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SINAMICS G120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
S7-1200 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)議通過通信模塊CM1241 RS485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 ( 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)

我們通過下述的實(shí)際操作來介紹如何在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。

序號(hào)	功能	參數(shù)	設(shè)定值
1	工廠設(shè)置復(fù)位	P0010	30
2	工廠設(shè)置復(fù)位	P970	1
3	快速啟動(dòng)設(shè)置	P0010	1
4	電機(jī)額定電壓	P0304	380V
5	電機(jī)額定功率	P0307	5.5KW
6	電機(jī)額定頻率	P0310	50Hz
7	電機(jī)額定轉(zhuǎn)速	P0311	1350r/min
8	USS命令源	P0700	5
9	頻率設(shè)定源	P01000	5
10	最小電機(jī)頻率	P1080	0.0Hz
11	最大電機(jī)頻率	P1081	50.0Hz
12	啟動(dòng)斜坡時(shí)間	P1120	10.0S
13	延遲斜坡時(shí)間	P1121	10.0S
14	結(jié)束快速啟動(dòng)設(shè)置	P3900	1
15	激活專家模式	P0003	3
16	參考頻率	P2000	50.0Hz
17	USS數(shù)據(jù)傳輸速度	P2010	9
18	USS從站地址	P2011	1
19	USS PZD長(zhǎng)度	P2012	2
20	USS PKW長(zhǎng)度	P2013	4
21	通信監(jiān)控	P2014	0
22	在E2PROM 保存數(shù)據(jù)	P0971	1
23	激活專家模式	P0003	3
24	激活參數(shù)模式	P0010	30
25	從G120中傳輸參數(shù)到BOP	P0802	1

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通信有如下問題：可能不能讀出從變頻器反饋回來的參數(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USS通信的基本原理

S7 1200提供了專用的USS庫進(jìn)行USS通信，如下圖所示：

圖5： S7 1200 專用的USS庫

        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這個(gè)功能快來完成的。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)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. 3 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的調(diào)試

S7-1200 PLC 通過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。

在S7-1200 PLC 與變頻器的USS通信的實(shí)際使用過程中，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)問題進(jìn)行具體的解決。

關(guān)鍵詞
USS 協(xié)議，S7-1200，G120，變頻器