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西門子S7-1200 PLC在當前的市場中有著廣泛的應用，作為常與變頻器共同使用的PLC，其與西門子MM440 變頻器的USS通信一直在市場上有著非常廣泛的應用。本文將主要介紹如何使用USS通信協議來實現S7-1200與MM440變頻器的通信。

　　1. USS通信介紹

　　1.1. USS協議特點

　　USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口) 是西門子專為驅動裝置開發的通信協議。USS 協議的基本特點如下：

　　? 支持多點通信（因而可以應用在 RS 485 等網絡上）

　　? 采用單主站的“主－從”訪問機制

　　? 每個網絡上多可以有 32 個節點（多 31 個從站）

　　? 簡單可靠的報文格式，使數據傳輸靈活高效

　　? 容易實現，成本較低

　　USS 的工作機制是，通信總是由主站發起，USS 主站不斷循環輪詢各個從站，從站根據收到的指令，決定是否以及如何響應。從站永遠不會主動發送數據。從站在以下條件滿足時應答：

　　-- 接收到的主站報文沒有錯誤，并且

　　-- 本從站在接收到主站報文中被尋址

　　上述條件不滿足，或者主站發出的是廣播報文，從站不會做任何響應。對于主站來說，從站必須在接收到主站報文之后的一定時間內發回響應。否則主站將視為出錯。

　　USS 的字符傳輸格式符合 UART 規范，即使用串行異步傳輸方式。USS 在串行數據總線上的字符傳輸幀為 11 位長度，如表1所示：

　　表1：USS字符幀

　　USS 協議的報文簡潔可靠，高效靈活。報文由一連串的字符組成，協議中定義了它們的特

　　定功能，表2所示：

　　表2：USS報文結構

　　每小格代表一個字符（字節）。其中：

　　STX： 起始字符，總是 02 h

　　LGE： 報文長度

　　ADR：從站地址及報文類型

　　BCC： BCC 校驗符

　　凈數據區由 PKW 區和 PZD 區組成，如表3所示：

　　表3：USS凈數據區

　　PKW： 此區域用于讀寫參數值、參數定義或參數描述文本，并可修改和報告參數的改變 。其中：

　　PKE： 參數 ID。包括代表主站指令和從站響應的信息，以及參數號等

　　IND： 參數索引，主要用于與 PKE 配合定位參數

　　PWEm：參數值數據

　　PZD： 此區域用于在主站和從站之間傳遞控制和過程數據?？刂茀蛋丛O定好的固定格式在主、從站之間對應往返。如：

　　PZD1：主站發給從站的控制字/從站返回主站的狀態字

　　PZD2： 主站發給從站的給定/從站返回主站的實際反饋

　　根據傳輸的數據類型和驅動裝置的不同，PKW 和 PZD 區的數據長度都不是固定的，它們可以靈活改變以適應具體的需要。但是，在用于與控制器通信的自動控制任務時，網絡上的所有節點都要按相同的設定工作，并且在整個工作過程中不能隨意改變。

　　注意：

　　對于不同的驅動裝置和工作模式，PKW 和 PZD 的長度可以按一定規律定義。 一旦確定就不能在運行中隨意改變 ；

　　PKW 可以訪問所有對 USS 通信開放的參數；而 PZD 僅能訪問特定的控制和過程數據；

　　PKW 在許多驅動裝置中是作為后臺任務處理，因此 PZD 的實時性要比 PKW 好。

　　1.2. S7-1200 USS通信簡介

　　CM 1241 RS485 模塊通過 RS485 端口與MM440進行通信。 可使用 USS 庫控制MM440和讀/寫MM440參數。該庫提供 1 個 FB 和 3 個 FC 來支持 USS 協議。 每個 CM1241 RS485 通信模塊多支持 16 個MM440。連接到一個 CM 1241 RS485 的所有MM440（多 16 個）是同一 USS 網絡的一部分。連接到另一 CM 1241 RS485 的所有MM440是另一 USS 網絡的一部分。 因為 S7-1200多支持三個 CM 1241 RS485 設備，所以用戶多可建立三個 USS 網絡，每個網絡多 16 個MM440，總共支持 48 個 USS MM440。各 USS 網絡使用各自的數據塊進行管理（使用三個 CM 1241 RS485 設備建立三個 USS網絡需要三個數據塊）。 同一USS 網絡相關的所有指令必須共享該數據塊。 這包括用于控制網絡上所有MM440的 USS_DRV、USS_PORT、USS_RPM 和USS_WPM 指令。

　　2. 硬件需求及接線

　　2.1. 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通信協議通過通信模塊CM1241 RS485來實現S7-1200與MM440變頻器的通信。

　　本例中使用的PLC硬件為：

　　1） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )

　　2) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1Cspan0 -0XB0 )

　　3) CSM 1277 ( 6GK7 277 -1AA00 - 0AA0)

　　本例中使用的MM440變頻器硬件為：

　　1） MM440 （ 6SE6440 - 2AB11 - 2AA1 ）

　　2） MICROMASTER 4 ENCODER MODULE （ 6SE6400 - 0EN00 - 0AA0 ）

　　3） SIEMENS MOTOR （ 1LA7060 - 4AB10 - Z ）

　　4） USS 通信電纜 ( 6XV1830 - 0EH10 )

　　2.2. 接線

　　建議使用西門子的網絡插頭和PROFIBUS電纜。在 S7-1200 CPU 通信口上使用西門子網絡插頭。

　　PROFIBUS 電纜的紅色導線B 即 RS 485 信號 +，此信號應當連接到 MM 440 通信端口的 P+；綠色導線A 即 RS 485 信號 -，此信號應當連接到 MM 440 通信端口的 N-。

　　圖1： MM440接線端子 表4：MM440端子定義

　　因為MM 440 通信口是端子連接，所以 PROFIBUS 電纜不需要網絡插頭，而是剝出線頭直接壓在端子上。如果還要連接下一個驅動裝置，則兩條電纜的同色芯線可以壓在同一個端子內。PROFIBUS 電纜的紅色芯線應當壓入端子 29；綠色芯線應當連接到端子 30，如圖1、表4所示。完整接線圖如圖2所示。

　　圖2： S7-1200與MM440接線圖

　　a. 屏蔽/保護接地母排，或可靠的多點接地。此連接對抑制干擾有重要意義。

　　b. PROFIBUS 網絡插頭，內置偏置和終端電阻。

　　c. MM 440 端的偏置和終端電阻。

　　d. 通信口的等電位連接?？梢员Ｗo通信口不致因共模電壓差損壞或通信中斷。

　　e. 雙絞屏蔽電纜（PROFIBUS）電纜，因是高速通信，電纜的屏蔽層須雙端接地（接 PE）。

　　注意，以下幾點對網絡的性能有極為重要的影響。幾乎所有網絡通信質量方面的問題都與未考慮到下列事項有關：

　　? 偏置電阻用于在復雜的環境下確保通信線上的電平在總線未被驅動時保持穩定；終端電阻用于吸收網絡上的反射信號。一個完善的總線型網絡必須在兩端接偏置和終端電阻。

　　? 通信口 M 的等電位連接建議單獨采用較粗的導線 ，而不要使用 PROFIBUS 的屏蔽層，因為此連接上可能有較大的電流，以致通信中斷。

　　? PROFIBUS 電纜的屏蔽層要盡量大面積接 PE。一個實用的做法是在靠近插頭、接線端子處環剝外皮，用壓箍將裸露的屏蔽層壓緊在 PE 接地體上（如 PE 母排或良好接地的裸露金屬安裝板）。

　　? 通信線與動力線分開布線；緊貼金屬板安裝也能改善抗干擾能力。驅動裝置的輸入/輸出端要盡量采用濾波裝置，并使用屏蔽電纜。

　　? 在 MM 440 的包裝內提供了終端偏置電阻元件，接線時可按說明書直接壓在端子上。如果可能，可采用熱縮管將此元件包裹，并適當固定。

　　3. 組態

　　我們通過下述的實際操作來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態S7-1214C 和MM440變頻器的USS通信。

　　3.1. PLC 硬件組態

　　首先在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖3所示。

　　圖3： 新建S7 1200項目

　　在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖4所示：

　　圖4： S7 1200硬件配置

　　在CPU的屬性中，設置以太網的IP地址，建立PG與PLC的連接，如圖5所示。

　　圖5： S7 1200 IP地址的設置

　　3.2. MM440參數設置

　　我們假定已經完成了驅動裝置的基本參數設置和調試（如電機參數辨識等等），以下只涉及與 S7-1200 控制器連接相關的參數。

　　MM 440 的參數分為幾個訪問級別，以便于過濾不需要查看的部分。 與 S7-1200 連接時，需要設置的主要有“控制源”和“設定源”兩組參數。要設置此類參數，需要“專家”參數訪問級別，即首先需要把 P0003 參數設置為 3。

　　控制源參數設置：

　　控制命令控制驅動裝置的啟動、停止、正/反轉等功能?？刂圃磪翟O置決定了驅動裝置從何種途徑接受控制信號，如表5所示。

　　表5：控制源由參數 P0700 設置

　　此參數有分組，在此僅設組，即 P0700[0]。

　　設定源控制參數：