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【导读】分享S7-1200 与西门子传动设备 V20 之间 USS 通信，控制变频器的启停和频率，并读取和修改变频器的加减速时间。
进入电气自动化人事招聘专属群USS通信基本原理
USS 协议（Universal Serial Interface Protocol，即通用串行接口协议）是西门子专为驱动装置开发的通用通信协议，它是一种基于串行总线进行数据通信的协议。USS 通信总是由主站发起，USS 主站不断轮询各个从站，从站根据收到主站报文，决定是否、以及如何响应。从站必须在接收到主站报文之后的一定时间内发回响应到主站，否则主站将视该从站出错。USS 协议是主从结构的协议，总线上的每个从站都有唯一的从站地址。一个 S7-1200 CPU 中最多可安装三个 CM 1241 RS422/RS485模块和一个 CB 1241 RS485 板，每个 RS485 端口最多控制 16 台驱动器。S7-1200与V20的USS通信
【一】使用环境
- TIA Portal STEP 7 V16
- CPU1215C DC/DC/DC V4.4
- CM1241 RS422/RS485 V2.2
- SINAMICS SINAMICS V20（6SL3210-5BE03-7UV0）
- 1LA9 电机（1LA9060-4KA10-Z）
【二】实现功能S7-1200 与西门子传动设备 V20 之间 USS 通信，控制变频器的启停和频率，并读取和修改变频器的加减速时间。两类指令“USS通信”与“USS”区别
如图 1 所示，S7-1200 USS 有两个 USS 指令库（1）“USS通信” 指令库下的指令除了适用于 S7-1200 中央机架串口模块（CM 1241 V2.1 以上或 CB 1241 且 S7-1200 CPU V4.1 以上），还可用于分布式 I/O PROFINET 或 PROFIBUS 的 ET200SP/ET200MP 串口通信模块。（2）“USS通信” 是目前最新的指令库，并且以后的更新也会基于这个指令库。一般情况下，“USS” 只是在老项目中使用。下面的介绍以 “USS 通信” 指令库为例。（3）“USS” 指令库下的指令只能用于 S7-1200 中央机架串口模块（CM 1241 或 CB 1241）
图 1.S7-1200 PLC 的 USS 通信指令SINAMICS V20变频器设置
SINAMICS V20 的启停和频率控制通过 PZD 过程数据来实现，参数读取和修改通过 PKW 参数通道来实现。可以使用连接宏 Cn010 实现 SINAMICS V20 的 USS 通信，也可以直接修改变频器参数。变频器参数设置步骤如下：（一）恢复工厂设置 设置参数 P0010（调试参数）= 30，P0970（工厂复位）= 21（二）设置用户访问级别 设置参数 P0003（用户访问级别）= 3 (专家访问级别)（三）设置 SINAMICS V20 变频器 USS 通信所需的命令源、协议、波特率、地址等参数。选择连接宏 Cn010 后，需要将参数 P2013 的值由 127（PKW长度可变）修改为 4（PKW长度为 4）；（1）此外对于本例需要将参数 P2010 的值由 8（波特率 38400）修改为 6(本例中使用波特率为 9600），P2010 值与波特率对应关系参见表 1。| 参数值 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | | 波特率（bps） | 9600 | 19200 | 38400 | 57600 | 76800 | 93750 | 115200 |
表 1 P2010 值与波特率对应关系（2）本例中使用如下表 2 所列的设置值。| 参数 | 描述 | 设置值 | 备注 | | P0700[0] | 选择命令源 | 5 | 命令源来源于 RS485 总线 | | P1000[0] | 选择设定源 | 5 | 设定值来源于 RS485 总线 | | P2000[0..2] | 基准频率值 | 50.00 | 百分比100% ==> P2000 的值 | | P2023[0] | RS485 协议选择 | 1 | USS协议 | | P2010[0] | USS 波特率 | 6 | 波特率为 9600 | | P2011[0] | USS 地址 | 1 | USS 站地址为 1 | | P2012[0] | USS PZD 长度 | 2 | USS PZD 长度为 2 个字长 | | P2013[0] | USS PKW 长度 | 4 | USS PKW 长度为 4 | | P2014[0] | USS 报文间断时间 | 500 | 可设置范围 0-65535 ms。报文间隔超过此设定时间还没有接收到下一条报文信息，则变频器将会停止运行。 |
表 2.SINAMICS V20 设置变频器参数值（四）变频器重新上电在更改通信协议 P2023 后，需要对变频器重新上电。在此过程中，请在变频器断电后等待数秒，确保 LED 灯熄灭或显示屏空白后再次接通电源。USS_Port_Scan
USS_Port_Scan 指令用于处理 USS 网络上的通信。用户程序执行 USS_Port_Scan 指令的次数必须足够多，以防止驱动器超时。通常从循环中断调用 USS_Port_Scan 。例如添加循环中断 OB30， 并设置循环中断时间 30ms。如图 2 所示：
图 2.添加 OB30USS_Port_Scan 指令输入引脚”PORT“为分配的串口模块的“硬件标识符”。安装并组态串口模块之后，可用的端口标识符将出现在 “PORT “功能框连接的参数助手下拉列表中。或者，可在系统常量中找到该硬件标识符值。在 OB30 中调用”USS_Port_Scan“指令， 鼠标双击 CPU 1215 DC/DC/DC 站点下的 ”PLC变量>默认变量表“ ， 在”系统常量“标签栏中找到本例所使用的 CM1241 RS422/485 模块，如图 3 所示。USS_Port_Scan 指令输入引脚”USS_DB“指向为 USS_Drive_Control 指令放入程序时创建并初始化的背景数据块的名称。表 3 为该指令的接口参数说明。
图 3.USS_Port_Scan| 参数 | 类型 | 数据类型 | 描述 | | PORT | IN | Port | 串口模块硬件标识符 | | BAUD | IN | DInt | 波特率 | | USS_DB | INOUT | USS_Base | 将 USS_Drive_Control 指令放入程序时创建并初始化的背景数据块的名称 | | ERROR | OUT | Bool | 该输出为 True 时，表示发生错误，此时 STATUS 输出错误代码。 | | STATUS | OUT | WORD | USS 通信状态值 |
表 3.USS_Port_Scan 指令接口参数说明注意：（1）一个串口通信端口无论与几台变频器连接，都只能有一个 USS_Port_Scan 指令，每次调用该函数块都与单个驱动器进行通信。（2）如果使用 CB1241，需要使得 USS_Port_Scan 背景 DB 中的 LINE_PRE 起始值更改为 0。USS_Drive_Control
USS_Drive_Control 指令用于请求消息、驱动器响应消息，以及与驱动器交换数据。例如， 本例中将输入引脚”OFF2“和”OFF3”设置为 True， “”DIR“使能为 True,”Drive“ 设置为 1，"PZD_LEN“设置为 2，”SPEED_SP“设置为 50.0（即 50% 频率值为 25Hz）， 然后将”RUN“ 使能为 True，使变频器以 25HZ 频率运行。如图 4 所示。表 4 为该指令的接口参数说明。
图 4.USS_Drive_Control 指令| 参数 | 类型 | 数据类型 | 描述 | | RUN | IN | Bool | 驱动器起始位：该输入为 True，将使驱动器以预设速度运行。如果在驱动器运行时 RUN 变为 False，电机将减速直至停止 | | OFF2 | IN | Bool | 电气停止位：该位为 False 时，将使驱动器在无制动的情况下自然停止 | | OFF3 | IN | Bool | 快速停止位：该位为 False 时，将通过制动的方式使驱动器快速停止 | | F_ACK | IN | Bool | 故障确认位 | | DIR | IN | Bool | 驱动器方向控制：设位为 True 时指示正方向（对于正 SPEED_SP） | | DRIVE | IN | USInt | 驱动器地址：该输入是 USS 驱动器的地址。有效范围是驱动器 1 到驱动器 16 | | PZD_LEN | IN | USInt | 字长度：PZD 数据的字数。有效值为 2、4、6 或 8 个字 | | SPEED_SP | IN | Real | 速度设定值：以组态频率的百分比表示的驱动器速度。正值表示正方向。（DIR为 True 时） | | CTRL3-CTRL8 | IN | Word | 控制字 | | NDR | OUT | Bool | 新数据就绪：该位为 True，表示输出包含新通信请求数据 | | ERROR | OUT | Bool | 该输出为 True 时，表示发生错误，此时 STATUS 输出错误代码 | | STATUS | OUT | Word | 状态值 | | RUN_EN | OUT | Bool | 运行已启用：该位指示驱动器是否在运行 | | D_DIR | OUT | Bool | 驱动器方向：该位指示驱动器是否正在正向运行 | | INHIBIT | OUT | Bool | 驱动器已禁止：该位指示驱动器上禁止位的状态 | | FAULT | OUT | Bool | 驱动器故障：在该位被置位时，设置 F_ACK 位以清除此位 | | SPEED | OUT | Real | 驱动器当前速度（驱动器状态字 2 的标定值）：以组态速度百分数形式表示的驱动器速度值 | | STATUS1-STATUS8 | OUT | Word | 驱动器状态字 |
表 4.USS_Drive_Control 指令接口参数说明可以使用 DIR 或使用符号（正或负）和 SPEED_SP 输入控制驱动器旋转方向。如表 5 所列。| SPEED_SP | DIR | 驱动器旋转方向 | | 数值>0 | 0 | 反转 | | 数值>0 | 1 | 正转 | | 数值<0 | 0 | 正转 | | 数值<0 | 1 | 反转 |
表 5.SPEED_SP 和 DIR 参数注意：每个驱动器应使用一个单独的 USS_Drive_Control 函数块，但同一个串口模块接口下的所有 USS 协议变频器使用的 USS_Drive_Control 必须使用同一个背景数据块。USS_Write_Param
USS_Write_Param 指令用于修改驱动器中的参数。必须从主程序循环 OB 中调用 USS_Write_Param。例如， 本例中将输入引脚 ”Drive“ 设置为 1，"PARAM“设置为 1120，”INDEX“设置为0 (即 V20 的加减速时间参数为 1120， 该参数下标为 0), "EEPROM"设置为 False， “VALUE”设置为“10.0”（即加减速时间 10.0s）。然后将”EN“ 和"REQ"使能为 True，将修改变频器的加减速时间为 10.0s。如图 5 所示。表 6 为该指令的接口参数说明。
图 5.USS_Write_Param 指令| 参数 | 类型 | 数据类型 | 描述 | | REQ | IN | Bool | REQ 为 True 时，表示新的读请求 | | DRIVE | IN | USInt | 驱动器地址：DRIVE 是 USS 驱动器的地址。有效范围是驱动器 1 到驱动器 16 | | PARAM | IN | UInt | 参数编号：PARAM 指示要写入的驱动器参数。该参数的范围为 0 到 2047 | | INDEX | IN | UInt | 要写入的驱动器参数索引 | | EEPROM | IN | Bool | 该参数为 True 时，写驱动器的参数将存储在驱动器 EEPROM 中 | | VALUE | IN | Word, Int,
UInt,DWord,
DInt, UDInt,Real | 要写入的参数值，REQ 为 True 时该值必须有效 | | USS_DB | INOUT | USS_BASE | 将 USS_Drive_Control 指令放入程序时创建并初始化的背景数据块的名称 | | DONE | OUT | Bool | DONE 为 True 时，表示输入 VALUE 已写入驱动器 | | ERROR | OUT | Bool | 该输出为 True 时，表示发生错误，此时 STATUS 输出错误代码 | | STATUS | OUT | Word | 写请求的状态代码 |
表 6.USS_Write_Param 指令接口参数说明注意：请勿过多使用 EEPROM 永久写操作。请尽可能减少 EEPROM 写操作次数以延长 EEPROM 的寿命。USS_Read_Param
USS_Read_Param 指令用于从驱动器读取参数。必须从主程序循环 OB 调用 USS_Read_Param。例如， 本例中将输入引脚 ”Drive“ 设置为 1，"PARAM“设置为 1120，”INDEX“设置为 0 (即 V20 的加减速时间参数为 1120， 该参数下标为 0)。然后将”EN“ 和"REQ"使能为 True，读取变频器的加减速时间， 该值输出在参数“VALUE”。如图 6 所示。表 7 为该指令的接口参数说明。
图 6. USS_Read_Param 指令| 参数 | 类型 | 数据类型 | 描述 | | REQ | IN | Bool | REQ 为 True 时，表示新的读请求 | | DRIVE | IN | USInt | 驱动器地址：DRIVE 是 USS 驱动器的地址。有效范围是驱动器 1 到驱动器 16 | | PARAM | IN | UInt | 要读取的驱动器参数编号。该参数的范围为 0 到 2047 | | INDEX | IN | UInt | 要读取的驱动器参数索引 | | USS_DB | INOUT | USS_BASE | 将 USS_Drive_Control 指令放入程序时创建并初始化的背景数据块的名称 | | DONE | OUT | Bool | 该参数为 True 时，VALUE 输出请求的读取参数值 | | ERROR | OUT | Bool | 该输出为 True 时，表示发生错误，此时 STATUS 输出错误代码 | | STATUS | OUT | Word | 读请求的状态代码 | | VALUE | OUT | Word, Int,
UInt,DWord,
DInt, UDInt, Real | 已读取的参数的值，仅当 DONE 位为 True 时才有效 |
表 7.USS_Read_Param 指令接口参数说明
USS通信常见问题
（一）"如何输入参数 USS_DB?"
USS_Drive_Control 指令放入程序时会自动创建背景数据块。例如“USS_Drive_Control_DB”。例如在“USS_Port_Scan”指令输入引脚“USS_DB”下拉菜单可选择“USS_Drive_Control_DB“，之后左键点击自动出现的”USS_DB“即可。如图 7 所示：
图 7. USS_DB 输入
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