西門子USS通信協(xié)議技術(shù)分析

USS （Universal Serial Interface， 即通用串行通信接口） 是西門子專為驅(qū)動(dòng)裝置開發(fā)的通信協(xié)議，多年來也經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展、完善的過程。最初 USS 用于對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行參數(shù)化操作，即更多地面向參數(shù)設(shè)置。在驅(qū)動(dòng)裝置和操作面板、調(diào)試軟件（如DriveES/STARTER）的連接中得到廣泛的應(yīng)用。近來 USS 因其協(xié)議簡單、硬件要求較低，也越來越多地用于和控制器（如 PLC）的通信，實(shí)現(xiàn)一般水平的通信控制。

注意：USS 提供了一種低成本的，比較簡易的通信控制途徑，由于其本身的設(shè)計(jì)，USS 不能用在對(duì)通信速率和數(shù)據(jù)傳輸量有較高要求的場合。在這些對(duì)通信要求高的場合，應(yīng)當(dāng)選擇實(shí)時(shí)性更好的通信方式，如 PROFIBUS-DP 等。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到 USS 的這一局限性。

例如，如果在一些速度同步要求比較高的應(yīng)用場合（如造紙生產(chǎn)線），對(duì)十幾甚至數(shù)十臺(tái)變頻器采用 USS 通信控制，其效果可想而知。

USS 協(xié)議的基本特點(diǎn)如下：

支持多點(diǎn)通信（因而可以應(yīng)用在 RS 485 等網(wǎng)絡(luò)上）

采用單主站的“主－從”訪問機(jī)制

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上最多可以有 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)（最多 31 個(gè)從站）

簡單可靠的報(bào)文格式，使數(shù)據(jù)傳輸靈活高效

容易實(shí)現(xiàn)，成本較低

USS 的工作機(jī)制是，通信總是由主站發(fā)起，USS 主站不斷循環(huán)輪詢各個(gè)從站，從站根據(jù)收到的指令，決定是否、以及如何響應(yīng)。從站永遠(yuǎn)不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。從站在以下條件滿足時(shí)應(yīng)答：

接收到的主站報(bào)文沒有錯(cuò)誤，并且

本從站在接收到主站報(bào)文中被尋址

上述條件不滿足，或者主站發(fā)出的是廣播報(bào)文，從站不會(huì)做任何響應(yīng)。

對(duì)于主站來說，從站必須在接收到主站報(bào)文之后的一定時(shí)間內(nèi)發(fā)回響應(yīng)。否則主站將視為出錯(cuò)。

USS 字符幀格式

USS 的字符傳輸格式符合 UART 規(guī)范，即使用串行異步傳輸方式。USS 在串行數(shù)據(jù)總線上的字符傳輸幀為 11 位長度，包括：

連續(xù)的字符幀組成 USS 報(bào)文。 在一條報(bào)文中，字符幀之間的間隔延時(shí)要小于兩個(gè)字符幀的傳輸時(shí)間（當(dāng)然這個(gè)時(shí)間取決于傳輸速率）。

S7-200 CPU 的自由口通信模式正好能夠支持上述字符幀格式。把 S7-200 的自由口定義為以上字符傳輸模式，就能通過編程，實(shí)現(xiàn) USS 協(xié)議報(bào)文的發(fā)送和接收。主站控制器所支持的通信模式必須和所要控制的驅(qū)動(dòng)裝置所要求的一致，這是實(shí)現(xiàn) S7-200 和西門子驅(qū)動(dòng)裝置通信的基礎(chǔ)。

USS 報(bào)文幀格式

USS 協(xié)議的報(bào)文簡潔可靠，高效靈活。報(bào)文由一連串的字符組成，協(xié)議中定義了它們的特定功能：

以上每小格代表一個(gè)字符（字節(jié)）。其中：

STX：起始字符，總是 02 h

LGE：報(bào)文長度

ADR：從站地址及報(bào)文類型

BCC：BCC 校驗(yàn)符

在 ADR 和 BCC 之間的數(shù)據(jù)字節(jié)，稱為 USS 的凈數(shù)據(jù)。主站和從站交換的數(shù)據(jù)都包括在每條報(bào)文的凈數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)。

凈數(shù)據(jù)區(qū)由 PKW 區(qū)和 PZD 區(qū)組成：

以上每小格代表一個(gè)字（兩個(gè)字節(jié)）。

PKW：此區(qū)域用于讀寫參數(shù)值、參數(shù)定義或參數(shù)描述文本，并可修改和報(bào)告參數(shù)的改變 。其中：

PKE：參數(shù) ID。包括代表主站指令和從站響應(yīng)的信息，以及參數(shù)號(hào)等

IND：參數(shù)索引，主要用于與 PKE 配合定位參數(shù)

PWEm：參數(shù)值數(shù)據(jù)

PZD：此區(qū)域用于在主站和從站之間傳遞控制和過程數(shù)據(jù)。控制參數(shù)按設(shè)定好的固定格式在主、從站之間對(duì)應(yīng)往返。如：

PZD1：主站發(fā)給從站的控制字/從站返回主站的狀態(tài)字

PZD2：主站發(fā)給從站的給定/從站返回主站的實(shí)際反饋

PZDn：……

根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和驅(qū)動(dòng)裝置的不同，PKW 和 PZD 區(qū)的數(shù)據(jù)長度都不是固定的，它們可以靈活改變以適應(yīng)具體的需要。但是，在用于與控制器通信的自動(dòng)控制任務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)都要按相同的設(shè)定工作，并且在整個(gè)工作過程中不能隨意改變。