利用USS通訊協(xié)議完成S7—200對MM420變頻器的控制

楊勝利

摘要： 本文通過對USS通信協(xié)議的介紹，利用PLC通過USS協(xié)議完成對西門子變頻器MM420的啟動與停止，也可以通過相應(yīng)的指令完成對變頻器參數(shù)的寫入與讀取。

Abstract： Based on the introduction of USS communication protocol， using PLC and through the USS protocol to complete the start and stop of Siemens inverter MM420， complete the write and read of frequency inverter parameter through the corresponding instructions.

關(guān)鍵詞： USS通信協(xié)議；PLC指令庫；變頻器參數(shù)；編程

Key words： USS communication agreement；PLC instruction library；frequency inverter parameter；programming

中圖分類號：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0023-02

1 USS通訊協(xié)議（Universal Serial Interface Protocol）

通用串行接口協(xié)議，該協(xié)議是由西門子公司專為變頻器通信而開發(fā)出來的通用通行協(xié)議，它可以支持變頻器與PLC之間的通信連接，利用串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種協(xié)議。

S7—200PLC可以將其通信端口設(shè)置為自由口模式的USS協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)PLC對變頻器的控制，USS協(xié)議是主—從結(jié)構(gòu)協(xié)議，規(guī)定了USS總線上可以有一個主站（PLC）和最多31個從站（變頻器），總站上的每一個從站都有唯一的標(biāo)識碼（即站地址，在從站參數(shù)中設(shè)定），主站依靠標(biāo)識碼識別各個從站，每個從站也可以對主站發(fā)來的信息報(bào)文做出響應(yīng)并回應(yīng)報(bào)文，從站與從站之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，另外還有一種廣播通信方式，主站可以同時(shí)給所有的從站發(fā)送報(bào)文，從站在接受報(bào)文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后不必會送報(bào)文。

2 使用USS通信協(xié)議有很多的優(yōu)勢

在利用PLC對變頻器進(jìn)行控制時(shí)，多采用面板和端子進(jìn)行控制，PLC輸出數(shù)字量來控制變頻器的啟動和停止，也可以依靠PLC的模擬量輸出來控制變頻器的速度，但是這樣做有很多的弊端：①在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)需要很多的硬件，設(shè)計(jì)成本提高。②在現(xiàn)場布線時(shí)比較復(fù)雜，線和線之間容易引起相互的干擾和影響。③PLC與變頻器之間由于受到硬件的限制，彼此之間交換的信息量很少。④在控制變頻器的啟動與停止時(shí)，由于存在硬件動作時(shí)間延時(shí)的影響，如交流接觸器的主、輔觸點(diǎn)的動作延時(shí)，會影響控制的精度。⑤如果變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器只能從一個輸出點(diǎn)輸出，PLC能得到變頻器的故障狀態(tài)，但是不能準(zhǔn)確判斷當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，變頻器是處在何種狀態(tài)。

為了能夠準(zhǔn)確地控制變頻器，減少布線的壓力和降低成本，我們可以使用USS通訊協(xié)議方式來控制變頻器，西門子變頻器都可以利用網(wǎng)絡(luò)的方式與PLC進(jìn)行信息交換，進(jìn)行數(shù)字化的信息傳送，這樣做能夠克服以上缺點(diǎn)，極大提高系統(tǒng)的自動化控制水平和運(yùn)行的可靠性。

另外USS通信時(shí)的刷新周期與PLC的掃描周期是不同步的，一般要完成一次USS通信需要幾個掃描周期，通信時(shí)間與鏈路上的變頻器的臺數(shù)有關(guān)系，還與波特率和掃描周期有關(guān)。如果PLC的通信波特率設(shè)定在19.2Kbps，有三臺變頻器掛在總線上，經(jīng)過實(shí)際測試檢測通信時(shí)間大約是50ms左右。

3 如何利用S7—200對MM440變頻器進(jìn)行控制

3.1 硬件連接：一般情況下，USS通信電纜采用雙絞線即可，如果干擾比較嚴(yán)重，可以采用屏蔽雙絞線，也可以采用Profibus-DP電纜，在采用屏蔽雙絞線作為通信電纜時(shí)，把具有不同電位參考點(diǎn)的設(shè)備連接在一起，在互連電纜中會產(chǎn)生不應(yīng)有的電流，從而造成通信口的損壞。所以為了保護(hù)通信電纜上的設(shè)備，可以采用的方法一是采用共用的電路參考點(diǎn)，另外也可以采用相互隔離的方法，以防止電路中產(chǎn)生不應(yīng)有的電流產(chǎn)生，屏蔽線必須連接到機(jī)箱接地點(diǎn)或9芯D型插頭的插針1，而且建議將變頻器的0V端子連接到機(jī)箱接地點(diǎn)上。從PLC下載端口引出下載線，把3號端子的引線接到MM420變頻器14端子上，把8號端子的引線接到MM420變頻器15端子上。如果使用DP接線頭，那么終端電阻要打在關(guān)閉狀態(tài)，終端電阻的作用是用來防止信號反射的，并不是用來抗干擾的，如果通訊距離很近，波特率較低或點(diǎn)對點(diǎn)通信的情況下，可不用終端電阻。在多點(diǎn)通信的情況下，一般只需要在USS主站上首尾端家終端電阻就可以取得良好的通信效果。為了保護(hù)好被通信的設(shè)備，不要帶電插拔USS通信電纜，尤其是正在通信的過程中，這樣很容易損壞變頻器和PLC的通訊端口，如果是大功率的變頻器，即使變頻器斷電也要等到變頻器的電容徹底放電后，再去插拔通信電纜。

3.2 PLC的編程：在PLC編程軟件的界面上，我們找不到USS協(xié)議，所以在使用USS協(xié)議之前，需要安裝西門子的指令庫，可以在網(wǎng)站上下載和安裝后才可以使用。

3.3 USS協(xié)議需要占用PLC的通信端口0或1，使用USS_INIT指令可以選擇PLC的端口是使用USS協(xié)議還是PPI協(xié)議，選擇USS協(xié)議后PLC的相應(yīng)端口不能再做其他用途，包括與STEP7-Wicro/WIN的通信，只有通過執(zhí)行另外一條指令或?qū)LC的模式開關(guān)撥到STOP狀態(tài)后，才能重新再進(jìn)行PPI通信。當(dāng)PLC與變頻器的通信中斷時(shí)，變頻器將自動停止運(yùn)行，建議使用PLC226，因?yàn)樗袃蓚€通信端口，當(dāng)?shù)谝粋€端口用于USS通信時(shí)，第二個端口可以用于程序的檢測。

3.4 程序的編寫：

初始化調(diào)用：

Mode：1表示將端口0分配給USS通信協(xié)議，并啟用該協(xié)議。輸入值0將端口0分配給PPI，并禁止USS協(xié)議；Baud：通訊的波特率選擇9600；Active：鏈路中的變頻器的通信地址為0；Done：當(dāng)該指令完成后，該位變?yōu)?；Error：把錯誤信息放置在VB100地址里。

Uss_ctrl指令用于控制MicroMaster驅(qū)動器的激活：

利用SM0.0把USS__Ctrl激活，i0.6為1時(shí)啟動變頻器運(yùn)行；i0.5為1時(shí)按減速模式停機(jī)；i0.4為1時(shí)按快速停車模式停機(jī)；i0.3為故障確認(rèn)信息，當(dāng)i0.3從0轉(zhuǎn)為1時(shí)，驅(qū)動器清除故障；i0.2為變頻器的方向，1為正轉(zhuǎn)，0為反轉(zhuǎn)；要控制的是地址為0的變頻器；變頻器的型號為MM440；速度設(shè)定值100.0；m10.1為收到應(yīng)答，每次S7-200從驅(qū)動器收到應(yīng)答時(shí)，Resp_R位均會打開，進(jìn)行一次掃描，所有以下數(shù)值均被更新；VW200為來自變頻器的狀態(tài)字，表示當(dāng)時(shí)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)；VD400為變頻器的返回的實(shí)際運(yùn)行速度；m10.2為變頻器返回的的運(yùn)行狀態(tài)信號，1表示為正在運(yùn)行，0表示為已停止；m10.2為變頻器返回的運(yùn)行方向，1表示為正轉(zhuǎn)，0表示為反轉(zhuǎn)；m10.4為變頻器返回的禁止?fàn)顟B(tài)信號，1表示為禁止，0表示為開放；m10.5為故障指示位，0-無故障，1-故障。

USS協(xié)議讀取指令的調(diào)用：

利用i0.1的上升沿來讀取變頻器的實(shí)際運(yùn)行頻率，變頻器的地址為0，讀取的變頻器參數(shù)為3，變頻器參數(shù)的下標(biāo)為0，把這些命令存放在VD120存儲空間里；m10.6為完成位，VB100表示錯誤，變頻器返回的參數(shù)值存放在VW130空間里。

USS協(xié)議寫入指令的調(diào)用：

利用i0.0的上升沿來寫入控制變頻器的命令，控制變頻器的地址為0，控制變頻器的參數(shù)為10，變頻器參數(shù)10的下標(biāo)為0，寫入到變頻器的參數(shù)值為30，把這些命令存放在VD150存儲空間里；m10.7為完成位，VB100表示錯誤，當(dāng)變頻器關(guān)斷后，信息存儲在EEPROM中。

3.5 設(shè)置變頻器的參數(shù)：

①參數(shù)復(fù)位：P0010=30 P0970=1

②快速調(diào)試：P0010=1 P0304=額定電壓 P0305=額定電流P0307=額定功率 P0310=電機(jī)的額定頻率 P0311=電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速

③設(shè)置參數(shù)：

P2012.2=2（USS協(xié)議的PZD長度，即過程數(shù)據(jù)的長度）

P2013.0=127（USS協(xié)議的PKW長度，等于127表示PKW長度是可變的） P0003=3（訪問等級）

P0700=5（選擇命令源，=5 COM鏈路的USS設(shè)置）

P1000=5（頻率設(shè)定值的選擇 =5 通過COM鏈路的USS設(shè)定）

P1120=5（斜坡上升時(shí)間5S） P1121=4（斜坡下降時(shí)間4S）

P2000=25（基準(zhǔn)頻率） P2009.0=0（USS規(guī)格化）

P2010.0=6（USS協(xié)議波特率 =6是9600波特）

P2011.0=0（USS地址，為變頻器指定一個唯一的串行通訊地址）

P2014.0=0（USS協(xié)議的停止傳輸時(shí)間）

P0971=1（從RAM向EEPROM傳輸時(shí)間）

4 總結(jié)

通過這樣的連線、PLC的編程、變頻器的參數(shù)設(shè)置之后，在i0.5和i0.4為低電平時(shí)，按下i0.6按鈕，地址為0的變頻器開始啟動，啟動的速度為100%，方向?yàn)楫?dāng)i0.2為低電平時(shí)為反轉(zhuǎn)，當(dāng)i0.2為高電平時(shí)為正轉(zhuǎn)。

如果想改變變頻器的參數(shù)，以改變P0010為例，如果原來的參數(shù)為0，現(xiàn)在想改變?yōu)?0時(shí)，采用USS協(xié)議寫入指令完成對變頻器0的控制，如果想讀取變頻器的參數(shù)時(shí)，采用USS協(xié)議讀取指令完成對變頻器的參數(shù)監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶權(quán).變頻器應(yīng)用技術(shù).華南理工大學(xué)出版社，2007.

[2]李自先.變頻器實(shí)用技術(shù)與維修精要.人民郵電出版社，2009.

[3]胡建.西門子S7-200PLC與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2010.