plc与变频器协同控制电机转速.doc

沈阳理工大学学士学位论文摘 要PLC和变频器是工厂实现远程控制，提高生产效率的重要硬件。采用PLC的优点就在于PLC的程序编制过程不是很复杂。而组态软件又使得工厂在生产过程中能够远程监控设备的运行，能够及时有效的处理突发事件。组态王控制功能强大，界面创建简单，编写程序方便，有利于初学者使用。本次设计是在熟悉KING VIEW 组态王、S7-200编程软件、西门子MM420变频器、以及USS通信协议的基础上完成的。本文主要体现了，PLC与变频器之间利用USS协议连接起来，共同控制电动机调速，最终要实现的是利用组态王的监控界面可以改变PLC的打开/闭合，能够监控电机的运转画面。文中重点介绍了组态王界面的制作及参数的设置、USS协议的应用、PLC程序的编写过程及参数设置、变频器的参数设置、PLC与变频器的通信等。关键词：PLC；变频器；USS通信协议；组态王AbstractPLC and transducer is important hardware which realizes long control and improve the yield in the factory. PLCS merits consist that weaving PLCS programs arent very hard. King view make the factory can watch and control the running facilities between the producing processes, also deal with matters which break out in season. The king view has powerful control function, it settees up interfaces very easy, it writes programs easy, and it is propitious to using for novice.In this design is completed on the bases of knowing KING VIEW, s7-200 programming software, SIEMENSE MM420, transducer and USS communication protocol. This essay mainly materializes that PLC linked up with transducer, making use of USS communication protocol. They controlled the speed of electromotor. Finally we well realized the interface of king view and can change PLCs on/off, and then we can supervise and control the working menu of electromotor. In this essay, I introduce the facture of king view and the parameters setting of king view, the application of USS protocol, the writing process of the PLCs program and parameter setting, the parameter setting of transducer, communication between PLC and transducer, etc.Keywords: PLC; transducer; USS communicating protocol; king view目 录1 引言11.1课题背景及设计研究方向11.1.1 课题背景11.1.2 设计研究方向22 PLC可编程控制器32.1 可编程控制器梯形图编程规则32.1.1 编程的几个步骤32.2 S7200的通信方式与通信参数的设置42.2.1 S7-200的通信方式42.2.2 S7-200通信的硬件选择42.2.3 网络部件52.2.4 使用PC/PPI电缆通信62.2.5 计算机使用的通信接口参数的设置72.3 S7-200的网络通信协议72.3.1 点对点接口协议72.3.2 多点接口协议(MPI)83 变频器93.1 变频器介绍93.1.1 变频器面版图93.1.2 快速调试103.1.3控制端子124 通信协议介绍134.1 USS通信协议134.1.1 USS协议的网络结构134.2采用通用的串行接口协议144.2.1 通讯报文的结构144.2.2 USS协议有关信息的详细说明154.2.3 USS的物理连接174.3 MICROMASTER4 有关USS 通讯的参数设置184.3.1 基本设定184.4 USS库中指令介绍194.4.1 USS_INIT指令194.4.2 USS_CTRL指令204.4.3 USS_RPM_x指令224.4.4 USS_WPM_x指令235 KING VIEW组态软件介绍255.1 组态软件的概述255.2 制作一个工程的一般过程255.2.1 建立组态新工程265.2.2 创建组态画面285.2.3 定义I/O设备316 设计过程及设备调试356.1PLC与变频器通信设置356.1.1PLC软件应用及参数设置356.1.2变频器通信参数设置406.2 电机调试过程41结论42致谢43参考文献44附录A45附录B50561 引言1.1课题背景及设计研究方向1.1.1课题背景在工业控制自动化领域的发展过程中，手工操作的进行工业生产的设备已经逐渐被淘汰，取而代之的是利用先进的设备及软件系统实现远程控制，这样一来，工人不用在车间工作，减少了不小的危险性，更重要的是先进设备及软件系统的引用使得生产过程简单化，生产车间标准化，生产效率大大提高，控制性能大大加强。硬件设备中PLC与变频器逐渐成现代生产过程中的重要组成部分了。他们可以通过之间的通信协议进行通信连接来控制设备的生产过程。Profibus (ProcessF ieldbus)协议和USS(UniverselleS erielleS chnittstelle:德语)协议都是常见的协议。常见的变频器、直流调速器会支持这两种接口协议。Profibus协议复杂、稳定、可靠，被广泛的支持，目前已应用的领域包括加工制造、过程控制和楼宇自动化等。USS协议简单高效，常被用来与PLC或者PC相连接，组成远程控制系统。USS协议，简单易用，而且性能稳定，它在中小型的自动化应用系统中应用很广泛。直接采用USS协议进行组网，无须购置额外的附件进行系统组态(Profibus协议需要另购附件)，成本大大下降。因此，直接利用USS协议组建控制网络，是一个获得低成本、高性能的好办法。但是组建这样的基于USS协议的远程控制网络有些困难，主要原因有两点，可以归结为组态软件的功能问题和软件重用问题。(1 ) 有些组态软件不提供USS协议。当用户想利用USS协议组态时，就要编写脚本，从底层做起，查找资料，分析协议，最后编写代码，测试软件等等。对软件开发人员来说，这可能不算什么，但对工业自动化设计人员就是一个很大的障碍和负担，他们对底层的软件开发并不是很了解。并且不同的组态软件脚本语言差别很大，如果更换了组态软件，又要从头做起;有的组态软件脚本提供的功能很少，开发不了USS协议。(2 ) 有些用户不使用组态软件由于成本和特殊需要，用户需要自己利用编程工具开发USS协议。这样也要重复上述工作，从底层1/O做起，直至上层软件完全手动实现，任务量很大。另外编程语言各种各样从一个开发平台迁移到另一个开发平台，几乎又要重新做这项工作。面对如此的问题，我们依然可以用KINGVIEW 组态王来解决这些问题，我们可以利用组态王的COM通信口与PLC进行通信，利用PLC的强大的功能实现控制被控对象。1.1.2设计研究方向本次设计研究的方向是PLC与变频器利用USS协议进行通信，实现对电机转速的控制，同时用组态王进行监控。在工业生产中组态王软件的应用十分的广泛，功能十分强大，尽管组态王没有USS协议，不过已经找到了可以代替的方法，如利用COM口监控PLC运行，进而监控电机的转速。2 PLC可编程控制器2.1 可编程控制器梯形图编程规则2.1.1 编程的几个步骤 1、决定系统所需的动作及次序。 当使用可编程控制器时，最重要的一环是决定系统所需的输入及输出，这主要取决于系统所需的输入及输出接口分立元件。输入及输出要求：第一步是设定系统输入及输出数目，可由系统的输入及输出分立元件数目直接取得。 第二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应。2、将输入及输出器件编号 每一输入和输出，包括定时器、计数器、内置寄存器等都有一个唯一的对应编号，不能混用。3、根据控制系统的动作要求，画出梯形图。4、将梯形图转化为程序 把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码，当完成梯形图以后，下一步是把它编码成可编程控制器能识别的程序。 这种程序语言是由地址、控制语句、数据组成。地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置，控制语句告诉可编程控制器怎样利用数据作出相应的动作。5、在编程方式下用键盘输入程序。6、编程及设计控制程序。7、测试控制程序的错误并修改。8、保存完整的控制程序。2.2 S7200的通信方式与通信参数的设置2.2.1 S7-200的通信方式S7-200的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。在运行Windows或Windows NT操作系统的个人计算机(PC)上安装了STET 7-Micro/WIN 32编程软后，PC可作为通信中的主站。（1）单主站方式单主站与一个或多个从站相连，STEP 7-Micro/WIN32每次和一个S7-200 CPU通信,但是它可以访问网络上的所有CPU。（2）多主站方式通信网络中有多个主站，一个或多个从站。带CP通信卡的计算机和文本显示器TD200、操作面板OP15是主站，S7-200 CPU可以是从站或主站。2.2.2 S7-200通信的硬件选择表2.1给出了可供用户选择的STEP 7-Micro/WIN 32支持的通信硬件和波特率。除此之外，S7-200还可以通过EM277 PROFIBUS-DP模块连接到PROFIBUS-DP现场总线网络，各通信卡提供一个与PROFIBUS网络相连的RS-485通信口。表2.2给出了S7-200与PROFIBUS通信模块EM227的性能。表2.1 STEP 7-Micro/WIN 32支持的硬件配置支持的硬件类 型支持的波特率/Kbps支持的协议PC/PPI电缆到PC通信口的电缆联接器9.6，19.2PPI协议CP 5511II型，PCMCIA卡9.6，19.2，187.5支持用于笔记本电脑的PPI，MPI和PROFIBUS协议CP 5611PCI卡(版本3或更高)支持用于PC的PPI，MPI和PROFIBUS协议MPI集成在编程器中的PC ISA卡表2.2 S7-200与PROFIBUS通信模块EM277的性能连 接 口支持的波特率/Kbps逻辑连接数支持的协议S7-200 CPU口 09.6K每个模块4个PPI，MPI和PROFIBUS协议口 19.6K，19.2K，187.5KEM277 PROFIBUS-DP 模块每个CPU最多2块9.6K-12M每个模块6个MPI和PROFIBUS协议2.2.3 网络部件1、通信口S7-200 CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN 50170。表2.3给出了通信口的引脚分配。表2.3 S7-200 CPU通信口引脚分配针PROFIBUS名称端口0/端口11屏蔽逻辑地224V返回逻辑地3RS-485信号BRS-485信号B4发送申请RTS(TTL)55V返回逻辑地6+5V+5V，100串联电阻7+24V+24V8RS-485信号ARS-485信号A9不用10位协议选择连接器外壳屏蔽屏蔽2、网络连接器利用西门子提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易的连到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子，可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程接口。两种网络连接器还有网络偏置和终端偏置的选择开关，该开关在ON位置时的内部接线图，在OFF位置时未接终端电阻。接在网络端部的连接器上的开关应放在ON位置。带有编程器接口的连接器可以把SIMATIC编程器或操作员面板接到网络中，而不用改动现有的网络连接。编程器接口的连接器把CPU来的信号传到编程器接口，这个连接器对于连接从CPU获取电源的设备(例如操作员面板TD200或OP3)很有用。2.2.4 使用PC/PPI电缆通信使用PC/PPI电缆可实现S7-200CPU与RS-232标准兼容的设备的通信。有两种不同型号的PC/PPI电缆：1、带RS-232口的隔离型PC/PPI电缆，用5个DIP开关设置波特率和其他配置项。通信的波特率用PC/PPI电缆盒上的DIP开关来设置。2、带RS-232口的非隔离型PC/PPI电缆，用4个DIP开关设置波特率，这种电缆已经被隔离型PC/PPI电缆取代。 当数据从RS-232传送到RS-485口时，PC/PPI电缆是发送模式。当数据从RS-485传送到RS-232口时，PC/PPI电缆是接收模式。检测到RS-232的发送线有字符时，电缆立即从接收模式切换到发送模式。RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。这个时间与电缆上的DIP开关设置的波特率有关。开关PC/PPI电缆的5号DIP设为0时，RS-232口为数据通信设备(DCE)模式，设置为1时，为数据终端设备(DTE)模式。表2.4是PC/PPI电缆各个引脚的定义。表2.4 RS-485至RS-232DTE连接器引脚RS-485连接器引脚RS-232DTE连接器引脚引脚号信号说明引脚号信号说明1地(RS-485逻辑地)1数据载波检测(DCD)(不用)224V(RS-485逻辑地)2接收数据(RD，输入到PC/PPI电缆)3信号B(RxD/TxD+)3发送数据(TD，从PC/PPI电缆输出)4RTS(TTL电平)4数据终端就绪(DTR，不用)5地(RS-485逻辑地)5地(RS-232逻辑地)6+5V(带100串联电阻)6数据设置就绪(DSR，不用)724V电源7申请发送(RTS，PC/PPI电缆输出)8信号A(RxD/TxD-)8清除发送(CTS，不用)9协议选择9振铃指示器(RI，不用)注：调制解调器需要一个阴到阳的9针到25针的转换。2.2.5 计算机使用的通信接口参数的设置打开“设置PG/PC接口”对话框，“Micro/WIN”应出现在“Access Point of the Application(应用的访问接点)”列表框中。PC/PPI电缆只能选用PPI协议：选择好通信协议后，单击“设置PG/PC接口”对话框中的“属性(Properties)”按钮，然后在弹出的窗口中设置通信参数。PC/PPI电缆的PPI参数设置：如果使用PC/PPI电缆，在“设置PG/PC接口”对话框中单击“属性”按钮，就会出现PC/PPI电缆(PPI)的属性窗口。进行通信时，STEP 7-Micro/WIN 32的默认设置为多主站PPI协议。此协议允许STEP 7-Micro/WIN 32与其他主站(TD 200与操作员面板)在网络中共为主站。选中PG/PC接口中PC/PPI电缆属性对话框中的“多主站网络(Multiple Master Netword)”，即可启动此模块，未选择时为单主站协议。2.3 S7-200的网络通信协议S7-200支持多种通信协议，如点对点接口(PPI)、多点接口(MPI)和PROFIBUS。它们都是基于字符的异步通信协议，带有起始位、8位数据、偶校验和1个停止位。通信帧由起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性校验和组成。只要波特率相同，三个协议可以在网络中同时运行，不会相互影响。协议支持一个网络上的127个地址(0126)，网络上最多可有32个主站，网络上各设备的地址不能重复。运行STEP 7-Micro/WIN 32的计算机的默认地址为0，操作员面板的默认地址为1，可编程控制器的默认地址为2。2.3.1 点对点接口协议PPI(Point-to-Point)是主/从协议，网络上的S7-200 CPU均为从站，其他CPU、SIMATIC编程器或TD200为主站。如果在用户程序中允许PPI主站模式，一些S7-200 CPU在RUN模式下可以作主站，它们可以用网络读(NETR)和网络写(NETW)指令读写其他CPU中的数据。S7-200 CPU作PPI主站时，还可以作为从站响应来自其他主站的通信申请。PPI没有限制可以有多少个主站与一个从站通信，但是在网络中最多只能有32个主站。2.3.2 多点接口协议(MPI)MPI是集成在西门子公司的可编程序控制器、操作员界面和编程器上的集成通信接口，用于建立小型的通信网络。最多可接32个节点，典型数据长度为64字节，最大距离100m。MPI(Multi-Point)可以是主/主协议或主/从协议。S7-300 CPU作为网络主站，使用主/主协议。对S7-200 CPU建立主/从连接，因为S7-200 CPU是从站。MPI在两个相互通信的设备之间建立连接，一个连接可能是两个设备之间的非公用连接，另一个主站不能干涉两个设备之间已经建立的连接。主站可以短时间建立连接，或使连接长期断开。每个S7-200 CPU支持四个连接，每个EM277模块支持6个连接。它们保留两个连接，其中一个给SIMATIC编程器或计算机，另一个给操作员面板。保留的连接不能被其他类型的主站(如CPU)使用。 S7-200与计算机之间的MPI通信，S7-200要与计算机之间进行MPI通信，计算机内必须安装有CP5611网卡。3 变频器3.1 变频器介绍3.1.1 变频器面版图图3.1 BOP基本操作面板上的按钮功能图表3.1 基本操作面板更改参数的数值显示/按钮功能功能的说明状态显示LCD 显示变频器当前的设定值。起动变频器按此键起动变频器。缺省值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操应设定P0700=1。停止变频器OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车.缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作，应设定P0700=1。OFF2：按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车此功能总是“使能”的。改变电动机的转动方向按此键可以改变电动机的转动方向。电动机的反向用负号（）表示或用闪烁的小数点表示。缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设定P0700=1。电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。功能此键用于浏览辅助信息。变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2 秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中，从任何一个参数开始）：1. 直流回路电压（用d 表示 单位：V） 2. 输出电流（A）3. 输出频率（Hz）4. 输出电压（用o 表示 单位：V）。5. 由P0005 选定的数值（如果P0005 选择显示上述参数中的任何一个（3 4，或5）， 这里将不再显示）。连续多次按下此键，将轮流显示以上参数。跳转功能在显示任何一个参数（rXXXX 或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000, 如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。跳转到r0000 后，按此键将返回原来的显示点。访问参数按此键即可访问参数。增加数值按此键即可增加面板上显示的参数数值。减少数值按此键即可减少面板上显示的参数数值. 3.1.2 快速调试变频器有许多参数，为了快速进行调试，选用其中最基本的参数进行修正即可，过程如下：传统的异步电动机是由恒频恒压的正弦波电源供电，而变频调速的异步电动机则是由变频变压的变频器供电，在供电电源中包含有大量的高次谐波。变速运行以及供电电源的非正弦，是变频调速异步电动机设计中需要特殊考虑的两个问题。P0010开始快速调试0 准备运行1 快速调试30 工厂的缺省设置值说明：在电动机投入运行之前，必须回到0但是如果调试结束后选定P3900=1那么，P0010回0时自动进行的P0100选定工作地区是欧洲/北美0 功率单位为kw : f的缺省值为50Hz1 功率单位为hp：f的缺省值为60Hz2 功率单位为kw：f的缺省值为60Hz说明：p0100的设定值0和1应该用DIP关来更改使其设定得知固定不变。P0304电动机的额定电压 1）10V-2000V根据名牌键入的电动机额定电压（V）P0305电动机的额定电流 1）0-2倍变频器额定电流（A）根据名牌键入的电动机额定电流（A）P0307电动机额定功率 1）0kw-2000kw根据名牌键入电动机额定功率（kw）如果P.0100=1，功率单位应是hpP0310电动机的额定频率 1）12Hz-650Hz根据名牌键入电动机的额定频率（Hz）P0311电动机的额定速度 1）0-40000 r/min根据名牌键入电动机的额定速度P0700选择命令源 2）接通/断开/反转（on/off/reverse）0 工厂设定值1基本操作面板（BOP）2模入端子/数字输入P1000选择功率设定值2）0 无频率设定值1 用BOP控制频率的升降2模拟设定值P1080电机最小频率0-650Hz达到这一频率电动机的运行速度将与频率的设定值无关，这里设定的值对电机正反转都适用P1082电动机最大频率0-650Hz达到这一频率电动机的运行速度与频率的设定值无关，这里设定的值对电机正反转都适用P1120斜坡上升时间0s-650s电动机从静止停车的加速到最大电动机频率所需要的时间P1121斜坡下降时间0s-650s电动机从最大频率减速到静止停车所需要的时间P3900结束快速调速0 结束快速调试，不进行电动机计算或复位为工厂缺省值设置1结束快速调试，进行电动机计算或复位为工厂缺省值设置（推荐方式）2结束快速调试，进行电动机计算和I/O复位3结束快速调试，电动机计算，但I/O不复位。图3.2 快速调试设置图3.1.3 控制端子表3.2 变频器端子图端子号标识功能1输出+10V2输出0V3ADC+模拟输入（+）4ADC-模拟输入（-）5DIN1数字输出16DIN2数字输出27DIN3数字输出38带电位隔离的输出 +24 V / 最大。100mA9带电位隔离的输出 0 V / 最大。100 mA10RL1_B数字输出 / NO (常开)触头11RL1_C数字输出 / 切换触头12DAC+模拟输出 (+)13DAC-模拟输出（-）14P+RS485 串行接口15N-RS485 串行接口4 通信协议介绍4.1 USS通信协议USS协是由SIEMENSAG定义的，简单的串行数据通讯协议，SIEMENS所有传动产品都支持这个通用协议。与Profibus及其它协议相比，USS协议无须购置通讯附件，是一种低成本、高性能的工业网络组态连接方案。USS协议采用主-从结构，总线上可以连接1个主站和最多31个从站。在主站没有要求从站通信时，从站不能首先发送数据;各个从站之间也不能直接进行数据传输。主站一般为PLC或者PC机，从站可以是变频器或者直流调速器.在其他一些串行通讯场合，例如PC机与智能终端，嵌入式系统网络，由于缺乏现成的标准协议，用户不得不自己制定一些协议。USS协议由于其简单、高效、灵活、易于实现，也被广泛的应用在这些场合。USS 协议具有以下一些优点：(1) 是开放的，定义透明的系统。(2) 由不同的制造商开发了多种产品。(3) 在工业应用中证明效果很好。(4) 减少了现场布线的数量；便于（不用更改布线）重新编程，监测和控制。(5) 速度快，可达12Mbaud。(6) 一个DP 系统最多可以连接125 个从站。(7) 可以由一个主站或多个主站进行操作。(8) 通讯方式可以是点对点或广播方式。(9) 有支持和开发软件供使用。4.1.1 USS协议的网络结构国际化标准组织ISO (International Standard Origination)制定的开放式系统互连OSI (Open Systems Interconnection)参考模型是一个7层次的标准模型，它定义了不同机种互连网络的标准框架结构，是一种概念性的和功能型的结构，它并不涉及任何特定系统互连的具体技术和方法。(1 ) 物理层 主要为数据链路实体之间的比特传输而建立、维持和拆除物理连接，提供机械、电气、功能及规程方法，其功能是负责一个数据终端设备和一个数据电路终接设备之间的建立、维持、和拆除物理连接。(2 ) 数据链路层 主要负责数据在信道上的传输，提供功能和规章方面的手段，用于网络实体之间建立、维持和释放数据链路的连接，并传送数据链路服务数据单元。(3 ) 网络层 是在开放系统之间建立、保持和终止网络连接的手段，并且为传送实体间提供功能和规程方面的手段，如负责路由选择和拥挤控制等。(4 ) 传输层 提供两个进程之间可靠、透明的数据传输。(5 ) 会话层 是合作实体组织同步它们之间的对话，以及管理其数据交换。(6 ) 表示层 提供实体在通信时需要引用的信息表示方法，在两个表示实体之间提供会话连接的服务，并支持有序交换数据的交互。(7 ) 应用层 为应用进程提供访问OSI的手段，是用户使用OSI环境的唯一窗口，为使用OSI的应用程序提供有意义的信息。从 OSI/RM7层模型来看，USS协议包含数据链路层和物理层，没有提供其他的五个层。4.2 采用通用的串行接口协议通用的串行接口协议（USS）按照串行总线的主-从通讯原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31个从站。主站根据通讯报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它进行通讯时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。4.2.1 通讯报文的结构每条报文都是以字符STX（=02hex）开始，接着是长度的说明（LGE）和地址字节（ADR）。然后是采用的数据字符。报文以数据块的检验符（BCC）结束。STXLGEADR12 . . . . .nBCC | 采用数据字符| 图4.1 通讯报文的结构有效的数据块分成两个区域，即PKW区(参数识别ID数值区)和PZD区(过程数据)。如图4.2所示。|PKW区 |PZD区|PKEINDPWE1PWE2 . .PWEnPZD1PZD2 . . .PZDn 图4.2 PKW和PZD区域PKW 区定义通讯双方参数传递的机制，通过PKW 可以完成从站参数的读写。它包括三部分:PKE, IND, PWE。PKE和IND的信息是关于主站请求的任务(任务识别标记ID)或者应答报文的类型(应答识别标记)。PWE是被访问参数的数值。USS协议的报文长度不是固定的，可以根据需要来确定。标准的USS报文长度为14字节，格式如下：主站发往从站的报文：STXLGEADRPKEINDPWESTWHSWBCC从站应答主站的报文：STXLGEADRPKEINDPWEZSWHIWBCC主站发往从站的报文和从站应答的报文结构一样，只是数据代表的含义有所变化，STW 与ZSW 相对应，HSW与HIW相对应。STX : STX 区是一个字节的ASCII字符(02hex) ，表示一条信息的开始。4.2.2 USS协议有关信息的详细说明STX： STX 区是一个字节的ASCII 字符（02hex），表示一条信息的开始。LGE： LGE 区是一个字节，指明这一条信息中后跟的字节数目。按照USS 的技术说明，报文的长度是可以变化的，而且报文的长度必须在报文的第2 个字节（即LGE）中说明.根据配置，可以把报文定义为固定的长度（参看PKE 和PZD 区的说明）。总线上的各个从站结点可以采用不同长度的报文。一条报文的最大长度是256 个字节.LGE 是根据所采用的数据字符数，地址字节（ADR）和数据块检验字符（BCC）确定的。显然，实际的报文总长度比LGE 要多2 个字节，因为字节STX 和LGE 没有计算在LGE 以内。MICROMASTER4 既可以采用变化的报文长度，也可以采用固定的报文长度。采用哪种报文长度由参数P2012 和P2013 来定义PZD 和PKW 的长度。最常用的固定长度是4个字（8字节）的PKW 区和2个字（4字节）的PZD 区，共有12 个数据字符。故得：LGE=12+2=14ADR： ADR 区是一个字节，是从站结点（即变频器）的地址。地址字节每一位的寻址如图4.3 所示。7 6 5 4 3 2 1 00XX |从站节点地址| 图4.3 地址（ADR）的位号位5 是广播位。如果这一位设置为1，该信息就是广播信息，对串行链路上的所有信息都有效。结点号是不用判定的。USS 协议规范要求在PKW 区进行一些设置。位6 表示镜象报文。结点号需要判定，被寻址的从站将未加更改的报文返回给主站。不用的位应设置为0。BCC BCC区是长度为一个字节的校验和，用于检查该信息是否有效。它是该信息中BCC前面所有字节“异或”运算的结果。如果根据校验和的运算结果，表明变频器接收到的信息是无效的，它将丢弃这一信息，并且不向主站发出应答信号。PKE : 用来控制从站的运行参数设定，是一个16位的区域(两个字节)，如图4.4所示。1514131211109876543210控制位0参数值图4.4 PKE各个位的说明IND: 参数的下标。PWE :被访问参数的数值。PZD 区域过程数据区)是为控制和监测从站而设计的。通讯报文的PZD 区是为控制和监测从站而设计的。在主站和从站中收到的PZD 总是以最高的优先级加以处理。处理PZD的优先级高于处理PKW 的优先级。PZD包括STW 和HSW，STW为从站的控制字，用于控制从机的运行动作，各位的具体含义应参考从机的说明书。ZSW 为 从站的状态字，与STW相对应，为一个16位的区域。HSW : 控制从机的输出频率。满额的值为16384 (4000H)，对应100%的输出频率。最大值为32768， 即200%的输出频率。当取值为3276865535时，表示反向的输出频率从0-200%变化，电机反转。HIW : 运行参数实际值，与FEW 定义相同，为从站的实际频率值。USS协议的时序USS 中 定义数据传送格式为:1个启始位，8位数据，1个偶校验位，1个停止位，共11位。每一帧数据的开头都有启动标志STX (02hex)，但是这对于从站清楚识别报文是不充分的，因为数据区中也会出现02 (hex)。因此主站在STX前定义了一个启动间隔，它是工作帧的一部分。启动间隔最少是两个字节的传送时间。例如，如果波特率为9600bps，那么最小启动间隔为:2X 1 1bi t/9600bps=2.3ms.常见波特率一F的最小启动间隔，如表4.5所示。表4.5 常见波特率的最小启动间隔波特率启动时间4800bps4.6ms9600bps2.3ms19200bps1.15ms38400bps0.58ms187500bps0.12ms主站传送帧的结束标志BCC与从站应答帧的启动标志STX之间的时间间隔为应答延时，应答延时最大不超过20ms，并且大于启动间隔，即:启动间隔小于等于应答延时小于等于20ms所以 ，一个完整的通讯周期为=启动时间+主站传送帧时间+应答时间+从站应答帧时间在一个完整的通讯周期中，主站和从站完成了一次通讯，互相交换了信息。显然通讯速率越快，通讯周期越短。表4.6是一些常用通讯速率下的通信周期。在实际使用时，通常要考虑系统的稳定性，周期设置的长一些，给主机和从机充分的处理和响应时间表4.6 常用波特率的通讯周期波特率通讯周期4800bps100ms9600bps50ms19200bps25ms38400bps15ms4.2.3 USS的物理连接USS采用RS485连接主站和从站。RS485采用差动电压，有着很高的抗噪声能力，通讯速度高达1OMbps，而且允许工作在超长距离的场合可达1000m)。 RS485是为多台机器之间进行通讯而设计的，一个RS485连接最多可以有256个节点。所有的西门子变频器都采用RS485硬件，有的也提供RS232接口。RS232适用于个人计算机与外围设备的接口。为了进行通讯，通讯伙伴之间要连接若干条互连线，并且约定如何交换数据。最简单的情况是由3条连线组成，即发送线(TX)，接收线(RX)和地线(GND)。RS232的设计仅适用于相距不远的两台机器之间的通讯，而且，这一台机器的TX线应连接到另一台机器的RX线，反之，这一台机器的RX线应连接到另一台机器的TX线。典型的电压等级是+/-12V。当使用PC机与变频器相连接时，需要一个RS232与RS485接口转换的设备，与主站USS的连接为线性拓扑结构，RS-485数据线的两端均为节点。图4.6表示USS的线性拓扑结构。主机从站n从站1从站2（最多31个）图4.6 USS的拓扑结构USS协议支持的波特率为 ：300bps,600bps,1200bps,2400bps,4800bps,9600bps等，最高可达1875006ps.常用的有9600bps, 57600bps等4.3 MICROMASTER4 有关USS 通讯的参数设置MICROMASTER4 可以有两种USS 通讯接口：RS232 和RS485。RS232 接口用选件模块实现。RS485 接口是将端子14 和15 分别连接到P+和N-来实现。在有关参数的文献中，采用RS485 的USS 有时称为USS2，而采用RS232 的USS 称为USS1。无论哪种情况下，报文的结构都是相同的。通常，USS 的参数有两个下标，下标0对应于RS485，而下标1对应于RS232。4.3.1 基本设定为了进行USS 通讯，必须确定变频器采用的是RS485 接口，还是RS232 接口。据此可以确定USS 参数应设定为哪个下标。P0003 =2（访问第2 级的参数所必须的）。P2010 =USS 波特率。这一参数必须与主站采用的波特率相一致。USS 支持的最大波特率是57600 波特。P2011 =USS 结点地址。这是为变频器指定的唯一从站地址。一旦设置了这些参数，就可以进行通讯了。主站可以对变频器的参数（PKW 区）进行读和写，也可以监测变频器的状态和实际的输出频率（PZD 区）。P0700 =4 或5。这一设置允许通过USS 对变频器进行控制。“PZD 区”一节中，给出了对每一位含义的解释。常规的正向运行（RUN）和停车（OFF1）命令分别是047F（hex）和047E（hex）。其它的例子已在“PZD 区”一节中给出。P1000 =4 或5。这一设置允许通过USS 发送主设定值。这是缺省情况下用P2000 进行的规格化，所以，4000（hex）=在P2000 中设定的数值（说明：P0700 和P1000 是相互独立的，必须根据需要分别进行设定）。4.4 USS库中指令介绍4.4.1 USS_INIT指令图4.7 USS_INIT指令框图USS_INIT指令被用于启用和初始化或禁止MicroMaster驱动器通讯。在使用任何其他USS协议指令之前，必须执行USS_INIT指令，且无错。一旦该指令完成，立即设置“完成”位，才能继续执行下一条指令。EN输入打开时，在每次扫描时执行该指令。仅限为通讯状态的每次改动执行一次USS_INIT指令。使用边缘检测指令，以脉冲方式打开EN输入。欲改动初始化参数，执行一条新USS_INIT指令。USS输入数值选择通讯协议：输入值1将端口0分配给USS协议，并启用该协议；输入值0将端口0分配给PPI，并禁止USS协议。BAUD（波特率）将波特率设为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200。ACTIVE（激活）表示激活驱动器。某些驱动器仅支持地址0至30。参阅图4.8中的激活驱动器输入说明和格式。会在背景中对任何带有“激活”标签的驱动器自动进行轮询，以便控制驱动器、收集状态和预防驱动器中的串联链接超时。可使用驱动器通讯时间中的驱动器扫描时间表计算驱动器状态轮询之间的时间。 MSB LSB 31 30 29 28 3 2 1 0D31D30D29.D2D1D0图4.8 激活参数说明和格式当USS_INIT指令完成时，DONE（完成）输出打开。“错误”输出字节包含执行指令的结果USS指令执行错误标题定义可能因执行指令导致的错误条件。4.4.2 USS_CTRL指令图4.9 USS_CTRL指令框图USS_CTRL指令被用于控制ACTIVE（激活）MicroMaster驱动器。USS_CTRL指令将选择的命令放在通讯缓冲区中，然后送至编址的驱动器（DRIVE（驱动器）参数），条件是已在USS_INIT指令的ACTIVE（激活）参数中选择该驱动器。仅限为每台驱动器指定一条USS_CTRL指令。某些驱动器仅将速度作为正值报告。如果速度为负值，驱动器将速度作为正值报告，但逆转D_Dir（方向）位。EN位必须打开，才能启用USS_CTRL指令。该指令应当始终启用。RUN（运行）（RUN/STOP（运行停止）表示驱动器是打开（1）还是关闭（0）。当RUN（运行）位打开时，MicroMaster驱动器收到一条命令，按指定的速度和方向开始运行。为了使驱动器运行，必须符合以下条件：DRIVE（驱动器）在USS_INIT中必须被选为ACTIVE（激活）。OFF2和OFF3必须被设为0。FAULT（故障）和INHIBIT（禁止）必须为0。当RUN（运行）关闭时，会向MicroMaster驱动器发出一条命令，将速度降低，直至电机停止。OFF2位被用于允许MicroMaster驱动器滑行至停止。OFF3位被用于命令MicroMaster驱动器迅速停止。Resp_R（收到应答）位确认从驱动器收到应答。对所有的激活驱动器进行轮询，查找最新驱动器状态信息。每次S7-200从驱动器收到应答时，Resp_R位均会打开，进行一次扫描，所有以下数值均被更新。F_ACK（故障确认）位被用于确认驱动器中的故障。当F_ACK从0转为1时，驱动器清除故障。DIR（方向）位表示驱动器应当移动的方向。“驱动器”（驱动器地址）输入是MicroMaster驱动器的地址，向该地址发送USS_CTRL命令。有效地址：0至31。“类型”（驱动器类型）