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S7-200 SMART和驅(qū)動(dòng)裝置的USS通信接線 支持USS通信的驅(qū)動(dòng)裝置可能有不止一個(gè)USS通信端口，以MicroMaster系列的MM 440為例，它在操作面板BOP接口上支持USS的RS232連接，在端子上支持USS的RS485連接。 S7-200 SMART本體集成的通信端口就是RS485規(guī)格的，因此將S7-200 SMART的本體集成的通信端口與驅(qū)動(dòng)裝置的RS485端口連接，在RS485網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)USS通信無疑是最方便經(jīng)濟(jì)的。 S7-200 SMART與MM 440、SINAMICS V 20組成的網(wǎng)絡(luò)無疑需要滿足RS485網(wǎng)絡(luò)的通用要求。但是仍然有一些需要特別注意的地方。 S7-200 CPU和MM 440、V 20通信端口都是非隔離型的，故西門子承諾的網(wǎng)絡(luò)連接距離為50米。如果有必要，也可以外接通信端口的信號(hào)隔離、放大器件，注意西門子RS-485中繼器不支持USS通信。 S7-200 SMART本體集成的RS485通信端口（Port0） 通信口引腳定義： 關(guān)于S7-200 SMART本體集成的通信端口和可選信號(hào)板通信端口引腳定義，詳情請(qǐng)參考《S7-200 SMART系統(tǒng)手冊(cè)》。 表1. S7-200 SMART本體集成的RS485通信端口引腳定義： 上表中，3和8為RS-485信號(hào)，它們的背景顏色與PROFIBUS電纜、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)插頭上的顏色標(biāo)記一致。通信端口可以從2和7向外供24V直流電源。 注意：
在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時(shí)，S7-200 SMART既可以放在整個(gè)總線型網(wǎng)絡(luò)的一端，也可以放在網(wǎng)絡(luò)的中間。 建議使用西門子的網(wǎng)絡(luò)插頭和PROFIBUS電纜。在S7-200SMART通信口上使用西門子網(wǎng)絡(luò)插頭，可以利用插頭上的終端和偏置電阻。 PROFIBUS電纜的紅色導(dǎo)線連接到S7-200SMART通信口的3針（B即RS485信號(hào)+），此信號(hào)應(yīng)當(dāng)連接到MM440、V 20變頻器通信端口的P+。綠色導(dǎo)線連接到S7-200 SMART通信口的8針（A即RS485信號(hào)-），此信號(hào)應(yīng)當(dāng)連接到MM440、V 20變頻器通信端口的N-。 MM 440通信端口
表2. MM 440的USS通信相關(guān)端子 因MM 440通信口是端子連接，故PROFIBUS電纜不需要網(wǎng)絡(luò)插頭，而是剝出線頭直接壓在端子上。如果還要連接下一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，則兩條電纜的同色芯線可以壓在同一個(gè)端子內(nèi)。 PROFIBUS電纜的紅色芯線應(yīng)當(dāng)壓入端子29。綠色芯線應(yīng)當(dāng)連接到端子30。 一個(gè)示例接線圖如下：
圖中：
注意： 以下幾點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能有極為重要的影響。幾乎所有網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量方面的問題都與未考慮到下列事項(xiàng)有關(guān)： · 偏置電阻用于在復(fù)雜的環(huán)境下確保通信線上的電平在總線未被驅(qū)動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定。終端電阻用于吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射信號(hào)。一個(gè)完善的總線型網(wǎng)絡(luò)必須在兩端接偏置和終端電阻。 · 通信口M的等電位連接建議單獨(dú)采用較粗的導(dǎo)線，而不要使用PROFIBUS的屏蔽層，因?yàn)榇诉B接上可能有較大的電流，以致通信中斷。 · PROFIBUS電纜的屏蔽層要盡量大面積接PE。一個(gè)實(shí)用的做法是在靠近插頭、接線端子處環(huán)剝外皮，用壓箍將裸露的屏蔽層壓緊在PE接地體上（如PE母排或良好接地的裸露金屬安裝板）。 · 通信線與動(dòng)力線分開布線。緊貼金屬板安裝也能改善抗干擾能力。驅(qū)動(dòng)裝置的輸入/輸出端要盡量采用濾波裝置，并使用屏蔽電纜。 在MM 440的包裝內(nèi)提供了終端偏置電阻元件，接線時(shí)可按說明書直接壓在端子上。如果可能，可采用熱縮管將此元件包裹，并適當(dāng)固定。 V 20通信端口 圖3. V 20的端子布局說明 因V 20通信口是端子連接，故PROFIBUS電纜不需要網(wǎng)絡(luò)插頭，而是剝出線頭直接壓在端子上。如果還要連接下一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，則兩條電纜的同色芯線可以壓在同一個(gè)端子內(nèi)。 PROFIBUS電纜的紅色芯線應(yīng)當(dāng)壓入端子6。綠色芯線應(yīng)當(dāng)連接到端子7。 一個(gè)示例接線圖如下： 圖4. S7-200 SMART與V 20的USS通信接線 圖中：
注意： 以下幾點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能有極為重要的影響。幾乎所有網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量方面的問題都與未考慮到下列事項(xiàng)有關(guān)： · 偏置電阻用于在復(fù)雜的環(huán)境下確保通信線上的電平在總線未被驅(qū)動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定。終端電阻用于吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射信號(hào)。一個(gè)完善的總線型網(wǎng)絡(luò)必須在兩端接偏置和終端電阻。 · 通信口M的等電位連接建議單獨(dú)采用較粗的導(dǎo)線，而不要使用PROFIBUS的屏蔽層，因?yàn)榇诉B接上可能有較大的電流，以致通信中斷。 · PROFIBUS電纜的屏蔽層要盡量大面積接PE。一個(gè)實(shí)用的做法是在靠近插頭、接線端子處環(huán)剝外皮，用壓箍將裸露的屏蔽層壓緊在PE接地體上（如PE母排或良好接地的裸露金屬安裝板）。 · 通信線與動(dòng)力線分開布線。緊貼金屬板安裝也能改善抗干擾能力。驅(qū)動(dòng)裝置的輸入/輸出端要盡量采用濾波裝置，并使用屏蔽電纜。 S7-200 SMART USS編程步驟 S7-200 SMART本體集成的RS485通信口可以工作在自由口模式下，支持USS通信協(xié)議。 S7-200 SMART與驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行USS通信時(shí)可以：
使用西門子提供的USS指令庫(kù)，用戶就不必自己配置復(fù)雜的PKW/PZD數(shù)據(jù)，或者計(jì)算校驗(yàn)字節(jié)。但是能通信的驅(qū)動(dòng)裝置有局限性。 STEP7-Micro/WIN SMART USS指令庫(kù)編程 S7-200 SMART的USS編程主要包括調(diào)用USS初始化指令、調(diào)用驅(qū)動(dòng)裝置控制指令、調(diào)用驅(qū)動(dòng)裝置參數(shù)讀寫指令幾個(gè)步驟。
S7-200 SMART USS標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)包括USS_INIT、USS_CTRL、USS_RPM_X、USS_WPM_X等指令。調(diào)用這些指令時(shí)會(huì)自動(dòng)增加一些子程序和中斷服務(wù)程序。 USS庫(kù)應(yīng)用首先要進(jìn)行USS通信的初始化。使用USS_INIT指令初始化USS通信功能。
打開USS指令庫(kù)分支，像調(diào)用子程序一樣調(diào)用USS_INIT指令。
圖中：
= 1設(shè)置為USS通信協(xié)議并進(jìn)行相關(guān)初始化 = 0恢復(fù)為PPI協(xié)議并禁用USS通信
Active參數(shù) USS_INIT子程序的Active參數(shù)用來表示網(wǎng)絡(luò)上哪些USS從站要被主站訪問，即在主站的輪詢表中激活。網(wǎng)絡(luò)上作為USS從站的驅(qū)動(dòng)裝置每個(gè)都有不同的USS協(xié)議地址，主站要訪問的驅(qū)動(dòng)裝置，其地址必須在主站的輪詢表中激活。USS_INIT指令只用一個(gè)32位長(zhǎng)的雙字來映射USS從站有效地址表，Active的無符號(hào)整數(shù)值就是它在指令輸入端的取值。 表3.從站地址映射 在這個(gè)32位的雙字中，每一位的位號(hào)表示USS從站的地址號(hào)。要在網(wǎng)絡(luò)中激活某地址號(hào)的驅(qū)動(dòng)裝置，則需要把相應(yīng)位號(hào)的位置設(shè)為二進(jìn)制“1”，不需要激活USS從站，相應(yīng)的位設(shè)置為“0”。最后對(duì)此雙字取無符號(hào)整數(shù)就可以得出Active參數(shù)的取值。 在表3的例子中，如果使用站地址為3的MM 440變頻器，則須在位號(hào)為03的位單元格中填入二進(jìn)制“1”。其他不需要激活的地址對(duì)應(yīng)的位設(shè)置為“0”。取整數(shù)，計(jì)算出的Active值為00000008h，即16#00000008，也等于十進(jìn)制數(shù)8（如圖6.中的e.） 建議使用16進(jìn)制數(shù)，這樣可以每4位一組進(jìn)行加權(quán)計(jì)算出16進(jìn)制數(shù)，并組合成一個(gè)整數(shù)。當(dāng)然也可以表示為十進(jìn)制或二進(jìn)制數(shù)值，但有時(shí)會(huì)很麻煩，而且不直觀。 如果一時(shí)難以計(jì)算出有多個(gè)USS從站配置情況下的Active值，可以使用Windows自帶的計(jì)算器。將其設(shè)置為科學(xué)計(jì)算器模式，可以方便地轉(zhuǎn)換數(shù)制。 分配庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)地址 USS指令庫(kù)需要大概402個(gè)字節(jié)的V存儲(chǔ)區(qū)用于支持其工作。調(diào)用USS_INIT指令后就可以為USS指令庫(kù)分配庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)。也可以在編程的稍后階段分配存儲(chǔ)區(qū)地址，但這一步是必不可少的，否則程序無法通過編譯。 根據(jù)S7-200 SMART中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)分配原則，分配給庫(kù)指令的數(shù)據(jù)區(qū)絕對(duì)不能與其他程序使用的數(shù)據(jù)區(qū)有任何重疊。否則會(huì)造成出錯(cuò)。
USS_CTRL指令用于對(duì)單個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行運(yùn)行控制。這個(gè)功能塊利用了USS協(xié)議中的PZD數(shù)據(jù)傳輸，控制和反饋信號(hào)更新較快。 網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)激活的USS驅(qū)動(dòng)裝置從站，都要在程序中調(diào)用一個(gè)獨(dú)占的USS_CTRL指令，而且只能調(diào)用一次。需要控制的驅(qū)動(dòng)裝置必須在USS初始化指令運(yùn)行時(shí)定義為“激活”。
在USS通信指令庫(kù)分支中選擇USS_CTRL指令。
圖中：
= 1 運(yùn)行 = 0 停止
= 1 MM 4系列，SINAMIC SG 110，SINAMICS V 20 = 0 MM 3系列，或更早的產(chǎn)品
此USS_CTRL功能塊使用了PZD數(shù)據(jù)讀寫機(jī)制，傳輸速度比較快。但由于它還是串行通信，而且還可能有多個(gè)從站需要輪詢，因此無法做到“實(shí)時(shí)”響應(yīng)。要實(shí)現(xiàn)高要求的快速通信，應(yīng)該使用PROFIBUS-DP等網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)更換主站為更高級(jí)的控制器。 USS_CTRL已經(jīng)能完成基本的驅(qū)動(dòng)裝置控制，如果需要有更多的參數(shù)控制選項(xiàng)，可以選用USS指令庫(kù)中的參數(shù)讀寫指令實(shí)現(xiàn)。
USS指令庫(kù)中共有6種參數(shù)讀寫功能塊，分別用于讀寫驅(qū)動(dòng)裝置中不同規(guī)格的參數(shù)。
USS參數(shù)讀寫指令采用與USS_CTRL功能塊不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。由于許多驅(qū)動(dòng)裝置把參數(shù)讀寫指令用到的PKW數(shù)據(jù)處理作為后臺(tái)任務(wù)，參數(shù)讀寫的速度要比控制功能塊慢一些。因此使用這些指令時(shí)需要更多的等待時(shí)間，并且在編程時(shí)要考慮到，進(jìn)行相應(yīng)的處理。 讀參數(shù)指令 以下的程序段讀取SINAMICS V 20實(shí)際頻率（參數(shù)r0021）。由于此參數(shù)是一個(gè)實(shí)數(shù)，因此選用實(shí)型參數(shù)讀功能塊。參數(shù)讀寫指令必須與參數(shù)的類型配合。
圖中：
EN和XMT_REQ的觸發(fā)條件必須同時(shí)有效，EN必須持續(xù)到讀寫功能完成（Done為1），否則會(huì)出錯(cuò)。 寫參數(shù)指令 寫參數(shù)指令的用法與讀參數(shù)指令類似。與讀參數(shù)指令的區(qū)別是參數(shù)是功能塊的輸入。 讀寫多個(gè)參數(shù) 在任一時(shí)刻USS主站內(nèi)只能有一個(gè)參數(shù)讀寫功能塊有效，否則會(huì)出錯(cuò)。因此如果需要讀寫多個(gè)參數(shù)（來自一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置），必須在編程時(shí)進(jìn)行讀寫指令之間的輪替處理。 USS錯(cuò)誤代碼 表4. USS庫(kù)指令錯(cuò)誤代碼
MM 440的參數(shù)設(shè)置 參數(shù)集是對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行調(diào)試和控制的基礎(chǔ)，幾乎所有的功能都需要對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行訪問、設(shè)定和修改。西門子驅(qū)動(dòng)裝置的參數(shù)功能更為突出，龐大繁多的參數(shù)選項(xiàng)，保證了西門子產(chǎn)品的高性能應(yīng)用和極高的定制能力。 驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)試和控制都依賴于對(duì)參數(shù)的設(shè)置，與S7-200 SMART配合使用時(shí)也不例外。一個(gè)實(shí)際的項(xiàng)目，往往把驅(qū)動(dòng)裝置和自動(dòng)控制器（PLC）分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立、又有聯(lián)系的子系統(tǒng)，它們的調(diào)試也一般也可以分開進(jìn)行。這樣做不但可以提高效率，而且能夠保證控制關(guān)系清晰明了。 對(duì)于S7-200 SMART與西門子驅(qū)動(dòng)裝置配合的項(xiàng)目，建議分為三個(gè)階段調(diào)試： 1. 驅(qū)動(dòng)裝置和PLC相對(duì)獨(dú)立，調(diào)試各自的基本功能。 2. 調(diào)試出驅(qū)動(dòng)裝置和PLC之間相互控制、反饋功能。 3. 進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的綜合調(diào)試，達(dá)成一個(gè)完整的控制任務(wù)。 驅(qū)動(dòng)裝置的基本調(diào)試相對(duì)比較獨(dú)立，最好能夠在嘗試與控制器連接之前完成。 具體驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)試請(qǐng)參考相關(guān)產(chǎn)品的操作手冊(cè)等資料。 假定已經(jīng)完成了驅(qū)動(dòng)裝置的基本參數(shù)設(shè)置和調(diào)試（如電機(jī)參數(shù)辨識(shí)等等），以下只涉及與S7-200 SMART控制器通訊相關(guān)的參數(shù)。 MM 440的參數(shù)分為幾個(gè)訪問級(jí)別，以便于過濾不需要查看的部分。與S7-200 SMART連接時(shí)，需要設(shè)置的主要有“控制源”和“設(shè)定源”兩組參數(shù)。要設(shè)置此類參數(shù)，需要“專家”參數(shù)訪問級(jí)別，即首先需要把P0003參數(shù)設(shè)置為3。 控制源參數(shù)設(shè)置 控制命令控制驅(qū)動(dòng)裝置的啟動(dòng)、停止、正/反轉(zhuǎn)等功能?？刂圃磪?shù)設(shè)置決定了驅(qū)動(dòng)裝置從何種途徑接受控制信號(hào)。 控制源由參數(shù)P0700設(shè)置： 表5. 控制源參數(shù)
此參數(shù)有分組，在此僅設(shè)第一組，即P0700[0]。 設(shè)定源控制參數(shù) 設(shè)定值控制驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速/頻率等功能。設(shè)定源參數(shù)決定了驅(qū)動(dòng)裝置從哪里接受設(shè)定值（即給定）。 設(shè)定源由參數(shù)P1000設(shè)置： 表6. 設(shè)定源參數(shù)（部分）
此參數(shù)有分組，在此僅設(shè)第一組，即P1000[0]。 USS通信控制的變頻器基本參數(shù)設(shè)置 控制源和設(shè)定源之間可以自由組合，根據(jù)工藝要求可以靈活選用。以控制源和設(shè)定源都來自RS485上的USS通信為例，簡(jiǎn)介USS通信的參數(shù)設(shè)置。 主要參數(shù)有： 1. P0010：用于對(duì)參數(shù)進(jìn)行過濾，從而可以只選擇與特定功能相關(guān)的部分參數(shù)。設(shè)置P0010 =30，恢復(fù)變頻器出廠設(shè)置。 2. P0970：設(shè)置P0970 = 21，所有參數(shù)以及用戶默認(rèn)設(shè)置復(fù)位至工廠復(fù)位狀態(tài)。注意：參數(shù)P2010、P2011、P2023的值不受工廠復(fù)位影響。 3. P0003：設(shè)置P0003 = 3，用戶訪問等級(jí)為專家等級(jí)。 4. P0700：設(shè)置P0700 = 5，即控制源來自RS485上的USS通信。 5. P1000：設(shè)置P1000 = 5，即設(shè)定源來自RS485上的USS通信。 6. P2023：設(shè)置P2023 = 1，RS485協(xié)議選擇為USS。 7. P2010[0]：設(shè)置RS485上的USS通信速率。根據(jù)S7-200 SMART通信口的限制。 8. P2011：設(shè)置P2011[0] = 0至31，即驅(qū)動(dòng)裝置RS485上的USS通信口在網(wǎng)絡(luò)上的從站地址。USS網(wǎng)絡(luò)上不能有任何兩個(gè)從站的地址相同。 9. P2012：設(shè)置P2012[0] = 2，即USSPZD區(qū)長(zhǎng)度為2個(gè)字長(zhǎng)。 10. P2013：設(shè)置P2013[0] = 127，即USSPKW區(qū)的長(zhǎng)度可變。 11. P2014：設(shè)置P2014[0] = 0至65535，即RS485上的USS通信控制信號(hào)中斷超時(shí)時(shí)間，單位為ms。如設(shè)置為0，則不進(jìn)行此端口上的超時(shí)檢查。 USS通信是由S7-200 SMART和驅(qū)動(dòng)裝置配合，因此相關(guān)參數(shù)一定要配合設(shè)置。如通信速率設(shè)置不一樣，當(dāng)然無法通信。 常見問題S7-200 SMARTCPUUSS協(xié)議庫(kù)能否與第三方變頻器進(jìn)行通信，其支持與哪些變頻器通信？ USS協(xié)議（Universal Serial InterfaceProtocol，即通用串行接口協(xié)議）是西門子專為西門子驅(qū)動(dòng)裝置開發(fā)的通用通信協(xié)議，不能用于與第三方變頻器通信。 S7-200 SMARTCPU與西門子變頻器USS通信不上的可能原因？ USS通信需要從硬件接線和編程兩個(gè)方面進(jìn)行故障排查。硬件接線方面需要注意以下幾點(diǎn)： 編程方面需要注意以下幾點(diǎn)： S7-200 SMARTCPU集成的RS485端口（端口0）以及SBCM01信號(hào)板（端口1）兩個(gè)通信端口能否同時(shí)進(jìn)行USS通信？ S7-200 SMART CPU兩個(gè)通信端口不能同時(shí)進(jìn)行USS通信，端口0與端口1在同一時(shí)刻只能有一個(gè)端口用于USS通信。 同一時(shí)刻觸發(fā)多條USS_RPM_x？或USS_WPM_x指令，為什么只有一條參數(shù)讀寫指令被執(zhí)行，其它參數(shù)讀寫指令報(bào)8#錯(cuò)誤（通信端口忙于處理其它指令）？ USS_RPM_x指令和USS_WPM_x指令同一時(shí)刻只能激活一條指令，多條參數(shù)讀寫指令的執(zhí)行可以采用輪詢方式。 USS_RPM_R指令數(shù)據(jù)讀取變頻器參數(shù)時(shí)，為什么讀出的數(shù)值會(huì)出現(xiàn)跳變？ USS_RPM_R指令輸入?yún)?shù)XMT_REQ為True時(shí)將啟動(dòng)參數(shù)讀取請(qǐng)求并清除輸出參數(shù)Value數(shù)值，所以會(huì)造成讀出的參數(shù)數(shù)值跳變的現(xiàn)象。可以使用USS_RPM_R指令的Done完成位的上升沿信號(hào)來保存讀取的參數(shù)值。 摘自西門子 |
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圖2. S7-200 SMART與MM 440的USS通信接線
