西门子SB1222模块

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1．控制系统原理和接线图

下图是本例中所使用的原理和接线图。

图1:控制系统原理和接线图

2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以使用USS通信协议通过通信模块CM1241 RS485来实现S7-1200与G120变频器的通信。

本例中使用的PLC硬件为：
1）PM1207电源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
4) 模拟器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

本例中使用的G120变频器硬件为：
1） SINAMICS G120 PM240 （6SL3244-0BA20-1BA0）
2） SINAMICS G120 CU240S（6SL3224-0BE13-7UA0）
3） SIEMENS MOTOR (1LA7060-4AB10)
4） 操作面板 ( XAU221-001469)
5） USS 通信电缆 ( 6XV1830-0EH10)

3．软件需求

1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．组态

我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和G120变频器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件组态

首先在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图1所示。

图2： 新建S7 1200项目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模块CM1241 RS485模块，如图2所示。

图3： S7 1200硬件配置

在CPU的属性中，设置以太网的IP地址，建立PG与PLC的连接，如下图所示。

图4： S7 1200 IP地址的设置

4. 2 G120参数设置

变频器的参数设置如下表所示。

表1 ：G120变频器的参数设置

注意：表1中的17，18，19，20 这四项参数值的设置必须使PLC的参数值与变频器的参数值相一致。而19，20这两个参数值必须设置成如表1中的值，否则有可能变频器与S7-1200通信有如下问题：可能不能读出从变频器反馈回来的参数值。

5．USS通信原理与编程的实现

5. 1 S7 1200 PLC与G120 通过USS通信的基本原理

S7 1200提供了**的USS库进行USS通信，如下图所示：

图5： S7 1200 **的USS库

        USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受变频器的信息和控制变频器的指令都是通过这个功能快来完成的。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_PORT功能块是S7-1200与变频器USS通信的接口,主要设置通信的接口参数。可在主OB或中断OB中调用。
        USS_RPM功能块是通过USS通信读取变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_WPM功能块是通过USS通信设置变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。

这些**功能块与变频器之间的控制关系如下图所示：

图6： USS 通信功能块与变频器的控制关系

        USS_DRV功能块通过USS_DRV_DB数据块实现与USS_PORT功能块的数据接收与传送，而USS_PORT功能块是S7-1200 PLC CM1241 RS485模块与变频器之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与变频器的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。

        每个S7-1200 CPU较多可带3个通信模块，而每个CM1241 RS485通信模块较多支持16个变频器。因此用户在一个S7-1200 CPU中较多可建立3个USS网络，而每个USS网络较多支持16个变频器，总共较多支持48个USS变频器。

5. 2 S7 1200 PLC进行USS通信的编程

1．USS通信接口参数功能块的编程
USS通信接口参数功能块的编程如下图所示。

图7： USS通信接口参数功能块的编程

USS_PORT功能块用来处理USS网络上的通信，它是S71200 CPU与变频器的通信借口。每个CM1241 RS485模块有且必须有一个USS_PORT功能块。

PORT：指的是通过哪个通信模块进行USS通信。
BAUD：指的是和变频器进行通行的速率。 变频器的参数P2010种进行设置。
USS_DB：指的是和变频器通信时的USS数据块。每个通信模块较多可以有16个USS数据块，每个CPU较多可以有48个USS数据块，具体的通信情况要和现场实际情况相联系。每个变频器与S7-1200进行通信的数据块是一的。
ERROR：输出错误。
STATUS：扫描或初始化的状态。
S7-1200 PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多个扫描。
USS_PORT通信的时间间隔是S7-1200与变频器通信所需要的时间，不同的通信波特率对应的不同的USS_PORT通信间隔时间。下图列出了不同的波特率对应的USS_PORT较小通信间隔时间。

图8：不同的波特率对应的USS_PORT较小通信间隔时间

        USS_PORT在发生通信错误时，通常进行3次尝试来完成通信事件，那么S7-1200与变频器通信的时间就是USS_PORT发生通信**时的时间间隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT与变频器通信的时间间隔应当大于较小的调用时间间隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 协议库默认的通信错误**时尝试次数是2次。
        基于以上的USS_PORT通信时间的处理，我们建议在循环中断OB块中调用USS_PORT通信功能块。在建立循环中断OB块时，我们可以设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。循环中断OB块的扫描时间的设置如下图所示：

图9：循环中断OB块的扫描时间的设置 

1 PWM功能简介
PWM(脉冲宽度可调)是一种周期固定，脉宽可调节的脉冲输出，如图1示，PWM功能虽然使用的是数字量输出，但其在很多方面类似于模拟量，比如它可以控制电机的转速，阀门的位置等。S7-1200 CPU提供了两个输出通道用于高速脉冲输出，分别可组态为PTO或PWM，PTO的功能只能由运动控制指令来实现，PWM功能使用CTRL_PWM指令块实现，当一个通道被组态为PWM时，将不能使用PTO功能，反之亦然。
图1所示为PWM原理

1 脉冲周期 2 脉冲宽度

图1 PWM原理

2 PWM功能组态
CPU的两路脉冲发生器，使用特定的输出点，如图2所示，用户可使用CPU集成输出点或信号板的输出点，表中所示为默认情况下的地址分配，用户也可自己更改输出地址，无论点的地址如何变化，PTO1/PWM1总是使用**组输出，PTO2/PWM2使用紧接着的一组输出，对于CPU集成点和信号板上的点都是如此。PTO在使用脉冲输出时一般占用2个输出点，而PWM只使用一个点，另个没有使用的点可用作其它功能。

脉冲功能输出点占用如图2

图2 脉冲功能输出点占用

组态步骤
1. 进入Device Configuration（设备组态）界面，选中CPU,点击属性，选中Pulse Generator(PTO/PWM)。如图3

图3进入设备组态

2. 组态脉冲发生器参数，如图4。

图4 脉冲发生器组态

1 Pulse generator used as（脉冲输出类型）：用于选择PTO或PWM输出。
2 Output source（输出源）：选择是CPU集成点输出或信号板输出。
3 Time Based（时基）：Milliseconds（毫秒），Microseconds（微秒）
4 Pulse width format（脉宽形式）:Hundredths(百分比),Thousandths（千分比）,ten thousandths（万分比）,S7 analog format（S7模拟量）。
5 Cycle time（周期）：脉冲的周期值只能在此修改。
6 Intial pulse width(初始脉宽)。
图5所示为系统*的硬件输出点

图5 PWM硬件输出点

图6为PWM所分地址

图6 PWM脉宽调制地址

1 Start address（起始地址）:此地址为WORD类型，用于存放脉宽值，用户可在系统运行中实时修改此值达到修改脉宽的目的，默认情况下，PWM1使用QW1000，PWM2使用QW1002。
2 Process Image（过程映像区）：由于脉宽值存放地址为过程映像区，这里选择更新方式，默认为周期更新。
3 HW ID（硬件识别号）。

3 PWM指令块
S7-1200 CPU使用CTRL_PWM指令块实现PWM输出，如图7.在使用此指令块时需要添加背景数据块，用于存储参数信息。

图7 PWM指令块

PWM指令块参数如表1

表1 PWM指令块参数

当EN端变为1时，指令块通过Enable端使能或禁止脉冲输出，脉冲宽度通过组态好的QW来调节，当CTRL_PWM指令块正在运行时，BUSY位将一直为0。

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