西门子CPUST30

西门子CPUST30

西门子MM4系列变频器都集成了串行接口，支持USS通信协议，通过USS协议可以对变频器进行控制和读写变频器参数。使用S7-300PLC有以下两种通讯方案：

1. 按照USS协议要求编写通讯报文，计算BCC校验，适用于从站数量比较少，较简单的应用；
2. 采用DriveES SIMATIC软件提供的S7-300库程序，自动生成从站轮询表程序，适用于从站数量比较多，较复杂的应用。

本文主要介绍通过**种方案实现CPU314-2PtP与MM440的USS通讯。使用S7-300编写USS通讯程序分为以下几个步骤：

1. 依据USS协议编写报文；
2. 使用S7-300提供的串口数据发送程序发送USS报文；
3. 使用S7-300提供的串口数据接收程序接收USS报文；
4. 依据USS协议分析接收到的报文。

本文根据这4个步骤编写了如下内容：*1节简单介绍USS协议内容，了解USS协议报文格式；*2节根据USS协议列举了4条报文；*3节介绍PLC和变频器USS通讯的硬件组态；*4节介绍通过调用PLC中的发送和接收功能块实现USS协议报文的发送和接收。

1 USS协议介绍
USS协议是西门子专为驱动装置开发的通信协议。USS的工作机制是，通信是由主站发起，USS主站不断循环轮询各个从站，从站根据收到的指令，决定是否响应主站。从站不会主动发送数据。从站在以下条件满足时应答主站：接收到主站报文没有错误，并且本从站在接收到主站的报文中被寻址，上述条件不满足或者主站发出的是广播报文，从站不会做任何响应。USS的字符传输格式为11位，其中1位起始位、8位数据位、1偶校验、1位停止位。如下表所示：

USS字符帧结构

USS协议的报文由一连串的字符组成，协议中定义了它们的功能，如下表所示：

USS报文结构

? STX：长度1个字节，总是为02（Hex），表示一条信息的开始；
? LGE：长度1个字节，表明在LGE后字节的数量，上表中黄色区域长度；
? ADR：长度1个字节，表明从站地址；
? BCC：长度1个字节，异或校验和，USS报文中BCC前面所有字节异或运算的结果；
? 有效数据区：由PKW区和PZD区组成，如下表所示。

USS有效数据区

PKW区用于主站读写从站变频器参数：
? PKE：长度一个字,结构如下表，任务或应答ID请参考《MM440使用大全》*13章。
Bit15- Bit 12 Bit 11 Bit 10-Bit 0

PKW结构

变频器参数号<2000时，基本参数号PNU=变频器参数号，例如P700的基本参数号PNU=2BC（Hex）（700（Dec）=2BC（Hex））。
变频器参数号>=2000时，基本参数号PNU=变频器参数号-2000（Dec），例如P2155的基本参数号PNU=9B（Hex）（2155-2000=155（Dec）=9B（Hex））。

? IND：长度一个字，结构如下表。

IND结构

变频器参数号<2000时，PNU扩展=0（Hex）。
变频器参数号>=2000时，PNU扩展=8（Hex）。
参数下标，例如P2155[2]中括号中的2表示参数下标为2。
? PWE：读取或写入参数的数值
PZD区用于主站与从站交换过程值数据：
? PZD1： 主站?从站 控制字
主站?从站 状态字
? PZD2： 主站?从站 速度设定值
主站?从站 速度反馈值
? PZDn： MM430/440支持较多8个PZD，MM420支持较多4个PZD

根据传输的数据类型和驱动装置的不同，PKW和PZD区的数据长度不是固定的，可以通过P2012、P2013 设置。本例采用4PKW，2PZD报文格式。

2 USS协议报文定义
本文通过发送4个不同功能的报文来演示自定义USS报文的方法，USS协议详细说明请参照《MM440使用大全》*13章。
例1．把参数P2155[2]的数值修改为40.00Hz

报文解释：

注：黄色标记表示应答报文中的内容

例2．读取参数P0700[0]的数值

报文解释：

注：黄色标记表示应答报文中的内容

例3．不需要读写参数只发送停止变频器报文

例4．不需要读写参数只送启动变频器、设定频率50Hz报文

例3、4报文比较简单只需要定义PZD中的内容，PKW区内容可以设置为0。
请注意：如果按照以上4个例子发送报文可能会收到与例子中不一样的应答报文，这并不代表报文存在问题，可能由于变频器状态不同或参数设置不同造成。例子报文中已经计算了BCC校验的值，如果使用其他的报文需要自己计算BCC校验。

3 硬件组态
MM4系列变频器提供的串行接口为RS485接口，S7-300 PLC有3种通讯模块支持RS485接口：

1. 采用带有集成RS485接口的CPU例如CPU31X-2PtP；
2. RS485接口的CP340通讯模块；
3. RS485接口的CP341通讯模块；

以上三种模块都可以通过下表中的接线方式与MM4变频器连接，本文中采用1台CPU314-2PtP与1台MM440通讯。

S7-300 RS485接口与MM440 USS接线

3.1 PLC硬件组态
1) 首先打开STEP7新建项目并插入CPU314-2PtP。

2) 双击CPU314-2PtP的X2端口PtP，打开PTP属性对话框General栏，Protocol复选框中选择“ASCII”协议。

3) Addresses栏中记录起始地址“1023”，在后面的编程中使用。

4) Transfer栏中设置通讯速率“9600bps”，报文格式：“8”位数据位，“1”位停止位，“Even”偶校验，数据流控制选择“None”。

5) End Delimiter栏中设置接收报文结束方式“After character delay time elapses”利用两个报文的间隔时间来判断报文是否结束，并设置字符延时时间“4ms”（该时间可使用默认设置，默认设置时间随通讯速率不同时间也不同）。

6) Signal Assignment栏中设置串行通信接口信号模式为“Half Duplex（RS-485）Two-wire Mode”半双工两线制RS485模式，空闲状态信号状态“R(A)0v、R(B)5V”。

通过以上步骤完成对CPU314-2PtP串行接口的基本设置，如需更详细的信息请参照CPU314-2PtP手册。

3.2 变频器参数设置
与通信有关的变频参数：

以上参数只对与变频器USS通讯相关的参数进行介绍，变频器其他参数设置请参照《MM440使用大全》。

4 USS通讯编程

4.1 CPU314-2PtP串行接口发送和接收程序
CPU314-2PtP调用系统功能块SFB60和SFB61进行串行通讯接口数据的发送和接收，SFB60与SFB61系统功能块已经包含在CPU中，只需在OB1中直接调用并分配背景数据块即可。在本例中分配DB60为SFB60的背景数据块，在OB1中调用程序：

在SFB60发送通信块中需要对下列参数进行赋值：

分配DB61为SFB61的背景数据块，在OB1中调用程序：

在SFB61接收通信块中需要对下列参数进行赋值：

4.2 通过发送程序发送定义好的USS报文
将例子中的报文按字节顺序传送到从DB1.DBB0开始的16个字节中，设置MW104=16，当M100.0上升沿时PLC即发送一帧USS报文。如果变频器接收到的报文无误就会返回一条响应报文，需要将M200.0置1 PLC就会接收到响应报文，并把报文存储到从DB2.DBB0开始的16个字节中。

4.3使用S7-300 PLC编写BCC校验程序
在USS通讯中变频器在收到主站发送的报文后会重新计算报文的BCC校验，如果计算结果与报文传送的BCC校验不一致，那么表明变频器接收到的信息是无效的，变频器将丢弃这一信息，并且不向主站发出应答信号。所以正确计算BCC校验尤为重要。前面提到的4个例子报文中已经计算好了BCC校验，下面给出利用S7-300 PLC编程计算15个字节的BCC校验的程序。

15字节的BCC校验程序
程序中将DB1.DBB0到DB1.DBB14中的内容依次进行异或计算，并把计算结果保存到DB1.DBB15中。

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