徐汇西门子变频器代理商

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硬件需求及接线

2.1. 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MM440变频器的通信。
本例中使用的PLC硬件为：
1） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
2) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
3) CSM 1277 ( 6GK7 277 -1AA00 - 0AA0)
本例中使用的MM440变频器硬件为：
1） MM440 （ 6SE6440 - 2AB11 - 2AA1 ）
2） MICROMASTER 4 ENCODER MODULE （ 6SE6400 - 0EN00 - 0AA0 ）
3） SIEMENS MOTOR （ 1LA7060 - 4AB10 - Z ）
4） USS 通信电缆 ( 6XV1830 - 0EH10 )

2.2. 接线
建议使用西门子的网络插头和PROFIBUS电缆。在 S7-1200 CPU 通信口上使用西门子网络插头。
PROFIBUS 电缆的红色导线B 即 RS 485 信号 +，此信号应当连接到 MM 440 通信端口的 P+；绿色导线A 即 RS 485 信号 -，此信号应当连接到 MM 440 通信端口的 N-。

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图1： MM440接线端子                                       表4：MM440端子定义

因为MM 440 通信口是端子连接，所以 PROFIBUS 电缆不需要网络插头，而是剥出线头直接压在端子上。如果还要连接下一个驱动装置，则两条电缆的同色芯线可以压在同一个端子内。PROFIBUS 电缆的红色芯线应当压入端子 29；绿色芯线应当连接到端子 30，如图1、表4所示。完整接线图如图2所示。

图2： S7-1200与MM440接线图

a. 屏蔽/保护接地母排，或可靠的多点接地。此连接对抑制干扰有重要意义。
b. PROFIBUS 网络插头，内置偏置和终端电阻。
c. MM 440 端的偏置和终端电阻。
d. 通信口的等电位连接。可以保护通信口不致因共模电压差损坏或通信中断。
e. 双绞屏蔽电缆（PROFIBUS）电缆，因是高速通信，电缆的屏蔽层须双端接地（接 PE）。
注意，以下几点对网络的性能有极为重要的影响。几乎所有网络通信质量方面的问题都与未考虑到下列事项有关：

? 偏置电阻用于在复杂的环境下确保通信线上的电平在总线未被驱动时保持稳定；终端电阻用于吸收网络上的反射信号。一个完善的总线型网络必须在两端接偏置和终端电阻。
? 通信口 M 的等电位连接建议单独采用较粗的导线 ，而不要使用 PROFIBUS 的屏蔽层，因为此连接上可能有较大的电流，以致通信中断。
? PROFIBUS 电缆的屏蔽层要尽量大面积接 PE。一个实用的做法是在靠近插头、接线端子处环剥外皮，用压箍将裸露的屏蔽层压紧在 PE 接地体上（如 PE 母排或良好接地的裸露金属安装板）。
? 通信线与动力线分开布线；紧贴金属板安装也能改善抗*力。驱动装置的输入/输出端要尽量采用滤波装置，并使用屏蔽电缆。
? 在 MM 440 的包装内提供了终端偏置电阻元件，接线时可按说明书直接压在端子上。如果可能，可采用热缩管将此元件包裹，并适当固定。

3. 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MM440变频器的USS通信。

3.1. PLC 硬件组态

首先在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图3所示。

图3： 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4所示：

图4： 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，如图5所示。

图5： S7 1200 IP地址的设置

3.2. MM440参数设置

我们假定已经完成了驱动装置的基本参数设置和调试（如电机参数辨识等等），以下只涉及与 S7-1200 控制器连接相关的参数。
MM 440 的参数分为几个访问级别，以便于过滤不需要查看的部分。 与 S7-1200 连接时，需要设置的主要有“控制源”和“设定源”两组参数。要设置此类参数，需要“专家”参数访问级别，即首先需要把 P0003 参数设置为 3。
控制源参数设置：
控制命令控制驱动装置的启动、停止、正/反转等功能。控制源参数设置决定了驱动装置从何种途径接受控制信号，如表5所示。

表5：控制源由参数 P0700 设置

此参数有分组，在此仅设*组，即 P0700[0]。
设定源控制参数：
设定值控制驱动装置的转速/频率等功能。设定源参数决定了驱动装置从哪里接受设定值（即给定），如表6所示。

表6：设定源由参数 P1000 设置

此参数有分组，在此仅设*组，即 P1000[0]。
控制源和设定源之间可以自由组合，根据工艺要求可以灵活选用。我们以控制源和设定源都来自 COM Link 上的 USS 通信为例，简介 USS 通信的参数设置。

主要参数有：
1. P0700： 设置 P0700[0] = 5，即控制源来自 COM Link 上的 USS 通信；
2. P1000： 设置 P1000[0] = 5，即设定源来自 COM Link 上的 USS 通信；
3. P2009： 决定是否对 COM Link 上的 USS 通信设定值规格化，即设定值将是运转频率的百分比形式，还是频率值。为0，不规格化 USS 通信设定值，即设定为MM440中的频率设定范围的百分比形式；为1，对 USS 通信设定值进行规格化，即设定值为的频率数值；
4. P2010： 设置 COM Link 上的 USS 通信速率。根据 S7-1200 通信口的限制，支持的通信波特率如表7所示。

表7：通信波特率

5. P2011： 设置 P2011[0] = 0 至 31，即驱动装置 COM Link 上的 USS 通信口在网络上的从站地址；
6. P2012： 设置 P2012[0] = 2，即 USS PZD 区长度为 2 个字长；
7. P2013： 设置 P2013[0] = 4；
8. P2014： 设置 P2014[0] = 0 至 65535，即 COM Link 上的 USS 通信控制信号中断超时时间，单位为 ms；如设置为 0，则不进行此端口上的超时检查；
9. P0971： 设置 P0971 = 1，上述参数将保存入MM 440 的 EEPROM 中。

4. USS通信原理与编程的实现

4.1 S7 1200 PLC与MM440 通过USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS库进行USS通信，如图6所示：

图6：S7 1200 的USS库

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MM440之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与MM440的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。如图7所示。

图7：通信结构图

4.2. 功能块使用介绍
USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受MM440的信息和控制MM440的指令都是通过这个功能快来完成的。必须在主 OB中调用。
USS_PORT功能块是S7-1200与MM440进行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MM440的参数。必须在主 OB中调用。
USS_WPM功能块是通过USS通信设置MM440的参数。必须在主 OB中调用。

4.3. S7 1200 PLC进行USS通信的编程

4.3.1. USS_DRV功能块的编程

USS_DRV功能块的编程如图8所示。

图8： USS_DRV功能块的编程

USS_DRV功能块用来与MM440进行交换数据，从而读取MM440的状态以及控制MM440的运行。每个MM440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MM440（多16个）都使用同一个USS_DRV_DB。

4.3.2. 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图9所示。

图9： 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MM440的通信接口。每个CM1241 RS485模块有且必须有一个USS_PORT功能块。
PORT： 通信模块标识符：在默认变量表的“常量”(Constants) 选项卡内引用的常量。
BAUD： 指的是和MM440进行通行的速率。 MM440的参数P2010种进行设置。
USS_DB： 引用在用户程序中放置 USS_DRV 指令时创建和初始化的背景数据块。

ERROR： 输出错误。
STATUS：扫描或初始化的状态。
USS_PORT 功能通过RS485通信模块处理 CPU 和变频器之间的实际通信。 每次调用此功能可处理与一个变频器的一次通信。 用户程序必须尽快调用此功能以防止与变频器通信超时。 可在主 OB 或任何中断 OB 中调用此功能。通常从循环中断 OB 调用USS_PORT 以防止变频器超时以及使 USS_DRV 调用的 USS 数据保持。
S7-1200 PLC与MM440的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与MM440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MM440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。表8列出了不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间。

表8：不同的波特率对应的USS_PORT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MM440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9600，那么USS_PORT与MM440通信的时间间隔应当大于小的调用时间间隔，即大于116.3毫秒而小于349毫秒。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，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图10所示：

图10：循环中断OB块的扫描时间的设置

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