Uss通信在无级调速系统中的应用

1、本科生毕业设计论文题 目Uss通信在无级调速系统中的应用电气与自动化工程学院院系 自动化 专业学生姓名 学号指导教师 职称指导教师工作单位起讫日期目前,各种自动化技术手段并行开展、相互融合,为工业限制提供了多种可行的技术途 径.可编程序限制器技术、工业限制计算机技术、分布式限制系统、数控系统、人机面技术 以及各种嵌入式限制器系统的快速开展进一步提升了工业自动化技术的开展水平.在工业自动化限制领域的开展过程中,变频器的使用越来越受人们的关注.但是变频调 速具有一定的技术难度,人们需要一个慢慢了解和熟悉的过程.变频器的使用最主要的个特 点就是节能和降低本钱,许多传统的耗能设备都要进行技术改造.所以

2、变频调速技术的推广 有着十分重要的现实意义.同时,随着 PLC的不断开展,使得工业自动化限制更加的准确、 方便、平安和可靠.把PLC和变频器结合起来一起对电机传动进行限制,实现远程监视网络 限制系统.在实际工程中,有的企业已实现了全车间或全厂的综合自动化,即将不同厂家生产的可 编程设备连接在单层或多层网络上,相互之间进行数据通信,实现分散限制和集中治理.因 此,通信与网络已经成为限制系统不可缺少的重要组成局部,也是限制系统的设计和维护的 重点和难点之一.在小型自动化限制系统中,USSft、议通信是一种很成功的解决力一案,能显示出具有硬 件逻辑简单、抗十扰水平强的特点,可以实现车间级的现场总线网

3、络限制.本文介绍了自动 化限制技术的综合应用,将各种通用的自动化技术与实践优化结合,将SIEMEN公司的S7-200 PLC不口变频器应用于铜大拉机的自动限制中,通过基于 USSB议的RS485总线进行组网, 进行PLCft变频器对电机的限制,其中PLCW变频器之间的通信设计最为关键. 并日 将其作 了标准化的设计,可以应用于多个自动化限制系统中,大大节约了工程的开发时间和本钱, 在实际应用中取得了良好的效果.关键词：自动化限制,USSB议,变频器,PLC通信ABSTRACTRecently, many ways of automation technology develop togethe

4、r, which provides a series of technology solution for Industry Controlling. The development of the technology of Programmable Logic Controller, Industry Personal Computer, distribution Control System, HMI,EMCU upgrades industry automation technology.In the process of the industrial automation contro

5、l development, the use of frequency converter is gradually concerned. The use of frequency converter is difficult, we need some time to understand it. The advantage of frequency converter is that it can reduce the power source and cost, many traditional equipments will be reconstructed at the techni

6、cal problem. So the frequency converter technology which is popularized has a significant social meaning.At the same time, with the development of PLC, the industry automation is become more precision,more convenience, safer and more credibility. PLC is together with transducer to control the engine

7、, realizing the long-distance watch network control system.In the proj ects, the synthetical automation of the whole workshop or factory have come true in many enterprises. Some programmable equipments of different companies that linked in single layer or sevaral layers of network could communicate

8、each orther, which can be controlled in distibution or in concentration. So, communication and nets have been important to controlling systems, and the difficulty and priority of the designing of automation systems.In small automation control system, communication based on USS protocal is a good sol

9、ution, which has simple hardware logic, good resistance of interferences. And in this way the field-can-controling of whole-workshop come true.This article discussed comprehensive application of automation control technology, combination of practices and many automation control technologies in commo

10、n use, and that the 57-200 PLC and frequency converter of SIEMENS is applied to cupper block controling system. The PLC and frequency converter control the engine, which is based on the USS consultation RS485 to make network. The design of the communication between PLC and frequency converter is the

11、 most important. The article introduces a standard design, which could be applied to a series of automation systems. It could save the period and cost of the projects, which have gotten accomplishtion in a degree.Key words: Automation control, USS protocol, transducer, PLC, Communication第一章PLC简介01.1

12、 PLC的原理01.2 PLC的特点1第二章通用变频器原理22.1 变频器的工作原理 22.1.1 变频器的根本结构和原理 22.1.2 变频器的限制方式32.2 变频器的类别 根据变频环节的不同的分类.42.2.2 根据主电路工作方式分类 42.2.3 根据电压的调制方式分类 4第三章限制系统的设计73.1 系统的硬件介绍 变频器 光电编码器.8.第四章系统通信设计和调试 94.1 通信方式的选择 9.4.2 PLC之间的通讯114.2.1 NETR网络读和NETW网络写指令 114.2.2 通信程序的设计1.34.3 PLC与变频器的通讯 144

13、.3.1 USS 协议 144.3.2 USS通信数据格式和编程要求 154.3.3 S7-200的接收和发送指令XTM/RCV 174.3.4 设计通信程序 184.4 PLC和变频器的通信1.9第五章结束语19II致20参考文献21iii第一章 PLC简介1.1 PLC的原理可编程逻辑限制器Programmable Logic Controller简称为,是20世纪60年代末逐步 开展起来的一种以计算机技术为根底的新型工业限制装置,专门为工业环境应用而设计制造 的计算机9.近几年来,PLC技术在各种工业过程限制、生产自动线限制及各类机电一体化 设备限制中得到了极为广泛的应用,成为工业自动化

14、领域中的一项十分重要的应用技术.PLC的硬件系统由中央处理单元、存储器、输入输出电路等组成,软件系统由系统程序 和用户程序组成.由于顺序限制是 PLC的主要功能,因此输入端以开关量部件按钮、继电触 点、限位开关等为主,输出端多为继电器、电磁阀线圈和指示灯等,其工作过程总可分为三 个阶段:输入采样处理、程序执行和输出刷新处理.电源外部输入输入接口口古储存输出接口外部输出通讯接口外部设备PLC采用循环扫描的工作方式.在输入采样阶段,PLC以扫描方式顺序读入所有输入端 的通断状态,并将此状态存入输入映像存放器.在程序执行阶段,PLC按先左后右、先上后下顺序,逐条执行程序指令,从输入映像存放器和输出映

15、像存放器读出有关元件的通断状态, 根据用户程序进行逻辑、算术运算,再将结果存入输出映像存放器中.在输出刷新阶段,将 输出映像存放器的通断状态转存到输出锁存器,向外输出限制信号,去驱动用户输出设备. 上面三个阶段的工作过程称为一个扫描周期,然后又重新执行上述过程,周而复始地进行. 扫描周期一般为几ms到几十ms.由PLC的工作过程可见,PLC执行程序时所用到的状态值不是直接从输入端获得的,而0是来源于输入映像存放器和输出映像存放器.因此PLC在程序执行阶段,即使输入发生变化, 输入映像存放器的内容也不会改变,要等到下一周期的输入采样阶段才能改变.同理,暂在 输出映像存放器中的内容,等到一个循环周

16、期结束,才输送给输出锁存器.所以,全部输入、输出状态的改变需要一个扫描周期.PLC是以扫描方式循环、连续、顺序地逐条执行程序.任何时刻,它只能执行一条指令, 也就是说,是以“用行方式工作.PLC的这种串行方式可预防继电器限制系统中触点竞争 和时序失配的问题.1.2 PLC的特点PLC的高可靠性和强抗干扰性,平均无故障时间一般可达 35万小时,而且PLC的环 境适应性也很能强,这是PLC得到广泛应用的重要原因之一.高可靠性的主要举措有：良好的综合设计；选用优质器件；采用隔离、滤波、屏蔽等抗干扰 技术;采用先进的电源技术；采用实时监控技术和故障诊断技术：采用冗余技术及良好的制造工 艺.编程简单,最

17、常用的编程语言是梯形图语言.梯形图与继电器原理图类似,这种编程语 言形象直观,容易掌握,不需要专门的计算机知识,便于广阔现场工程技术人员掌握.当生 产流程需要改变时,可以现场改变程序,使用方便灵活.在大型中还有高级编程语言以满足 各种不同限制对象和不同使用人员的需要.通用性强,各个的生产厂家都有其各种系列化的产品、各种模块供用户选择.用户可根 据限制对象的规模及限制要求,选择适宜的产品,组成所需要的限制系统.在进行应用设计 时,一般不再需要用户制作其它任何附加装置,从而使设计工作简化.体积小、结构紧凑、 安装维修方便,体积小,重量轻,便于安装.一般 PLC都具有自诊断、故障报等、故障种类 显示

18、等功能,便于操作和维修人员检查,可以较容易通过更换模块插件来迅速排除故障.它 与被限制对象的硬件连接方式简单、接线少,便于维护.在应用PLC系统设计时,应遵循以下的根本原那么,才能保证系统工作的稳定：1最大限度地满足被控对象的限制要求；2系统结构力求简单,限制系统能方便的进行功能扩展、升级；3系统工作要稳定、可靠,人机界面友好.第二章通用变频器原理2.1 变频器的工作原理2.1.1 变频器的根本结构和原理变频器是把工频电源50Hz或60Hz变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的 设备.变频器的根本构成如图3.1所示,其主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电 路三局部以及有关的辅助

19、电路组成14 o其中整流电路将电网的交流电源进行整流后给逆变 电路和限制电路提供所需要的直流电源,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆 变电路是变频器的最主要的局部之一.它的主要作用是在限制电路的限制下将直流中间电路 输出的直流电压电流转换为具有所需频率的交流电压电流.逆变电路的输出即为变频器的 输出,它被用来实现对异步电动机的调速限制.与主电路相对应,为主电路提供所需驱动信 号的电路称为变频器的限制电路.限制电路的主要作用是根据事先确定的变频器限制方式, 产生进行V/f或电流限制时所需要的各种门极驱动信号或基极驱动信号.止匕外,变频器的控 制电路还包括对电流、电压、电动机速度进行检测

20、的信号检测电路,为变频器和电动机提供 保护的保护电路,对外接口电路和对数字操作盒的限制电路.图2.1:变频器的根本结构框图变频器主限制电路的中央是一个高性能的微处理器,并配以PROM、RAM、ASIC芯片和其它必要的周边电路.它通过 A/D、D/A等接口电路接收各种检测信号和参数设定值,并进 行处理.它主要完成以下任务：1输入信号的处理；输入信号包括频率速度指令信号和运行、 停止、正转、反转的操作限制信号.指令信号有两种 ：模拟指令信号：010V的电压指令信号 或420mA的电流指令信号 激字指令信号：来自RS232C、RS-485通常为选件的数字信号. 本系统中PLC输入变频器的信号为420

21、mA模拟指令信号,此信号经过 A/D变换器转变为 数字信号后送入微处理器.2加减速速率调节功能：3运算处理等7.主电路驱动电路是 为变频器逆变电路的换流器件提供驱动信号.信号检测电路是将变频器和电动机的工作状态 反响至微处理器,并由微处理器进行处理后为各局部电路给出所需的限制信号和保护信号, 以到达限制变频器的输出和为变频器及电动机提供必要的保护的目的.而保护电路是由微处 理器来判断变频器本身或系统是否出现了异常,异常时那么进行各种必要的处理,包括停止 变频器的输出.变频器的保护功能包括对变频器的输出,对驱动电动机8的保护和对系统的保护三个方面的内容.,匕T能耗制M场更空减电舒变频器的种类较多

22、,但是工作原理类似,以交 -直-交电压型变频器为例,简要介绍其工作 原理.交-直-交电压型变频器是中小容量、通用型变频器的主要形式,其主电路如图3.2所示 它由交-直变换电路、直-交变换电路和能耗制动电路组成.殳T.攵换电爵s图2.2: “交-直-交变频器的主电路2.1.2 变频器的限制方式作为变频调速系统的核心-变频器的性能越来越成为调速性能优劣的决定因素,在交流变 频器中常用的非智能限制方式有 V/f协调限制、转差频率限制、矢量限制、直接转矩限制等.即u/f=c,正弦脉宽调制SPWM限制方式.v/f限制是为了得到理想的转矩-速度特性, 基于在改变电源频率进行调速的同时,又要保证电动机的磁通

23、不变的思想而提出的,通用型 变频器根本上都采用这种限制方式.转差频率限制是一种直接限制转矩的限制方式,它是在v/f限制的根底上,根据知道异12步电动机的实际转速对应的电源频率,并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率, 就可以使电动机具有对应的输出转矩8.3 .矢量限制磁场定向法,又称VC限制矢量限制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流通过三相等 效成两相静止坐标系下的交流电流再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系 下的直流电流然后模仿直流电动机的限制方法,求得直流电动机的限制量,经过相应的坐标 反变换,实现对异步电动机的限制.4 .直接转矩限制,又称DTC

24、限制该技术在很大程度上解决了上述矢量限制的缺乏,并以新奇的限制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速开展.2.2变频器的类别2.2.1 根据变频环节的不同的分类先将频率固定的交流电通过整流电路“整流成直流电,再通过逆变电路把直流电“逆 变成频率任意的可调的三相交流电.不通过中间直流环节而把电网频率的交流电直接变换成不同频率的交流电,仅用一次变换就实现变频.交-交变频器与交-直-交变频器相比,有以下优点：1只有一次变流,提升了变流效率；2低频时,输出接近正弦波.主要缺点：1接线复杂,使用的晶闸管较多；2受电网频率和变流电路脉波数的限制,输出频率较低；3采用相控方式,功率因数较低.2

25、.2.2 根据主电路工作方式分类交-直-交变频器可以分为电压型变频器和电流型变频器.在电压型变频器中,逆变电路所需要的支流电压是由整流电路或者斩波电路输出,通过直流中间电路的电容进行滤波平滑后产生的,在逆变电路中被变换为所需频率的交流电压.在 电压型变频器中,还需要有专用的放电电路,预防由于能量回馈给电容时直流电压上升,使 变流器件因电压过高而被损坏.在电流型变频器中,整流电路给出直流电,并通过中间电路的电抗进行滤波后使电流平滑 输出,在逆变电路中,被变换为所需频率的交流电流提供给电动机.电流型限制方式更适合 于大容量变频器.2.2.3 根据电压的调制方式分类1 .正弦脉宽调制SPWM变频器电

26、压的大小是通过调节脉冲宽度与脉冲占空比来实现的.2 .脉幅调制PAM变频器电压的大小是通过调节直流电压幅值来实现的在现代的工业调速限制装置中,为了满足各种工作速度的要求,目前常用的调速传动方法 有:机械式有级调速传动、电气和机械配合的有级调速、电气无级调速.根据拖动系统采用的 调速电动机种类不同,电气无级调速系统分为直流调速和交流调速两种类型.第三章限制系统的设计限制系统核心是PLC限制局部,包括接受触摸屏传送的逻辑点和数据,两个 PLC的数 据交换,传送数据对变频器实现限制.限制系统结合了 Siemens公司提供的S7-200的限制方 案和以往工程的限制系统设计方案而设计的,设计的限制系统通

27、信图见第5章.该工程在小型自动化工程中是比较复杂的限制系统,因此次方案能实现要求比较高的限制.硬件系统的 设计是根据大拉机的具体情况而定的,以到达系统高的稳定性,可靠性和操作简单的目的.3.1 系统的硬件介绍3.1.1 变频器根据铜大拉机设备的现场生产工艺需要,这里选择了西门子 1台6RA70和6台6SE70 系列的变频器,分别用来限制主机,退火牵引,左、右收线和圈收 7台电动机的启/停,频率 设定等,以到达限制要求.图4.2是主机变频器的接线图,其余变频器接线与此相似要实现变频器限制电机,且与 PLC之间实现USS通讯,就需要设置变频器的参数下面 列出了 一些参数的意义：P558.1端子7,

28、设定值18,急停；P568.1端子8,设定值20,点动值P448设定为5%,点动；P554.1端子9,设定值22,启动；P443.1端子15,设定值11,主给定；P640.1端子19、20,设定值148,转速显示；P640.2端子21、20,设定值148,速度反响；P130,设定值11,编码器反响；P151,编码器脉冲数；P131端子29、30,设定值0或3,视电机温度传感器具体情况而定,同时调整 P380P381参数；P368设定值4, USS通讯；P702设定值4,过程限制字长；P703设定值4,参数限制字长；P701设定值38400,波特率；P700.1,地址从站地址；P707.1、P7

29、07.2,设定值 32、33,报警字送 PLC;电机参数：P101,电机电压；P102,电机电流；P104,功率参数;P105,电机功率;P107,电机频率;P108,电机转速;P462,上升时间;P464,下降时间.METUm2 50 KW 番工二:.:<-> HT 厂琮1L1IL21L3KAD急目 urgentKA1-o动 InchingKA2V1在行RunE产+ D/L - 2图3.1:主机调速器接线图3.1.2光电编码器光电编码器通常分为增量式光电编码器、绝对式光电编码器、以及将两者结合在一起的 混合式光电编码器.根据现场需要,我们选择了增量式光电编码器,西门子 6SE64

30、40-2UD31-8DA1.增量式光电编码器由以下四个根本局部组成：光源、转盘动光栅、遮光板定光栅和光 敏元件.转动圆盘上刻有均匀的透光缝隙,相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期.遮光 板上刻有与转盘相应的透光缝隙,以用来通过或阻挡光源和位于遮光板后面光敏元件之间的 光线.通常,遮光板上所刻制的两条缝隙使输出信号的点角度相差90度,即所谓两路输出信号正交.在增量式光电编码器中还备有用作参考零位的标志脉冲或指示脉冲,圆盘每转动一 周,只发出一个标志脉冲.因此,在转动圆盘和遮光板相同半径的对应位置上刻有一道透光 缝隙.标志脉冲通常与数据通道有着特定的关系,用来指示机械位置或对累计量清零.光电 编码

31、器的分辨水平是以编码器转动一周所产生的输出信号根本周期数,也就是用脉冲数/转ppr表示的,并以此定义为编码器的分辨率.在工业电气传动中,根据不同的应用对象,可 选择分期率为5005仪旧脉冲/转的光电增量编码器.根据现场实际需要,我们选择了分辨 率为2048脉冲/转的光电编码器,完全满足我们的实际需要.电机尾端安装一个编码器,信 号反响回变频器,组成一个速度闭环.第四章系统通信设计和调试4.1通信方式的选择西门子S7系列PLC中的S7-200 CPU支持多种通信协议.根据所使用的 S7-200 CPU, 网络可以支持一个或多个协议,包括通用协议和公司专用协议.专用协议包括：点对点Point-to

32、-Point接口协议PPI、多点Multi-Point接口协议MPI、自由通信接协议、 Pro巾bus协议和USS协议.S7-200 PLC有很强的通信功能,有多种通信方式可供选择,如单 主站方式、多主站方式和远程通信方式等.1单主站方式在单主站方式的通信网络中,PC作为单一主站,S7-200作为从站,两者之间通过PC/PPI 电缆连接,系统连接示意图如图 5.1所示.这样可以实现点对点通信、监控、参数设定、编 程等.2多主站方式在多主站方式下,通信网络中有多个主站,一个或多个从站,系统连接示意图如图5.2所示.图中,带CP卡的计算机、文本显示器 TD200及操作面面板OP15是主站,S7-2

33、00的 各CPU是从站.0号站图4.1:单主站通信方式3远程通信方式单主站方式通过调制解调器与一个或多个作为从站的S7-200 CPU相连.4自由端口通信方式由用户程序来限制CPU的串口通信.用户可以利用发送/接收中断、发送/接收指令来控 制通信的操作,实现与打印机、CRT、条形码阅读器等设备的通信.通信方式根据实际的要求进行选择, 通信电缆和接口如RS-232、RS-485、25-pin to9-pin Adapter-那么需要硬件的支持.表5.1是S7-200所支持的通信硬件及波特率,可供用户选择. 此外,S7-200还可以通过 EM277PROFIBUS-DO模块连接至I PROFIBU

34、S-DP现场总线网络, 各通信卡提供一个与 PROFIBUS网络相连的RS-485通信口.表4.1 STEP7-Micro/WIN32支持的硬件配置支持的硬件支持的波特率Kbit/s支持的协议PC/PPI电缆电线连接器,与PC通 信口连线PPI协议CP5511类型,PCMCIA卡9.6,19.2,用于笔记本电脑的PPI, MPI协议,及PROFIBUS 协议CP5611PCI卡MPI集成在PG/PC的ISA卡内用于PC的PPI,MPI及PROFIBUS 协议图4.3:通过Modem的远程通信方式在该大拉机的工艺装置要求的根底上,我们定义了工程的网络通信方式,它有一个触摸屏TP270作为上位机,

35、可用带有 STEP7-Micro/WIN32的PC机监控,两个 S7-200 PLC并两 者之间有通信,以及7个西门子的调速变频装置.将触摸屏TP270和带有STEP7-Micro/WIN32的PC机作为主站,采用多主站的方式,站 地址分别设为0和1,两个PLC设为2和3,带EM277模块设为2与主站通信,并作为PLC 之间通信的主站,7个调速变频装置的地址分别为 4-10,通信设计图如图5.4所示.NETRENENCI'BLPORTNETR TBLPORT6SE7026 6SE7O266RA7O18 6SE6240 6SE62 W 6SE7026 6SE70264.2 PLC之间的通

36、讯4.2.1 NETR网络读和NETW网络写指令NETWENENOTOLPORTNETW TBLPORT11TBL:缓冲区首地址,操作数为字节；PORT:操作端口,CPU226可为0或1,其他CPU只能为0图5.5:网络读/网络写指令格式网络读NETR通信指令,通过指令指定的通信端口 PORT从远程设备上接收数据, 并将接收到的数据存储在指定的缓冲区表TBL中.网络写NETW通信指令,通过指 令的通信端口PORT向远程设备写入指令指定的缓冲区表TBL中的数据.缓冲区表TBL 的参数定义如表5.2所示,其中“字节0的各标志位及错误码4位的含义见表5.3.标志位D定 义 说操作已完0=未完成,1=

37、功能完成12地址定义字节DAE0错误码0字节远程的地址被访问的PLC地址1字节2 远程站的数据指针指向远程 PLC存储区中数据的间接指针小3小4小5字节数据长度116远程站点被访问数据的字节数6字节数据字7 节0字节数据字8 节1字节数据字22节 15接收或发送数据区,1-16个字节,其长度在字节6中定义执行NETR后,从远程读到的数据放在这个数据区；执行NETW后,发送到远程站的数据放在这个数 据区激活操作已排队0=未激活,1=激活E错误0无错误1 超时错误2 接收错误错3离线错误误码4队列溢出错误5 违反通信 协议6 非法的参数7 没有资源8 第7层错误9 信息错误0=无错误,1=有错误远

38、程站点无响应有齐偶错误,帧或校验和出错重复的站地址或无效的硬件引起冲突多于8条NETR/NETW 指令被激活在SMB30中不允许PPI就试图执行NETR/NETW 命令NETR/NETW 表中包含非法或无效的参数值远程站点忙正在进行上装或下载操作违反响用协议错误的数据地址或数据长度错误4.2.2 通信程序的设计在该工程中,根据通信方式的设计模式选择 PLC1的端口 0与PLC2的端口 0作为两个 PLC之间的通道进行3个字节的数据传输.PLC1作为PLC问通信的主站,站地址为2, PLC2 为从站,站地址为3,因此,在PLC1中编写通信程序,用NETR/NETW指令来分别读取PLC2 的数据和

39、向PLC2写入数据,而PLC2不需要通信程序.表5.4是PLC1的网络读写缓冲区的 地址定义.表5.4 PLC1的缓冲区定义文字意状远程站远程站数据数数据义态文字地址区B<据长度NETWVBVB410VD4102VBVB410缓冲区4100141067NEYRVBVB411VD4112VBVB411缓冲区4110141167通信程序编程中需要利用存放器 SMB30和SMB130进行S7-200 PLC CPU的通讯端口、 通信协议以及波特率的设置,存放器SMB30限制端口 0的自由通讯；SMB130限制端1的自 由口通讯.可以从SMB30和SMB130读取或向SMB30和SMB130写入

40、.这些字节配置各自 的通讯端口,进行自由口操作,并提供自由口或系统协议支持选择,见附录所示134.3 PLC与变频器的通讯4.3.1 USS 协议USS协议Universal Serial Interface Protocol通用串行接口协议是 SIEMENS 公司所有 传动产品的通用通讯协议,它是一种基于串行总线进行数据通讯的协议, 可支持变频器同PC 或之间建立通信连接.USS协议是主-从结构的协议,规定了在 USS总线上可以有一个主站 和最多30个从站；总线上的每个从站都有一个站地址在从站参数中设定,主站依靠它识别每个从站；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

41、进行 数据通讯.另外,还有一种播送通讯方式,主站可以同时给所有从站发送报文,从站在接收 到报文做出相应的响应后可不回送报文.西门子的S7-200提供USS协议的指令,用户使用指令可以方便地实现对变频器的限制,常常适用于规模较小的自动化系统.该自动化系统中 利用USS协议以主从方式够成工业监控网站, 在网络内有一个主站,1-31个从站,各站点有 惟一的标识码识别,然后用一个主站PC,西门子进行限制,包括变频器的启/停、频率设 定,参数修改等操作,总线上的每个传动装置都有一个从站号在参数中设定,主站依靠它识别每个传动装置.使用USS协议的优点：1 .对硬件设备要求低,减少了设备之间的布线.2 .通

42、信速率高,可达187.5kbit/s.对于有十个调速器,每个调速器有6个过程数据需要刷 新的系统,的典型扫描时间周期为几百毫秒.3 .具有极高的快速性和可靠性.数字化的信息传递,提升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.4 .可通过串行接口设置或改变传动装置的参数,无需重新连线就可以改变限制功能.5 .可实时的监控传动系统.在使用USS协议通讯时,其通讯系统的硬件连接主要要求如下：1 .条件许可的情况下,USS主站尽量选用直流型的CPU针对S7-200系列.2 .一般情况下,USS通讯电缆采用双绞线即可如常用的以太网电缆,如果干扰比较大, 可采用屏蔽双绞

43、线.3 .在采用屏蔽双绞线作为通讯电缆时,把具有不同电位参考点的设备互连会在互连电缆 中产生不应有的电流,从而造成通讯口的损坏.要保证通讯电缆连接的所有设备,或是共用 一个公共电路参考点,或是相互隔离的,以预防不应有的电流产生.屏蔽线必须连接到机箱 接地点或9针连接的插针1.建议将传动装置上的0V端子连接到机箱接地点.4 .尽量采用较高的波特率,通讯速率只与通讯距离有关,与干扰没有直接关系.5 .终端电阻的作用是用来预防信号反射的,并不用来抗干扰.如果在通讯距离很近,波 特率较低或点对点的通讯的情况下,可不用终端电阻.多点通讯的情况下,一般也只需在USS 主站上加终端电阻就可以取得较好的通讯效

44、果146 .建议使用CPU226(或CPU224+EM277)来调试USS通讯程序.7 .不要带电插拔USS通讯电缆,尤其是正在通讯过程中,这样极易损坏传动装置和的通 讯端口.如果使用大功传动装置,即使传动装置掉电后,也要等几分钟,让电容放电后,再 去插拔通讯电缆.针对USS协议通信方式的常用USS主站和从站的性能比照见表5.6和表5.7.最大通讯波特率表5.6常用USS主站的性能表5.7常用USS从站的性能产品PKWPBi终通讯接口最大区ZD区co端电阻通讯波特率MM3/3固定2NNO9芯D型插ECO固定O头或插头MM410,3,4,0YNO端了0/420127ESMM430,3,4,0YN

45、O端了0/440127ESSimore0 340YYE9芯D型插g127ESS头或插头6RA70Simov0 340YYE9芯D型插ert127ESS头或插头6SE70产品CPU22X CPU31XC-PTP CPU340-C CPU341-C通讯接口9芯D型插头15芯D型插头15芯D型插头15芯D型插头4.3.2 USS通信数据格式和编程要求USS协议是以字符信息为根本单元的协议,而 CPU22X的自由口通讯功能和 CPU31XC-PTP的RS422/485用行口正好也是以ASCII码的形式来发送接收信息的.利用这 些CPU的RS485用行口的通讯功能,由用户程序完成 USS协议功能,可实现

46、与SIEMENS 传动装置简单而可靠的通讯连接.USS协议的通信字符格式为一位起始位、一位停止位、一 位偶校验位和八位数据位.数据报文最大长度位256个字节,它包括3字节的头部、一字节的校验码和主数据块,数据块根据字的方式组织,高字节在前.通信数据报文格式如图5.6所示.STX LGE ADR 12.N BCC图5.6:通信数据报文格式其中:15STX 起始字符,位02Hex;LGE 报文长度,为 n+2 ：3<n<254;ADR 从站地址码,bit0-bit4表示从站地址,bit5为1表示播送发送,bit6为1表示镜 象发送,用于网络测试,bit7为1表示特殊报文；BCC校验字符

47、,为从STX开始所有字节的异或和.在一帧内完成过程限制数据传输 的同时,可以通过指定参数号完成设备限制参数的读写.数据块由参数值域PKW和过程数据域PZD组成,二者都为变长数据,其格式如图5.7所示.PKWPZDPKE INDPWE1-PWEnPZD1-PEDn其中：PKW参数值域,由参数识别码、子参数号和参数值构成,参数个数根据设备的定 义最大可有124个字；PZD过程限制数据域,包括限制字/状态字,设定值/实际值,不同的驱动产品定 义不同,最多可有16个字符；PKE 参数标识码,PNUbit0-bit10表示参数号,SPbit11为参数改变标志,由 从站设置；AKbit12-bit15为报

48、文类型,主站-从站和从站-主站各有16种不同的报文类型；IND 用来指定某些数组型设备参数号的子参数号.编程要求：aUSS主站与USS从站传动装置之间的通讯是异步方式的,负责与传动装置通 讯的工作程序应采用后台工作方式,如何发送接收数据应与限制逻辑无关.用户程序通过改 变USS报文中的STW及HSW的值,来限制变频器的启停及改变设定频率值.b利用发送指令如XMT , P_SEND, P_SND_RK发送USS报文至传动装置,利用接 收指令如RCV, P_RCV, P_RCV_RK接收变频器返回的USS报文.同一时刻,只能有 一个发送指令或接收指令被激活.cUSS通讯程序包括通讯端口初始化子程序

49、、BCC校验码计算子程序、数据发送子程序、 数据接收子程序、通讯超时响应子程序、通讯流程限制子程序等.可采用中断响应的方式, 也可用查询相应标志位的方式来实现.d设立发送接收数据缓存区与映像区,用户应通过改变映像区的USS发送报文值来限制 传动装置,或通过读取映像区USS接收报文中的状态值来判断传动装置的当前状态. 以预防 因干扰而接收到错误数据而使做出错误的判断和限制e对各从站的限制应采取轮询方式,轮询程序同样也是后台工作方式工作的.根据对各 台传动装置限制任务的轻重,在数据区内建立一个从站地址表,按该地址表轮询各传动装置. 采用间接寻址的编程方式,可大大节省 CPU的程序空间.d轮询地址表

50、例如,如图5.8所示,虽然,USS协议的实际物理地址只有30个,但轮询16地址表的大小无限制,其有效站地址可以在表中根据实际应用需要反复出现.实际轮询站点 数越多,其轮询的间隔时间也越大,而表中站地址重复次数越多,其轮询的间隔时间越小, 因此必须为每个传动装置设定适当的通讯超时时间以适应这种轮询问隔.USS从站轮询地址表f)不同USS从站可以有不同的 USS报文结构,如3 PKW+2 PZD;4 PKW+4 PZD;0PKW+6 PZD等组合.但整个系统要支持播送方式,那么USS网络中的所有从站都必须有相同的 PKW 区才行.传动装置对以播送方式发送的指令做出响应后,不再回送报文,因此可以不再

51、进入 数据接收状态.XMTENENOTBLP0RT4.3.3 S7-200的接收和发送指令XTM/RCVENENCTBLPOR.TXMT TBLPORTTBLPORT图5.9:发送与接收指令(1)发送指令发送指令XMTTransmit启动自由端口模式下数据缓冲区TBL的数据发送,通过 指定的通信端口 PORT,发送存储在数据缓冲区TBL中的信息.XMT指令可以发送 1255个字符如果有中断程序连接到发送结束事件上,在发送完缓冲区中的最后一个字符时,端口 0会产生中断事件9,端口 1会产生中断事件26.数据缓冲区TBL根据通信协议要 求的格式.(2)接收指令接收指令RCVReceive初始化或中

52、止接收信息的效劳,通过指定的通信端口 PORT, 接收信息并存储在数据缓冲区TBL中.数据缓冲区中的第一个字节用来累计接受到的字 节数,它本身不是接收到的,起始字符和结束字符是可选项.174.3.4 设计通信程序在系统中有7台西门子的变频调速装置,其中与 PLC1连接着3台,与PLC2连接着4 台,因此在PLC1和PLC2的程序中都有与变频调速装置的通信程序.在这里,为了通信程 序的通用性与标准化的目的,将 PLC通过USS协议与变频调速装置的通信设计成 4PKW+4PZD ,它是子程序,通过主程序的调用来实现.通信程序的设计思路是利用发送指令 XMT启动自由端口模式下数据缓冲区TBL的 数据

53、发送,通过指定的通信端口,发送存储在数据缓冲区 TBL中的信息；接收指令RCV 初始化或中止接收信息的效劳,通过指定的通信端口,接收信息并存储在数据缓冲区TBL 中.为了实现其通用性,在通信程序中将通信端口及波特率都设置成多种选择.根据 USS协 议的字符格式和实际工程中一般要求将报文长度设置成20字节,数据块长度为16,起始地址为VB4201,数据缓冲区的定义如图5.10所示.接收的数据缓冲区起始地址为 VB4251, 数据块长度也为16字节.根据S7-200支持的通信协议,将PLC1的通信端口 1设置成自由口模式通过 USS协议 的报文格式与变频器的USS端口进行数据交换.根据表 5.4存

54、放器SMB30和SMB130的定 义设置特殊存储器字节SMB130,在这里设为16#49,转化为二进制为：0101001,即：偶校 验,波特率=9600bit/s,自由端口协议.该程序的 POU符号表见表5.8.从站地址在 主控程 序中将 数据写 入通信 子程序 定义的 数据符图5.10:数据缓冲区的定义000101000000001000010010ADR数据块长度=16 字节编号1符号地址注释主程序OB1主程序182IO-CtrlSBR0I/O点逻辑限制程序3COM-NetSBR1NETR/NETW4COM-IniSBR2USS通信的参数设置5TAL-XmtSBR5通信字符格式的TAL表6TIME-IntINT0通信中断时间7SED-OverINT1发送中断事件8RCV-OverINT2接收中断事件4.4 PLC和变频器的通信PLC到变频器之间用通讯电缆连接,利用两台 PG/PC可以监控PLC能够顺利地读取和 写入变频器的通信数据,在 PLC上的PG/PC中写入数据,在变频器的P701的16个字节中 可