西門子S7-200和Micro Master變頻器之間的通訊協(xié)議USS

傳統(tǒng)的PLC與變頻器之間的接口大多采用的是依靠PLC的數(shù)字量輸出來控制變頻器的啟停，依靠PLC的模擬輸出來控制變頻器的速度給定，這樣做存在以下問題：

1、需要控制系統(tǒng)在設(shè)計時采用很多硬件，價格昂貴

2、現(xiàn)場的布線多容易引起躁聲和干擾

3、PLC 和變頻器之間傳輸?shù)?a target="_blank">信息受硬件的限制，交換的信息量很少。

4、在變頻器的啟停控制中由于繼電器接觸器等硬件的動作時間有延時，影響控制精度。

5、通常變頻器的故障狀態(tài)由一個接點輸出，PLC能得到變頻器的故障狀態(tài)，但不能準(zhǔn)確的判斷當(dāng)故障發(fā)生時，變頻器是何種故障。

如果PLC通過與變頻器進(jìn)行通訊來進(jìn)行信息交換，可以有效地解決上述問題，通訊方式使用的硬件少，傳送的信息量大，速度快，等特點可以有效地解決上述問題，另外，通過網(wǎng)絡(luò)，可以連續(xù)地對多臺變頻器進(jìn)行監(jiān)視和控制，實現(xiàn)多臺變頻器之間的聯(lián)動控制和同步控制，通過網(wǎng)絡(luò)還可以實時的調(diào)整變頻器的參數(shù)。

目前各個廠家的變頻器都相繼的開發(fā)出了支持連網(wǎng)的功能，比如，很多變頻器都有了支持現(xiàn)場總線（如：DEVICENET、PROFIBUS、AS_I）等的接口協(xié)議，可以很方便的與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。現(xiàn)在主要介紹西門子S7-200和Micro Master變頻器之間的通訊協(xié)議USS，使用USS通訊協(xié)議，用戶可以通過程序調(diào)用的方式實現(xiàn)S7-200和Micro Master變頻器之間的通信，編程的工作量小，通訊網(wǎng)絡(luò)由PLC和變頻器內(nèi)置的RS485通訊口和雙絞線組成，一臺S7-200最多可以和31臺變頻器進(jìn)行通訊，這是一種費用低、使用方便的通訊方式。

一、USS通訊協(xié)議介紹

USS通訊協(xié)議的功能，所有的西門子變頻器都帶有一個RS485通訊口，PLC作為主站，最多允許31個變頻器作為通訊連路中的從站，根據(jù)各變頻器的地址或者采用廣播方式，可以訪問需要通訊的變頻器，只有主站才能發(fā)出通訊請求報文，報文中的地址字符指定要傳輸數(shù)據(jù)的從站，從站只有在接到主站的請求報文后才可以向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，從站之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在使用USS協(xié)議之前，需要先安裝西門子的指令庫。USS協(xié)議指令在STEP7—MICRO/WIN32指令樹的庫文件夾中，STEP7—MICRO/WIN32指令庫提供14個子程序、3個中斷程序和8條指令來支持USS協(xié)議。調(diào)用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個子程序。

USS協(xié)議使用CPU的下列資源：

1）USS協(xié)議占用PLC的通訊端口0或1，使用USS——INIT指令可以選擇PLC的端口是使用USS協(xié)議還是PPI協(xié)議，選擇USS協(xié)議后PLC的相應(yīng)端口不能在做其它用途，包括與STEP7-WICRO/WIN32的通訊，只有通過執(zhí)行另外一條USS指令或?qū)LC——CPU的模式開關(guān)撥到RUN或STOP狀態(tài)，才能鐘新在進(jìn)行PPI通訊，當(dāng)PLC和與變頻器通訊中斷時，變頻器將停止運行，所以在本例中選擇CPU226 因為它有兩個通訊端口，當(dāng)?shù)谝粋€口用于USS通訊時，第二個端口可以用于程序監(jiān)控，USS指令要占用2300～3600字節(jié)的程序存儲空間和400個字節(jié)的變量存儲區(qū)間

2）變頻器的通訊與CPU的掃描時異步的，完成一次變頻器的通訊通常需要幾個CPU的掃描周期，通訊時間和鏈路上變頻器的臺數(shù)、波特率和掃描周期有關(guān)，本例中通訊的波特率設(shè)定為19200，變頻器的臺數(shù)為3臺，經(jīng)實際調(diào)試檢測通訊時間大約為50ms.

二、使用USS協(xié)議的步驟：

1）安裝指令庫后在STEP7-Micro/win32指令樹的/指令/庫/USS PROTOOL文件夾中將出現(xiàn)8條指令，用它門來控制變頻器的運行和變頻器參數(shù)的讀寫操作，這些子程序是西門子公司開發(fā)的用戶不需要關(guān)注這些指令的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需要在程序中調(diào)用即可。

2）調(diào)用USS—INIT初始化改變USS的通訊參數(shù)，只需要調(diào)用一次即可，在用戶程序中每一個被激活的變頻器只能用一條USS-DRIVE-CTRL指令，可以任意使用USS-RPM-X 或USS-WPM-X指令，但是每次只能激活其中的一條指令。

3）為USS指令庫分配V存儲區(qū)。在用戶程序中調(diào)用USS指令后，用鼠標(biāo)點擊指令書中的程序塊圖標(biāo)，在探出的菜單中執(zhí)行庫內(nèi)存命令，為USS指令庫使用的397個字節(jié)的V存儲區(qū)指定起始地址，

4）用變頻器的操作面板設(shè)置變頻器的通訊參數(shù)，使之與用戶程序中所用的波特率和從站地址相一致。

5）連接CPU和變頻器之間的通訊電纜，為了提高看干擾能力最好采用屏蔽電纜。

三、USS指令說明

1、初始化指令USS-INIT

初始化指令USS-INIT用于允許或禁止PLC和變頻器之間的通訊，在執(zhí)行其他USS協(xié)議前，必須先成功的執(zhí)行一次USS-INIT指令，只有當(dāng)該指令成滾執(zhí)行完成后其完成位（DONE）置位后，才能繼續(xù)執(zhí)行下面的指令。次USS-INIT指令的參數(shù)如表1所示：

4、寫變頻器參數(shù)的USS_WPM_X指令

寫變頻器參數(shù)的指令包括USS_WPM_W; USS_WPM_D; USS_WPM_R三條指令，分別用于向指定變頻器寫入一個無符號字，一個無符號雙字和一個實數(shù)類型的參數(shù)，該指令的參數(shù)如表4所示：

四、在使用USS協(xié)議時變頻器的相關(guān)參數(shù)設(shè)定如下（以MM440為例）

1、P0003=3 允許訪問變頻器的所有參數(shù)。2、P0970=1 允許變頻器通過參數(shù)復(fù)位。3、P0700=5 變頻器的控制方式選擇為通訊方式。4、P2010[2>=6變頻器的USS波特率選擇為96005、P2011[0>=11變頻器的USS地址0～31

五、應(yīng)用實例

1、控制說明

自動化生產(chǎn)線運載小車是工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中一種非常實用的機(jī)械，它主要用在工廠的自動化生產(chǎn)上不同的生產(chǎn)線之間以及不同的工位之間的物料搬運。它的一個完整的動作周期包括：當(dāng)一個工位需要裝配零件時，該工位的操作者在該工位的操作盤上輸入需要的零件名稱，輸入的信號通過MIS（或ERP）系統(tǒng)生成一個作業(yè)信息，該作業(yè)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號，然后，MIS（或ERP）系統(tǒng)把該作業(yè)信息發(fā)送到運載小車的控制系統(tǒng)中，如果運載小車正在作上次接收到作業(yè)，則本次下發(fā)的作業(yè)信息存儲到運載小車的作業(yè)隊列中，前面所接收到作業(yè)做完后執(zhí)行該作業(yè)，執(zhí)行該作業(yè)的步驟是運行到取料位置，根據(jù)零件的外型尺寸，決定取料時升降和左、右的運行位移，取料完成后，帶載運行到所需零件的工位.運載小車動作過程可分為前進(jìn)、后退；上升、下降；向左、向右，三個方向的運動，在控制系統(tǒng)的設(shè)計上，前后運行采用一臺變頻器，上升下降運行采用一臺變頻器；左右運行采用一臺變頻器。控制系統(tǒng)采用西門子S7-200系列的CPU226，CPU226和三臺變頻器之間采用USS協(xié)議進(jìn)行通訊，系統(tǒng)的硬件配置如下圖所示：