如何通過USS協(xié)議實(shí)現(xiàn)西門子S7-1200PLC與G120變頻器的通信

如何通過USS協(xié)議實(shí)現(xiàn)西門子S7-1200PLC與G120變頻器的通信西門子S7-1200緊湊型PLC在當(dāng)前的市場(chǎng)中有著廣泛的應(yīng)用，作為經(jīng)常與SINAMICSG120系列變頻器共同使用的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。西門子S7-1200緊湊型plc在當(dāng)前的市場(chǎng)中有著廣泛的應(yīng)用，作為經(jīng)常與SINAMICSG120系列變頻器共同使用的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

S7-1200PLC目前有3種類型的CPU：

1）S7-1211CCPU。

2）S7-1212CCPU。

3）S7-1214CCPU。

這三種類型的CPU都可以使用USS通信協(xié)議通過通信模塊CM1241RS485來實(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

(6EP1332-1SH71)

2）S7-1214C(6ES7214-1BE30-0XB0)

3)CM1241RS485(6ES7241-1CH30-0XB0)

4)模擬器(6ES7274-1XH30-0XA0)本例中使用的G120變頻器硬件為：

1）SINAMICSG120PM240（6SL3244-0BA20-1BA0）

2）SINAMICSG120CU240S（6SL3224-0BE13-7UA0）

3）SIEMENSMOTOR(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Step7BasicV10.5(6ES7822-0AA0-0YA0)

4．組態(tài)我們通過下述的實(shí)際操作來介紹如何在Step7BasicV10.5中組態(tài)S7-1214C和G120變頻器的USS通信。4.1PLC硬件組態(tài)首先在Step7BasicV10.5中建立一個(gè)項(xiàng)目，如圖1所示。

圖2：新建S71200項(xiàng)目在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241RS485模塊，如圖2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S7-1200PLCCM1241RS485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)S7-1200CPU最多可帶3個(gè)通信模塊，而每個(gè)CM1241RS485通信模塊最多支持16個(gè)變頻器。因此用戶在一個(gè)S7-1200CPU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。5.2S71200PLC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功能塊用來處理USS網(wǎng)絡(luò)上的通信，它是S71200CPU與變頻器的通信借口。每個(gè)CM1241RS485模塊有且必須有一個(gè)USS_PORT功能塊。PORT：指的是通過哪個(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)。

S7-1200PLC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。S7-1200USS協(xié)議庫默認(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)CM1241RS485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的過程值。

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。

5.3S71200PLC進(jìn)行USS通信的調(diào)試S7-1200PLC通過CM1241RS485模塊與變頻器進(jìn)行USS通信時(shí)，需要注意如下幾點(diǎn)：當(dāng)同一個(gè)CM1241RS485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。當(dāng)同一個(gè)S7-1200PLC帶有多個(gè)CM1241RS485模塊（最多3個(gè)）時(shí)，這個(gè)時(shí)候通信的