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胡健主编化学工业出版社2010.08西门子S7-200PLC与工业网络应用技术页码：2日期：2020/1/2•学习目标……………………………3•知识准备……………………………6•任务实施1…………………………37•任务实施2…………………………73•自我评估……………………………83学习情境11——S7-200与变频器的USS通信页码：3日期：2020/1/2•知识目标…………………………4•技能目标…………………………5学习目标页码：4日期：2020/1/2了解S7-200PLC自由口通信模式，掌握USS通信协议的特点及应用情况，知道西门子有哪些设备支持USS通信协议；理解S7-200PLC的自由口通信协议控制字（SMB30和SMB130）各位的意义，知道如何将S7-200PLC的通信端口设置为USS方式；知道如何设置MM4系列变频器的相关参数，使其能够通过USS协议与S7-200PLC建立通信连接；理解USS通信指令的功能，掌握USS通信指令的使用。知识目标页码：5日期：2020/1/2能够熟练使用S7-200PLC的发送指令（XMT）、接收指令（RCV）或USS指令（USS_INT、USS_CTRL、USS_RPM_x、USS_WPM_x），通过合理设置通信端口的自由口通信模式，建立S7-200PLC与西门子变频器之间的通信连接，编写设备调试程序，最终能够实现用S7-200PLC的通信端口控制变频器的运行、停止、改变输出频率等目的。技能目标页码：6日期：2020/1/2•USS通信概述………………………………7•自由口模式的通信指令…………………14•USS指令库………………………………16•USS指令库的使用步骤…………………24知识准备页码：7日期：2020/1/2USS（UniversalSerialInterfaceProtocol，通用串行接口协议）协议是西门子公司为其变频器所开发的通用通信协议，可以支持变频器与PC或PLC之间的通信连接，是一种基于串行总线进行数据通信的协议。S7-200PLC可以将其通信端口设置为自由口模式的USS协议，以便实现PLC对变频器的控制。USS协议是主-从结构协议，规定了在USS总线上可以有一个主站（PLC）和最多31个从站（变频器）；总线上的每个从站都有唯一的标识码（即站地址，在从站参数中设定），主站依靠标识码识别各个从站；每个从站也只对主站发来的报文做出响应并回送报文，从站之间不能直接进行数据通信。另外，还有一种广播通信方式，主站可以同时给所有从站发送报文，从站在接收到报文并做出相应的响应后可不回送报文。USS通信概述——USS协议简介1/2页码：8日期：2020/1/2USS协议的波特率最高可达187.5kbps，通信字符格式为1位起始位、1位停止位、1位偶校验位和8位数据位。USS通信的刷新周期与PLC的扫描周期是不同步的，一般完成一次USS通信需要几个PLC扫描周期，通信时间和链路上变频器的台数、波特率和扫描周期有关。例如，如果通信的波特率设定为19.2kbps，3台变频器，经实际调试检测通信时间大约为50ms。USS通信概述——USS协议简介2/2页码：9日期：2020/1/2USS协议中每一报文都是以字符STX(=02hex)开始，接着是长度的说明(LGE)和地址字节(ADR)，随后是数据字符1～n，报文以数据块的检验符(BCC)结束，其报文结构如图所示。STX区为1个字节的ASCII字符，固定为02hex，表示一条信息的开始。LGE区为1个字节，指明这一条信息中后跟的字节数目。ADR区为一个字节，标志从站地址。BCC区是长度为一个字节的校验和，用于检查该报文是否有效。它是该报文中BCC前面所有字节“异或”运算的结果。USS通信概述——USS协议的数据报文结构1/2STXLGEADR12……nBCC数据字符页码：10日期：2020/1/2数据区由参数标志值域（PKW）和过程数据域（PZD）组成，典型USS报文的数据区结构如图所示。PKW域由参数标志（PKE）、参数标号（IND）和参数值（PWE）3部分构成。PKE为参数标志码，1字长。IND为参数标号，1字长，用来指定某些数组型设备参数的子参数号。PWE为参数值，1字长或2字长，是PKE区域中所指定参数的IND指定子参数的值。PZD区是为控制和监测变频器而设计的。PZD区域的长度是由PZD元素的数量和它们的大小（单字或双字）决定的。每个报文中的最大PZD数量限制为16个字，最小为0个字。USS通信概述——USS协议的数据报文结构2/2PKEINDPWEPZD1……PZDmPKWPZD数据区页码：11日期：2020/1/2如果使用USS协议，所有型号的西门子变频器均可通过网络方式与PLC或PC机进行信息交换，数字化的信息传递，提高了系统的自动化水平及运行的可靠性，解决了模拟信号传输所引起的干扰及漂移问题。USS协议通信介质采用RS-485屏蔽双绞线，最远可达1000m，因此可有效地减少电缆的数量，从而可以大大减少开发和工程费用，并极大地降低客户的启动和维护成本。另外，通过网络，可以连续地对多台变频器进行监视和控制，实现多台变频器之间的联动控制和同步控制，通过网络还可以实时调整变频器的参数。USS通信概述——使用USS协议的优点页码：12日期：2020/1/2USS主站设备包括：S7-200、S7-1200、CPU31xC-PtP、CP340、CP341、CP440、CP441等。USS通信概述——常用USS设备1/2页码：13日期：2020/1/2USS从站设备包括：MM3、MM4、G110、G120、6RA70、6SE70等变频驱动装置及其他第三方支持USS协议的设备。USS通信概述——常用USS设备2/2页码：14日期：2020/1/2发送指令（XMT）用于在自由口模式下，将数据缓冲区的数据从指定的通信端口发送出去。用XMT指令一次可发送1~255字节数据，指令格式如图所示。XMT指令的待发送数据缓冲区在指令中由“TBL”参数指定，其中的第一个字节说明要发送的字节数，其他字节为要发送的消息（Message），发送数据缓冲区字符格式如图所示；通信端口由“Port”参数指定。自由口模式的通信指令——XMT指令页码：15日期：2020/1/2接收指令（RCV）用于在自由口模式下，从指定的通信端口启动或者终止接收消息，并将接收到的消息存储在数据缓冲区中。用RCV指令一次可接收1-255个数据，指令格式如图所示。RCV指令的接收数据缓冲区在指令中由“TBL”参数指定，并由数据缓冲区的第一个数据指明接收到的字节数，其他字节为所接收到的消息（Message）；通信端口由“Port”参数指定，指令格式如图所示。自由口模式的通信指令——RCV指令页码：16日期：2020/1/2在使用USS协议之前，需要先安装西门子的指令库“Toolbox_V32-STEP7-MicroWIN32InstructionLibrary”，安装USS指令库以后，在STEP7-Micro/win指令树的“/指令/库/USSProtoolPort0”和“/指令/库/USSProtoolPort1”文件夹中分别出现8条指令。PLC将用这些指令来控制变频器的运行和参数的读写操作。USS指令库——安装指令库页码：17日期：2020/1/2初始化指令USS_INIT用于使能或禁止PLC和变频器之间的通信，在执行其他USS协议前，必须先成功执行一次USS_INIT指令。只有当该指令成功执行且其完成位（DONE）置位后，才能继续执行下面的指令。USS指令库——初始化指令USS_NIT页码：18日期：2020/1/2USS_CTRL指令用于控制已经用USS_INIT激活的变频器，每台变频器只能使用1条这样的指令。该指令将用户命令放在通信缓冲区内，如果指令参数Drive指定的变频器已经激活，缓冲区内的命令将被发送到指定的变频器。USS指令库——控制指令USS_CTRL1/4页码：19日期：2020/1/2USS指令库——控制指令USS_CTRL2/4页码：20日期：2020/1/2其中：对应MM3系列变频器的“Status”参数的意义如图所示USS指令库——控制指令USS_CTRL3/4页码：21日期：2020/1/2其中：对应MM4系列变频器的“Status”参数的意义如图所示USS指令库——控制指令USS_CTRL4/4页码：22日期：2020/1/2读取变频器参数的指令，包括USS_RPM_W、USS_RPM_D、USS_RPM_R共3条指令，分别用于读取变频器的一个无符号字参数，一个无符号双字参数和一个实数类型的参数，USS_RPM_x指令的格式及参数的意义如表所列。USS指令库——读取变频器参数的USS_RPM_x指令页码：23日期：2020/1/2写变频器参数的指令包括USS_WPM_W、USS_WPM_D、USS_WPM_R共3条指令，分别用于向指定变频器写入一个无符号字，一个无符号双字和一个实数类型的参数，该指令的格式及参数的意义如表所列。USS指令库——写变频器参数的USS_WPM_x指令页码：24日期：2020/1/2为了保证在S7-200程序中能够使用USS协议指令实现对变频器的控制，必须按以下步骤对USS指令进行编程调用，并建立与变频器的通信连接。设定USS通信参数——调用USS_INIT启动或改变USS的通信参数，且只需要调用一次即可。在用户程序中每一个被激活的变频器只能用一条USS_CTRL指令，可以使用多条USS_RPM_x或USS_WPM_x指令，但是每次只能激活其中的一条指令。USS指令库的使用步骤——设定USS通信参数页码：25日期：2020/1/2为USS指令分配库存储区——在用户程序中调用USS指令后，用鼠标点击指令树中的“程序块”→“库”图标，在弹出的快捷菜单中执行“库存储区”命令，为USS指令库所使用的397个字节V存储区指定起始地址。USS指令库的使用步骤——分配库存储区单击“建议地址”按钮由系统分配地址执行“库存储区”命令页码：26日期：2020/1/2对于MM3系列变频器，使用USS协议时，在将MM3系列变频器接入PLC之前，必须先设置MM3系列变频器的以下参数。（1）将变频器恢复为出厂设置（可选）按〈P〉键→显示P000→按〈向上〉或〈向下〉键直至显示P944→按〈P〉键输入参数，使P944=1。（2）使能对所有参数的读/写访问按〈P〉键→按〈向上〉或〈向下〉键直至显示P009→按〈P〉键输入参数，使P009=3。（3）检查变频器的电机设置这些设置因使用的电机而不同。按〈P〉键→按〈向上〉或〈向下〉键直至显示变频器的电机设置→按〈P〉键输入下列参数。•P081=电机的标识频率（Hz）•P082=电机的标识速度（RPM）•P083=电机的标识电流（A）•P084=电机的标识电压（V）•P085=电机的标识功率（kW/HP）USS指令库的使用步骤——设置变频器的通信参数1/9页码：27日期：2020/1/2（6）输入从站地址每个变频器（最多31）都可通过总线操作。按〈P〉键→按〈向上〉或〈向下〉键直至显示P091→按〈P〉键输入参数→按〈向上〉或〈向下〉键直至显示您想要的从站地址（0-31）→按〈P〉输入。（7）斜坡上升时间（可选）这是一个以秒为单位的时间，在这个时间内，电机加速至最高频率。按〈P〉键→按向上〉或〈向下〉键直至P002显示→按〈P〉键输入参数→按〈向上〉或〈向下〉键直至显示想要的斜坡加速时间（0-650.00，单位为ms）→按〈P〉键输入。（8）斜坡下降时间（可选）这是一个以秒为单位的时间，在这个时间内，电机减速至完全停止。P〉键→按〈向上〉或〈向下〉键至P003显示。按〈P〉键输入参数→按〈向上〉或〈向下〉键直至显示想要的减速时间（0-650.00，单位为ms）→按〈P〉键输入。USS指令库的使用步骤——设置变频器的通信参数2/9页码：28日期：2020/1/2（9）串行链接超时设置两个数据