)間

        USS_PORT在發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)，通常進(jìn)行3次嘗試來(lái)完成通信事件，那么S7-1200與變頻器通信的時(shí)間就是USS_PORT發(fā)生通信超時(shí)的時(shí)間間隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT與變頻器通信的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)大于最小的調(diào)用時(shí)間間隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 協(xié)議庫(kù)默認(rèn)的通信錯(cuò)誤超時(shí)嘗試次數(shù)是2次。
        基于以上的USS_PORT通信時(shí)間的處理，我們建議在循環(huán)中斷OB塊中調(diào)用USS_PORT通信功能塊。在建立循環(huán)中斷OB塊時(shí)，我們可以設(shè)置循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間，以滿足通信的要求。循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置如下圖所示：

圖9：循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置 

2．USS_DRV功能塊的編程
USS_DRV功能塊的編程如下圖所示。

圖10： USS_DRV功能塊的編程

USS_DRV功能塊用來(lái)與變頻器進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，從而讀取變頻器的狀態(tài)以及控制變頻器的運(yùn)行。每個(gè)變頻器使用唯一的一個(gè)USS_DRV功能塊，但是同一個(gè)CM1241 RS485模塊的USS網(wǎng)絡(luò)的所有變頻器（最多16個(gè)）都使用同一個(gè)USS_DRV_DB。

USS_DRV_DB：指定變頻器進(jìn)行USS通信的數(shù)據(jù)塊。
RUN：                 指定DB塊的變頻器啟動(dòng)指令。
OFF2：                 緊急停止，自由停車。 該位為0時(shí)停車。
OFF3：                 快速停車，帶制動(dòng)停車。 該位為0時(shí)停車。
F_ACK：             變頻器故障確認(rèn)。
DIR ：                 變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
SPEED_SP：       變頻器的速度設(shè)定值。

ERROR：          程序輸出錯(cuò)誤。
RUN_EN：        變頻器運(yùn)行狀態(tài)指示。
D_DIR：           變頻器運(yùn)行方向狀態(tài)指示。
INHIBIT：        變頻器是否被禁止的狀態(tài)指示。
FAULT：           變頻器故障。
SPEED：           變頻器的反饋的實(shí)際速度值。

DRIVE：           變頻器的USS站地址。變頻器參數(shù)P2011設(shè)置。
PZD_LEN：      變頻器的循環(huán)過(guò)程字。 變頻器參數(shù)P2012設(shè)置。

注意：變頻器的PKW的長(zhǎng)度在這里是特殊需要注意的，在使用USS通信時(shí)必須是4，如果改成3或者127都將不能讀取反饋回來(lái)的過(guò)程值。

3．USS_RPM功能塊的編程

USS_RPM功能塊的編程 如下圖所示。

圖11：USS_RPM功能塊的編程

USS_RPM功能塊用于通過(guò)USS通信從變頻器讀取參數(shù)。

REQ：         讀取參數(shù)請(qǐng)求。
DRIVE：     變頻器的USS站地址。
PARAM：   變頻器的參數(shù)代碼。
INDEX：     變頻器的參數(shù)索引代碼
USS_DB：  指定變頻器進(jìn)行USS通信的數(shù)據(jù)塊。

DONE：     讀取參數(shù)完成。
ERROR：  讀取參數(shù)錯(cuò)誤。
STATUS： 讀取參數(shù)狀態(tài)代碼。
VALUE：   所讀取的參數(shù)的值。

注意：進(jìn)行讀取參數(shù)功能塊編程時(shí)，各個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型一定要正確對(duì)應(yīng)。如果需要設(shè)置變量讀取參數(shù)時(shí)，注意該參數(shù)變量的初始值不能為0，否則容易產(chǎn)生通信錯(cuò)誤。

4．USS_WPM功能塊的編程

USS_WPM功能塊的編程如下圖所示。

圖12：USS_WPM功能塊的編程

USS_WPM    功能塊用于通過(guò)USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù)。
REQ：         讀取參數(shù)請(qǐng)求。
DRIVE：     變頻器的USS站地址。
PARAM：   變頻器的參數(shù)代碼。
INDEX：     變頻器的參數(shù)索引代碼。
EEPROM：把參數(shù)存儲(chǔ)到變頻器的EEPROM。
VALUE：    設(shè)置參數(shù)的值。
USS_DB：   指定變頻器進(jìn)行USS通信的數(shù)據(jù)塊。

DONE：      讀取參數(shù)完成。
ERROR：   讀取參數(shù)錯(cuò)誤狀態(tài)。
STATUS：  讀取參數(shù)狀態(tài)代碼。

注意：對(duì)寫入?yún)?shù)功能塊編程時(shí)，各個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型一定要正確對(duì)應(yīng)。如果需要設(shè)置變量進(jìn)行寫入?yún)?shù)值時(shí)，注意該參數(shù)變量的初始值不能為0，否則容易產(chǎn)生通信錯(cuò)誤。

5. 3 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的調(diào)試

S7-1200 PLC 通過(guò)CM1241 RS485模塊與變頻器進(jìn)行USS通信時(shí)，需要注意如下幾點(diǎn)：

1. 當(dāng)同一個(gè)CM1241 RS485 模塊帶有多個(gè)（最多16個(gè)）USS變頻器時(shí)，這個(gè)時(shí)候通信的USS_DB是同一個(gè)，USS_DRV功能塊調(diào)用多次，每個(gè)USS_DRV功能塊調(diào)用時(shí)，相對(duì)應(yīng)的USS站地址與實(shí)際的變頻器要一致，而其它的控制參數(shù)也要一致。
2. 當(dāng)同一個(gè)S7-1200 PLC 帶有多個(gè)CM1241 RS485模塊（最多3個(gè)）時(shí)，這個(gè)時(shí)候通信的USS_DB相對(duì)應(yīng)的是3個(gè)，每個(gè)CM1241 RS485模塊的USS網(wǎng)絡(luò)使用相同的USS_DB,不同的USS網(wǎng)絡(luò)使用不同的USS_DB。
3. 當(dāng)對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行讀寫操作時(shí)，注意不能同時(shí)進(jìn)行USS_RPM和USS_WPM的操作，并且同一時(shí)間只能進(jìn)行一個(gè)參數(shù)的讀或者寫操作，而不能進(jìn)行多個(gè)參數(shù)的讀或者寫操作。

1 系統(tǒng)要求
軟件要求：電腦安裝有以下軟件:STEP7 ，Drive ES，Drivemonitor。
硬件要求：變頻器或者直流調(diào)速器應(yīng)配有CBP2 通訊模板，以支持PROFIBUS DP通訊。

2 Masterdrives 6SE70 系列變頻器的配置和調(diào)試方法

2.1 STEP7配置
我們以一個(gè)簡(jiǎn)單的例程為例，本例中
PC側(cè)安裝的軟件為: STEP7 v5.4 sp5, Drive ES v5.5，Drivemonitor V5.4 sp2;
變頻器為6SE7011-5EP60-Z Z=G91
PC機(jī)與變頻器之間采用PROFIBUS DP電纜連接通訊。

1) 首先在STEP7中新建項(xiàng)目，如圖1

圖1

2) 在項(xiàng)目上插入新的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在Set PG/PC中設(shè)為Profibus通訊的方式：6SE6440-2UE33-7EA1

圖2

3) 然后，在彈出的對(duì)話框中選擇對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)：在Device中選擇變頻器的類型，在Device Version中選擇變頻器的版本（可以參考變頻器的參數(shù)r0069），在BusAddress中設(shè)置變頻器的DP地址，如圖3

圖3

4) 點(diǎn)擊OK之后，新建驅(qū)動(dòng)裝置完成，在新建的驅(qū)動(dòng)裝置上插入Parameter Set，如圖4

圖4

2.2變頻器調(diào)試

2.2.1 變頻器通訊參數(shù)（需要在面板PMU上操作）
需要設(shè)置變頻器通訊參數(shù)：
P918=變頻器DP地址
P053=參數(shù)化接口的功能參數(shù)

2.2.2 在step7界面下使用Drivemonitor 調(diào)試變頻器
1) 連接變頻器：在STEP7中雙擊新建的Parameter Set，打開(kāi)Drivemonitor 軟件，然后點(diǎn)擊工具欄按鈕“Online（Write E2PROM）”，完成PC機(jī)與變頻器的連接。如圖5：

圖5

2）設(shè)置參數(shù)：點(diǎn)擊工具欄按鈕“Parameter list complete”進(jìn)入?yún)?shù)列表，按照參數(shù)設(shè)置步驟設(shè)置變頻器參數(shù)（參考6SE70 使用大全上冊(cè)中的參數(shù)設(shè)置步驟章節(jié)）。

3） Control Panel：是Drivemonitor中的控制界面，可以用此功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的調(diào)試，如啟動(dòng)電機(jī)，給定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，優(yōu)化等等，也可以用功能實(shí)現(xiàn)故障判斷。Drivemonitor界面的最下面一行是Control Panel 功能條，點(diǎn)擊右下角的箭頭（如圖6紅框中所示）：

圖6

點(diǎn)擊箭頭，出現(xiàn)Control Panel 界面，點(diǎn)擊紅框中標(biāo)識(shí)的“Request master control”，獲得控制權(quán)（如圖7）：

圖7

如圖8，是Control Panel的功能介紹：
1) Request master control/ Relinguish master control（使用/取消Control Panel的功能）
2) Out bits 1-6
3) 變頻器的啟動(dòng)，停止控制按鈕
4) 速度設(shè)定值
5) 變頻器狀態(tài)顯示
6)故障確認(rèn)功能，如果變頻器處于故障或者報(bào)警狀態(tài)Device Status會(huì)顯示“F”或者“W”，故障時(shí)，可以用此按鈕確認(rèn)故障

圖8

除此之外，Control Panel還有顯示電流電壓實(shí)際值，顯示當(dāng)前參數(shù)組等功能，以方便調(diào)試。

3. SIMOREG 6RA70直流調(diào)速器的配置
對(duì)于SIMOREG系列直流調(diào)速器，配置方法如下：

3.1 STEP7配置：
1） 建立新的項(xiàng)目，在項(xiàng)目名上右鍵插入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（過(guò)程與Masterdrive系列變頻器的配置相同，請(qǐng)參考圖1和 圖2），然后在對(duì)話框中選擇產(chǎn)品類型，版本（r0060）以及PROFIBUS DP站地址 ，如圖9所示 ：

圖9

2 ) 添加新的Paranmeter Set，雙擊打開(kāi)Drivemonitor的調(diào)試界面。（過(guò)程與Masterdrive系列變頻器的配置相同，請(qǐng)參考圖4）

3.2 直流調(diào)速器調(diào)試

3.2.1 直流調(diào)速器側(cè)的配置
設(shè)置通訊參數(shù)：（需要在面板PMU上操作）
P918=PROFIBUS DP站地址
P927=參數(shù)化接口的功能參數(shù)

3.2.2 使用Drivemonitor 調(diào)試
與Masterdrives系列變頻器相同，首先點(diǎn)擊工具欄按鈕“Online（Write E2PROM）”(參考圖5) ，完成PC機(jī)與變頻器的連接。然后按照6RA70的使用說(shuō)明書第7章調(diào)試步驟設(shè)定參數(shù)。
SIMOREG 6RA70系列直流調(diào)速器也可以使用Drivemonitor 的Control Panel功能做基本調(diào)試，不同的是需要做如下設(shè)置：
直流調(diào)速器CUD1板上的端子37和參數(shù)P654的設(shè)定值相“與”，作為直流調(diào)速器的啟動(dòng)指令之一，端子38與參數(shù)P661相與作為使能的指令，因此在使用Control Panel功能時(shí)，應(yīng)先將24V給到兩個(gè)端子中，保證Control Panel的啟動(dòng)和使能指令有效。
同時(shí)應(yīng)當(dāng)做如下參數(shù)設(shè)定：
P654=3100（通過(guò)DP通訊，Drivemonitor Control Panel功能設(shè)定的啟動(dòng)指令）
P433=3002（通過(guò)DP通訊，Drivemonitor Control Panel功能設(shè)定的速度給定值）

點(diǎn)擊Drivemonitor中，在Operate下拉菜單中勾選“Set Process Data”，即可獲得Control Panel 控制權(quán)，此時(shí)可以使用Control Panel控制裝置啟停和運(yùn)行。

按照上述設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)STEP7使用DP通訊方式調(diào)試SIMOREG 6RA70的功能。

西門子軟起動(dòng)器

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