西门子数控主板NCU573.5

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西门子S7-1200 紧凑型PLC在当前的市场中有着广泛的应用，作为经常与SINAMICS G120系列变频器共同使用的PLC，其USS通信协议的使用一直在市场上有着非常广泛的应用。本文将主要介绍如何使用USS通信协议来实现S7-1200与G120变频器的通信。

1．控制系统原理和接线图

下图是本例中所使用的原理和接线图。

图1:控制系统原理和接线图

2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以使用USS通信协议通过通信模块CM1241 RS485来实现S7-1200与G120变频器的通信。

本例中使用的PLC硬件为：
1）PM1207电源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
4) 模拟器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

本例中使用的G120变频器硬件为：
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 通信电缆 ( 6XV1830-0EH10)

3．软件需求

1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．组态

我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和G120变频器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件组态

首先在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图1所示。

图2： 新建S7 1200项目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模块CM1241 RS485模块，如图2所示。

图3： S7 1200硬件配置

在CPU的属性中，设置以太网的IP地址，建立PG与PLC的连接，如下图所示。

图4： S7 1200 IP地址的设置

4. 2 G120参数设置

变频器的参数设置如下表所示。

表1 ：G120变频器的参数设置

注意：表1中的17，18，19，20 这四项参数值的设置必须使PLC的参数值与变频器的参数值相*。而19，20这两个参数值必须设置成如表1中的值，否则有可能变频器与S7-1200通信有如下问题：可能不能读出从变频器反馈回来的参数值。

5．USS通信原理与编程的实现

5. 1 S7 1200 PLC与G120 通过USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS库进行USS通信，如下图所示：

图5： S7 1200 的USS库

        USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受变频器的信息和控制变频器的指令都是通过这个功能快来完成的。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_PORT功能块是S7-1200与变频器USS通信的接口,主要设置通信的接口参数。可在主OB或中断OB中调用。
        USS_RPM功能块是通过USS通信读取变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_WPM功能块是通过USS通信设置变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。

这些功能块与变频器之间的控制关系如下图所示：

图6： USS 通信功能块与变频器的控制关系

        USS_DRV功能块通过USS_DRV_DB数据块实现与USS_PORT功能块的数据接收与传送，而USS_PORT功能块是S7-1200 PLC CM1241 RS485模块与变频器之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与变频器的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。

        每个S7-1200 CPUzui多可带3个通信模块，而每个CM1241 RS485通信模块zui多支持16个变频器。因此用户在一个S7-1200 CPU中zui多可建立3个USS网络，而每个USS网络zui多支持16个变频器，总共zui多支持48个USS变频器。

5. 2 S7 1200 PLC进行USS通信的编程

1．USS通信接口参数功能块的编程
USS通信接口参数功能块的编程如下图所示。

图7： USS通信接口参数功能块的编程

USS_PORT功能块用来处理USS网络上的通信，它是S71200 CPU与变频器的通信借口。每个CM1241 RS485模块有且必须有一个USS_PORT功能块。

PORT：指的是通过哪个通信模块进行USS通信。
BAUD：指的是和变频器进行通行的速率。 变频器的参数P2010种进行设置。
USS_DB：指的是和变频器通信时的USS数据块。每个通信模块zui多可以有16个USS数据块，每个CPUzui多可以有48个USS数据块，具体的通信情况要和现场实际情况相。每个变频器与S7-1200进行通信的数据块是*的。
ERROR：输出错误。
STATUS：扫描或初始化的状态。
S7-1200 PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多个扫描。
USS_PORT通信的时间间隔是S7-1200与变频器通信所需要的时间，不同的通信波特率对应的不同的USS_PORT通信间隔时间。下图列出了不同的波特率对应的USS_PORTzui小通信间隔时间。

图8：不同的波特率对应的USS_PORTzui小通信间隔时间

        USS_PORT在发生通信错误时，通常进行3次尝试来完成通信事件，那么S7-1200与变频器通信的时间就是USS_PORT发生通信超时的时间间隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT与变频器通信的时间间隔应当大于zui小的调用时间间隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 协议库默认的通信错误超时尝试次数是2次。
        基于以上的USS_PORT通信时间的处理，我们建议在循环中断OB块中调用USS_PORT通信功能块。在建立循环中断OB块时，我们可以设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。循环中断OB块的扫描时间的设置如下图所示：

图9：循环中断OB块的扫描时间的设置 

2．USS_DRV功能块的编程
USS_DRV功能块的编程如下图所示。

西门子数控主板NCU573.5
图10： USS_DRV功能块的编程

USS_DRV功能块用来与变频器进行交换数据，从而读取变频器的状态以及控制变频器的运行。每个变频器使用*的一个USS_DRV功能块，但是同一个CM1241 RS485模块的USS网络的所有变频器（zui多16个）都使用同一个USS_DRV_DB。

USS_DRV_DB：变频器进行USS通信的数据块。
RUN：                 DB块的变频器启动指令。
OFF2：                 紧急停止，自由停车。 该位为0时停车。
OFF3：                 快速停车，带制动停车。 该位为0时停车。
F_ACK：             变频器故障确认。
DIR ：                 变频器控制电机的转向。
SPEED_SP：       变频器的速度设定值。

ERROR：          程序输出错误。
RUN_EN：        变频器运行状态指示。
D_DIR：           变频器运行方向状态指示。
INHIBIT：        变频器是否被禁止的状态指示。
FAULT：           变频器故障。
SPEED：           变频器的反馈的实际速度值。

DRIVE：           变频器的USS站地址。变频器参数P2011设置。
PZD_LEN：      变频器的循环过程字。 变频器参数P2012设置。

注意：变频器的PKW的长度在这里是特殊需要注意的，在使用USS通信时必须是4，如果改成3或者127都将不能读取反馈回来的过程值。

3．USS_RPM功能块的编程

USS_RPM功能块的编程 如下图所示。

图11：USS_RPM功能块的编程

USS_RPM功能块用于通过USS通信从变频器读取参数。

REQ：         读取参数请求。
DRIVE：     变频器的USS站地址。
PARAM：   变频器的参数代码。
INDEX：     变频器的参数索引代码
USS_DB：  变频器进行USS通信的数据块。

DONE：     读取参数完成。
ERROR：  读取参数错误。
STATUS： 读取参数状态代码。
VALUE：   所读取的参数的值。

注意：进行读取参数功能块编程时，各个数据的数据类型一定要正确对应。如果需要设置变量读取参数时，注意该参数变量的初始值不能为0，否则容易产生通信错误。

4．USS_WPM功能块的编程

USS_WPM功能块的编程如下图所示。

图12：USS_WPM功能块的编程

USS_WPM    功能块用于通过USS通信设置变频器的参数。
REQ：         读取参数请求。
DRIVE：     变频器的USS站地址。
PARAM：   变频器的参数代码。
INDEX：     变频器的参数索引代码。
EEPROM：把参数存储到变频器的EEPROM。
VALUE：    设置参数的值。
USS_DB：   变频器进行USS通信的数据块。

DONE：      读取参数完成。
ERROR：   读取参数错误状态。
STATUS：  读取参数状态代码。

注意：对写入参数功能块编程时，各个数据的数据类型一定要正确对应。如果需要设置变量进行写入参数值时，注意该参数变量的初始值不能为0，否则容易产生通信错误。

5. 3 S7 1200 PLC进行USS通信的调试

S7-1200 PLC 通过CM1241 RS485模块与变频器进行USS通信时，需要注意如下几点：

1. 当同一个CM1241 RS485 模块带有多个（zui多16个）USS变频器时，这个时候通信的USS_DB是同一个，USS_DRV功能块调用多次，每个USS_DRV功能块调用时，相对应的USS站地址与实际的变频器要*，而其它的控制参数也要*。
2. 当同一个S7-1200 PLC 带有多个CM1241 RS485模块（zui多3个）时，这个时候通信的USS_DB相对应的是3个，每个CM1241 RS485模块的USS网络使用相同的USS_DB,不同的USS网络使用不同的USS_DB。
3. 当对变频器的参数进行读写操作时，注意不能同时进行USS_RPM和USS_WPM的操作，并且同一时间只能进行一个参数的读或者写操作，而不能进行多个参数的读或者写操作。

在S7-1200 PLC 与变频器的USS通信的实际使用过程中，需要根据网络的现场情况，对问题进行具体的解决。

说明： 为二进制信号的变化提供了时间标志。在ET 200M中直接标记时间，由此可通过设置相应的参数来选择对哪些信号进行时间标记。这样信号变化可在10毫秒内获取。可通过作为使用模块的函数的通道设置上升或下降沿的判断。每个站zui多有128个信号可打上时间标志。 ......

说明：
为二进制信号的变化提供了时间标志。在ET 200M中直接标记时间，由此可通过设置相应的参数来选择对哪些信号进行时间标记。这样信号变化可在10毫秒内获取。可通过作为使用模块的函数的通道设置上升或下降沿的判断。每个站zui多有128个信号可打上时间标志。

1.函数：
IM153-2捕获二进制信号的变化，给它们标志上时间并以zui多20条消息将此信息存放到数据记录中。当可获取数据记录时，IM153-2触发一个过程中断。FB TIMESTMP保存包含时间标志的信息以便协调和执行对OB1中已标志时间的值的读取和MESSAGES到信息缓冲中的保存。如果 可获取多个数据记录，zui早的zui先读出。如果在块输入中设置了TIMECONV位，FB TIMESTMP会将所有的时间标志从ISP格式转换为DATE_AND_TIME (DT)格式。

如果参数BUFRDY = TRUE，那么信息缓冲中的信息就会被用户程序处理，例如，被传送到接收器(HMI设备，打印机)。现有信息数量在参数MSG_QTY中显示。处理后，用户程序必须复位BUFRDY来释放信息缓冲以存储新的信息。
参数BUFNOTREAD显示了接收到的过程中断次数，收到中断时，FB TIMESTMP没有从IM153-2读取任何数据记录。如BUFNOTREAD = 15，则IM153-2中的所有数据记录已满。IM153-2不再检测任何信号变化且信息会丢失。

2.要求：
只能在组态中使用支持二进制信号的时间转发和时间标志的FB TIMESTMP。 可见如下内容：

CPU：

• 可转发时间信息的CPU 4xx和CP443-5(从6GK7443-5DX02-0XE0起)
  或

• 可转发时间信息的CPU 4xx(例如从固件版本3.0起的CPU416-2 DP)

分布式I/O：

• 启动模块IM153-2，支持带时间标志的冗余(从6ES7153-2AA02固件版本V1.2.3起(发布10))
  或 

• IM153-2 FO，支持带内置FOC接口的冗余(从6ES7153-2AB01固件版本V1.2.3起(发布9))

• 数字输入SM321(6ES7321-7BH00-0AB0)隔离的16DE，直流24V，过程中断，诊断
   或

• 数字输入SM321(6ES7321-7BH00-0AB0)隔离的16DE，直流24V，NAMUR，支持诊断，带FOC函数

3.组态：
对于每个IM153-2，使用FB TIMESTMP的单独实例。在块输入LADDR中，输入在硬件配置中设置的IM153-2的逻辑地址(诊断地址)。如果在操作中改变了地址，块就会删除以前存储的过程中断数据。

如果在“S7-compatible”模式中使用了DP主站，请在块输入LADDR2中输入与LADDR相同的值。如果使用“DPV1”操作模式，那么在LADDR2中输入IM153-2的2号槽的诊断地址。

调用OB：
在以下OB中，FB TIMESTMP必须以相同的实例调用：

• OB1(周期程序)或作为选择的时间中断OB(OB30到OB38)
• OB86(子机架故障)
• OB100(启动)；如果使用其它启动OB(OB101，OB102)，也必须在那里调用 块
• OB40或–如果在硬件配置中可选择–也可以是另一个过程中断OB(OB41到OB47)

FB TIMESTMP参数只能在程序的循环部分提供和处理。否则，无法消除零星丢失数据的风险。

如果使用CFC，块会自动地在OB1，OB40，OB86和OB100中建立。

4.启动特性：

IM153-2
在启动/重启/冷启动时，IM153-2会再次为那些启动前被占用但还未取回的数据记录发出过程中断。

IM153-2总是在*个空闲数据记录中输入以下信息：

• 特殊信息“Begin startup data”
• 发生在CPU停止前的信号变化(“coming”或“going”，根据边沿参数的设置)
•  所有要进行时间标记的二进制信号的当前信号状态(“coming”或“going”，根据边沿参数的设置)
• 特殊信息“End startup data”

FB TIMESTMP
如果FB TIMESTMP在启动OB(OB100，OB101，OB102)中被调用，则它会删除所有存储的过程中断并复位BUFRDY。如果还有已知的被中断但还未读出的数据记录， 则会设置MSGLOST(信息丢失)为TRUE。用户程序必须复位MSGLOST。

5.错误行为：

OB86中的FB TIMESTMP的行为(模块故障)
如果FB TIMESTMP在OB86中被调用而且事件来自相关的IM153-2，那么它的反应象在启动一样。例如，故障和IM153-2返回及DP主站返回。

FB TIMESTMP
如果FB TIMESTMP在读取数据记录时检测到不可恢复的错误，会将READERR参数设为TRUE。为了进一步分析，在READSTATUS参数中返回SFC59的值。由于FB TIMESTMP在下一周期中可能读取另一条数据记录，READERR和READSTATUS只对一个周期有效。因此应该将其提供给用户程序中的相应处理。

如果当DP主站故障时读取数据记录，块发出READERR = 80B2h(“组态的槽位未被占有”)。

6.使用带时间标志的多路ET 200M：
每个站要求独立的信息缓冲。如果所有站的数据要以时间顺序传送到上层系统中，那么用户程序必须将缓冲中的条目以正确的时间顺序发送到上层系统(连接伙伴)。整个数据流控制必须也是由用户程序处理的。这样，比如有信息浪涌时，必须由CPU内的中间缓冲或提高到连接伙伴的发送速率来进行补偿。

7.冗余：
在H系统带两个IM153-2的情况下，会有关于时间标记的冗余，如果

• 两个IM153-2间的通信是运行在K总线上的
• 主动的和被动的IM153-2的更新完成无误。

时间标记在主动和被动IM153-2之间的切换中会被中断。中断周期由特殊信息“Switchover for redundancy Begin/End”来指示的。
通常主动IM153-2通知被动IM153-2当前的I/O状态。如果这一通信发生故障 ，会发出特殊信息“Loss of redundancy information outgoing”。只要主动和被动IM153-2间的通信一恢复，就发出特殊信息“Loss of redundancy information outgoing”。不能进行随后的比较，是因为在IM153-2故障时的切换会导致信息的丢失。

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西门子励磁板
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S7200CPU
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扩展模块
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附件
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