USS協(xié)議控制電動機驅(qū)動器

溫艷艷 （天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津300222）

1 使用USS協(xié)議的優(yōu)點

使用USS協(xié)議對硬件設(shè)備的要求底，減少了設(shè)備之間布線的數(shù)量；無需重新布線就可以改變控制功能；可通過串行接口設(shè)置來修改變頻器的參數(shù)；可連續(xù)對變頻器的特性進行監(jiān)測和控制；利用S7-200 CPU22X組成USS通信的控制網(wǎng)絡(luò)具有較高的性能價格比。

2 USS通信硬件連接

①條件許可的情況下，USS主站盡量選用直流型的CPU（針對S7-200系列）。當(dāng)使用交流型的CPU22X和單相變頻器進行USS通信時，CPU22X和變頻器的電源必須接成同相位的。

②一般情況下，USS通信電纜采用雙絞線即可，如果干擾比較大，可采用屏蔽雙絞線。

③在采用屏蔽雙絞線作為通信電纜時，把具有不同電位參考點的設(shè)備互聯(lián)后會在連接電纜中形成不應(yīng)有的電流，這些電流導(dǎo)致通信錯誤或設(shè)備損壞。要確保通信電纜連接的所有設(shè)備共用一個公共電路參考點，或是相互隔離以防止不應(yīng)有的電流產(chǎn)生。屏蔽層必須接到外殼地上或9針連接器的1腳上。建議將變頻器上的接線端2（0 V）接到外殼地上。

④盡量采用較高的波特率，通信速率只與通信距離有關(guān)，與干擾沒有直接關(guān)系。

⑤終端電阻的作用是用防止信號反射的，并不用來抗干擾。如果在通信距離很近、波特率較低或點對點的通信情況下，可不用終端電阻。多點通信的情況下，一般也只需在USS主站上加終端電阻就可以取得較好的通信效果。

⑥建議使用CPU226（或CPU224+EM227）來調(diào)試USS通信程序。

⑦不要帶電插拔USS通信電纜，尤其是在正在通信的過程中，這樣極易損壞傳動裝置和PLC的通信端口。如果使用大功率傳動裝置，即使傳動裝置掉電后，也要等幾分鐘，讓電容放電后，再去插拔通信電纜。

⑧對于變頻器而言，與USS通信有關(guān)的參數(shù)有兩個下標(biāo)，[下標(biāo)0]對應(yīng)COM鏈路的RS-485串行接口，而[下標(biāo)1]對應(yīng)于BOP鏈路的RS-232串行接口。

3 USS協(xié)議的通信報文結(jié)構(gòu)

通信報文的結(jié)構(gòu)如下表1所示。每條報文都以字符STX開始，接著是長度的說明（LGE）和地址字節(jié)（ADR），然后是采用的數(shù)據(jù)字符，最后，報文以數(shù)據(jù)塊的檢驗符（BCC）結(jié)束。通信字符格式為1位起始位，1位停止位，1位偶校驗位和8位數(shù)據(jù)位。

表1 通信報文的結(jié)構(gòu)圖

3.1 USS協(xié)議的有關(guān)信息

3.1.1 STX區(qū) 是一個字節(jié)的ASCII STX字符（02Hex），表示一條信息開始。

3.1.2 LGE區(qū) 是一個字節(jié)，指明這一條信息中后跟的字節(jié)數(shù)目。按照USS技術(shù)說明，報文長度是可以變化的，而且報文的長度必須在報文的第二個字節(jié)（即LGE）中說明。根據(jù)配置，可以把報文定為固定的長度（參看PKW和PZD區(qū)的說明）?？偩€上的各個從站節(jié)點可以采用不同長度的報文。一條報文的最大長度為256個字節(jié)。LGE是根據(jù)所采用的數(shù)據(jù)字符（數(shù)量n）數(shù)、地址字節(jié)（ADR）和數(shù)據(jù)塊檢驗字符（BCC）確定的。顯然，實際的報文總長度比LGE要多2個字節(jié)，因為字節(jié)STX和LGE沒有計算在LGE以內(nèi)。

MICROMASTER4系列變頻器既可以采用變化的報文長度，也可以采用固定的報文長度。采用哪種報文長度由參數(shù)P2012和P2013來定義PZD和PKW的長度。最常用的固定長度是4個字（8字節(jié)）的PKW區(qū)和2個字（4字節(jié)）的PZD區(qū)，共有12個數(shù)據(jù)字符，則LGE=ADR+PKW+PZD+BCC=1+8+4+1=14。

3.1.3 ARD區(qū) 是一個字節(jié)，是從站節(jié)點（即變頻器）的地址。地址字節(jié)每一位的尋址如下表2所示。

表2 地址ADR的位號

從站節(jié)點地址位5是廣播位。如果這一位設(shè)置位為1，其他位應(yīng)設(shè)置為0，對應(yīng)從站地址32，該信息就是廣播信息，對串行鏈路上的所有信息都有效。在廣播方式下，節(jié)點號不用判定。USS協(xié)議規(guī)范要求只在PKW區(qū)進行一些設(shè)置。位6表示鏡像報文。節(jié)點號需要判定，被尋址的從站將未加更改的報文返回給主站。不用的位應(yīng)設(shè)置為0。

3.1.4 BCC區(qū) 是長度為一個字節(jié)的校驗和，用于檢查該信息是否有效。它是該信息中BCC前面所有字節(jié)“異或”運算結(jié)果。

如果跟據(jù)校驗和運算結(jié)果，表明變頻器接收到的信息是無效的，它將丟棄這一信息，并且不向主站發(fā)出應(yīng)答信號。

3.1.5 凈數(shù)據(jù)區(qū) 包括PKW和PZD區(qū)，每個字節(jié)為獨立的工作內(nèi)容。

3.2 凈數(shù)據(jù)區(qū)的詳細說明

3.2.1 PKW區(qū)（參數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)） PKW區(qū)說明參數(shù)接口的處理方式。其接口并非物理意義上的接口，而是一種機理，這一機理確定了參數(shù)在兩個通信伙伴之間（控制裝置與變頻器）的傳輸方式，例如參數(shù)數(shù)值的讀和寫。

3.2.2 采用USS廣播方式通信 采用USS廣播方式通信時，所有的從站都通過一個簡單的報文來尋址，這樣，分成若干組的多臺變頻器可以實現(xiàn)同時啟動和停車。

報文的結(jié)構(gòu)：

①PKW區(qū)：必須是4個字長，而且至少應(yīng)使第1個字的位15、位2和位1設(shè)置位“高”，也必須使第2個字的位15和位0設(shè)置位“高”，字3和字4隨意。這就給出如下的PKW報文：8006800100000000H。當(dāng)然，也可以在PKW區(qū)發(fā)送FFFFFFFFFFFFFFFFH，這使必須置1的那些位設(shè)置為“高”。廣播方式下，PKW不能用于讀/寫參數(shù)的數(shù)值。

②PZD區(qū)：通常，PZD是2個字，鏈路上所有的變頻器同時對命令和設(shè)定值作出反應(yīng)。但各個從站不對的廣播報文作出響應(yīng)，不產(chǎn)生應(yīng)答報文。這是在USS通信規(guī)程中規(guī)定的。

4 利用基本指令實現(xiàn)USS通信的編程

USS協(xié)議是以字符信息為基本單元的協(xié)議，而CPU22X的自由口通信功能正好也是以ASCII碼的形式來發(fā)送接收信息的。利用PLC的RS-485串行口的通信，由用戶程序完成USS協(xié)議功能，可實現(xiàn)與SIEMENS傳動裝置簡單而可靠的通信連接。

4.1 USS點對點通信的編程要點

USS主站（PLC）與USS從站（傳動裝置）之間的通信是異步方式的，負(fù)責(zé)與傳動裝置通信的工作程序應(yīng)采用后臺工作方式，如何發(fā)送和接收數(shù)據(jù)與控制邏輯無關(guān)。用戶程序通過改變USS報文中STW及HSW的值，來控制變頻器的啟停及改變設(shè)定頻率值。

利用發(fā)送指令（XMT）發(fā)送USS報文至傳動裝置，利用接收指令（RCV）變頻器返回USS報文。同一時刻，只能有一個發(fā)送指令或接收指令被激活。

USS通信程序包括通信端口初始化子程序、BCC校驗碼計算機子程序、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序、數(shù)據(jù)接收子程序、通信超時響應(yīng)子程序、通信流程控制子程序等?？刹捎弥袛囗憫?yīng)的方式，也可用查詢相應(yīng)標(biāo)志位的方式來實現(xiàn)。

設(shè)立發(fā)送接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)與映像區(qū)，用戶應(yīng)通過改變映像區(qū)的USS發(fā)送報文值來控制傳動裝置，或通過讀取映像區(qū)USS接收報文中的狀態(tài)值來判斷傳動裝置的當(dāng)前狀態(tài)。

4.2 USS多點通信的編程要點

①控制通信的基本流程同點對點的通信方式。②對各從站的控制應(yīng)采取輪詢方式，輪詢程序同樣也是后臺工作的。③根據(jù)各臺傳動裝置控制任務(wù)的輕重，在PLC數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)建立一個從站地址表。按該地址表輪詢各傳動裝置。采用間接尋址的編程方式，可以大大節(jié)省CPU的程序空間。④輪詢地址表。雖然，USS協(xié)議的實際物理地址只有32個，但輪詢地址表的大小無限制，其有效站地址可以在表中根據(jù)實際應(yīng)用需要反復(fù)出現(xiàn)。實際輪詢站點數(shù)越多，其輪詢的間隔時間也越大，而表中站地址重復(fù)次數(shù)越多，其輪詢的間隔時間也越小，因此必須為每個傳動裝置設(shè)定適當(dāng)?shù)耐ㄐ懦瑫r時間以適應(yīng)這種輪詢間隔。⑤不同USS從站可以有不同的USS報文結(jié)構(gòu)，如3PKW+2PZD、4PKW+4PZD、0PKW+6PZD等組合。但整個系統(tǒng)要支持廣播方式，則USS網(wǎng)絡(luò)中的所有從站都必須有相同的PKW區(qū)才行。⑥傳動裝置對以廣播方式發(fā)送的指令做出響應(yīng)后，不再回送報文，因此PLC可以不再進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)?！?/p>

[1]李輝.S7-200PLC編程原理與工程實訓(xùn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

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[3]胡學(xué)林.可編程控制器教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[4]常斗南.可編程控制器原理應(yīng)用實驗[M].北京：北京機械工業(yè)出版社，2010.

[5]西門子公司.可編程控制器系統(tǒng)手冊[Z].SIM A TIC S7-200.

[6]西門子公司.操作員界面用戶手冊[Z].SIM A TIC TD 200.