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西門子CP5611通訊卡件代理
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SIEMENS 湖南中乾盛泰電氣設備有限公司
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1. USS通信介紹
1.1. USS協議特點
USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口) 是西門子專為驅動裝置開發的通信協議。USS 協議的基本特點如下：
? 支持多點通信（因而可以應用在 RS 485 等網絡上）
? 采用單主站的“主－從”訪問機制
? 每個網絡上多可以有 32 個節點（多 31 個從站）
? 簡單可靠的報文格式，使數據傳輸靈活高效
? 容易實現，成本較低
USS 的工作機制是，通信是由主站發起，USS 主站不斷循環輪詢各個從站，從站根據收到的指令，決定是否以及如何響應。從站永遠不會主動發送數據。從站在以下條件滿足時應答：
-- 接收到的主站報文沒有錯誤，并且
-- 本從站在接收到主站報文中被尋址
上述條件不滿足，或者主站發出的是廣播報文，從站不會做任何響應。對于主站來說，從站必須在接收到主站報文之后的一定時間內發回響應。否則主站將視為出錯。
USS 的字符傳輸格式符合 UART 規范，即使用串行異步傳輸方式。USS 在串行數據總線上的字符傳輸幀為 11 位長度，如表1所示：
表1：USS字符幀
USS 協議的報文簡潔可靠，高效靈活。報文由一連串的字符組成，協議中定義了它們的特
定功能，表2所示：
表2：USS報文結構
每小格代表一個字符（字節）。其中：
STX： 起始字符，是 02 h
LGE： 報文長度
ADR：從站地址及報文類型
BCC： BCC 校驗符
凈數據區由 PKW 區和 PZD 區組成，如表3所示：
表3：USS凈數據區
PKW： 此區域用于讀寫參數值、參數定義或參數描述文本，并可修改和報告參數的改變 。其中：
PZD： 此區域用于在主站和從站之間傳遞控制和過程數據?？刂茀蛋丛O定好的固定格式在主、從站之間對應往返。如：
根據傳輸的數據類型和驅動裝置的不同，PKW 和 PZD 區的數據長度都不是固定的，它們可以靈活改變以適應具體的需要。但是，在用于與控制器通信的自動控制任務時，網絡上的所有節點都要按相同的設定工作，并且在整個工作過程中不能隨意改變。
注意：
對于不同的驅動裝置和工作模式，PKW 和 PZD 的長度可以按一定規律定義。 一旦確定就不能在運行中隨意改變 ；
PKW 可以訪問所有對 USS 通信開放的參數；而 PZD 僅能訪問特定的控制和過程數據；
PKW 在許多驅動裝置中是作為后臺任務處理，因此 PZD 的實時性要比 PKW 好。
1.2. S7-1200 USS通信簡介
CM 1241 RS485 模塊通過 RS485 端口與MM440進行通信。 可使用 USS 庫控制MM440和讀/寫MM440參數。該庫提供 1 個 FB 和 3 個 FC 來支持 USS 協議。 每個 CM1241 RS485 通信模塊多支持 16 個MM440。連接到一個 CM 1241 RS485 的所有MM440（多 16 個）是同一 USS 網絡的一部分。連接到另一 CM 1241 RS485 的所有MM440是另一 USS 網絡的一部分。 因為 S7-1200多支持三個 CM 1241 RS485 設備，所以用戶多可建立三個 USS 網絡，每個網絡多 16 個MM440，共支持 48 個 USS MM440。各 USS 網絡使用各自一的數據塊進行管理（使用三個 CM 1241 RS485 設備建立三個 USS網絡需要三個數據塊）。 同一USS 網絡相關的所有指令必須共享該數據塊。 這包括用于控制網絡上所有MM440的 USS_DRV、USS_PORT、USS_RPM 和USS_WPM 指令。
2. 硬件需求及接線
2.1. 硬件需求
S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
這三種類型的CPU都可以使用USS通信協議通過通信模塊CM1241 RS485來實現S7-1200與MM440變頻器的通信。
本例中使用的PLC硬件為：
1） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
2) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
3) CSM 1277 ( 6GK7 277 -1AA00 - 0AA0)
本例中使用的MM440變頻器硬件為：
1） MM440 （ 6SE6440 - 2AB11 - 2AA1 ）
2） MICROMASTER 4 ENCODER MODULE （ 6SE6400 - 0EN00 - 0AA0 ）
3） SIEMENS MOTOR （ 1LA7060 - 4AB10 - Z ）
4） USS 通信電纜 ( 6XV1830 - 0EH10 )
2.2. 接線
建議使用西門子的網絡插頭和PROFIBUS電纜。在 S7-1200 CPU 通信口上使用西門子網絡插頭。
PROFIBUS 電纜的紅色導線B 即 RS 485 信號 +，此信號應當連接到 MM 440 通信端口的 P+；綠色導線A 即 RS 485 信號 -，此信號應當連接到 MM 440 通信端口的 N-。
圖1： MM440接線端子 表4：MM440端子定義
因為MM 440 通信口是端子連接，所以 PROFIBUS 電纜不需要網絡插頭，而是剝出線頭直接壓在端子上。如果還要連接下一個驅動裝置，則兩條電纜的同色芯線可以壓在同一個端子內。PROFIBUS 電纜的紅色芯線應當壓入端子 29；綠色芯線應當連接到端子 30，如圖1、表4所示。完整接線圖如圖2所示。
圖2： S7-1200與MM440接線圖
a. 屏蔽/保護接地母排，或可靠的多點接地。此連接對抑制干擾有重要意義。
b. PROFIBUS 網絡插頭，內置偏置和終端電阻。
c. MM 440 端的偏置和終端電阻。
d. 通信口的等電位連接?？梢员Ｗo通信口不致因共模電壓差損壞或通信中斷。
e. 雙絞屏蔽電纜（PROFIBUS）電纜，因是高速通信，電纜的屏蔽層須雙端接地（接 PE）。
注意，以下幾點對網絡的性能有極為重要的影響。幾乎所有網絡通信質量方面的問題都與未考慮到下列事項有關：
? 偏置電阻用于在復雜的環境下確保通信線上的電平在總線未被驅動時保持穩定；終端電阻用于吸收網絡上的反射信號。一個完善的總線型網絡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采用較粗的導線 ，而不要使用 PROFIBUS 的屏蔽層，因為此連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。一個實用的做法是在靠近插頭、接線端子處環剝外皮，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）。
? 通信線與動力線分開布線；緊貼金屬板安裝也能改善抗干擾能力。驅動裝置的輸入/輸出端要盡量采用濾波裝置，并使用屏蔽電纜。
? 在 MM 440 的包裝內提供了終端偏置電阻元件，接線時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，并適當固定。
3. 組態
我們通過下述的實際操作來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態S7-1214C 和MM440變頻器的USS通信。
3.1. PLC 硬件組態
首先在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖3所示。
圖3： 新建S7 1200項目
在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖4所示：
圖4： S7 1200硬件配置
在CPU的屬性中，設置以太網的IP地址，建立PG與PLC的連接，如圖5所示。
圖5： S7 1200 IP地址的設置
3.2. MM440參數設置
我們假定已經完成了驅動裝置的基本參數設置和調試（如電機參數辨識等等），以下只涉及與 S7-1200 控制器連接相關的參數。
MM 440 的參數分為幾個訪問級別，以便于過濾不需要查看的部分。 與 S7-1200 連接時，需要設置的主要有“控制源”和“設定源”兩組參數。要設置此類參數，需要“”參數訪問級別，即首先需要把 P0003 參數設置為 3。
控制源參數設置：
控制命令控制驅動裝置的啟動、停止、正/反轉等功能?？刂圃磪翟O置決定了驅動裝置從何種途徑接受控制信號，如表5所示。
表5：控制源由參數 P0700 設置
此參數有分組，在此僅設組，即 P0700[0]。
設定源控制參數：
設定值控制驅動裝置的轉速/頻率等功能。設定源參數決定了驅動裝置從接受設定值（即給定），如表6所示。
表6：設定源由參數 P1000 設置
此參數有分組，在此僅設組，即 P1000[0]。
控制源和設定源之間可以自由組合，根據工藝要求可以靈活選用。我們以控制源和設定源都來自 COM Link 上的 USS 通信為例，簡介 USS 通信的參數設置。
主要參數有：
1. P0700： 設置 P0700[0] = 5，即控制源來自 COM Link 上的 USS 通信；
2. P1000： 設置 P1000[0] = 5，即設定源來自 COM Link 上的 USS 通信；
3. P2009： 決定是否對 COM Link 上的 USS 通信設定值規格化，即設定值將是運轉頻率的百分比形式，還是頻率值。為0，不規格化 USS 通信設定值，即設定為MM440中的頻率設定范圍的百分比形式；為1，對 USS 通信設定值進行規格化，即設定值為的頻率數值；
4. P2010： 設置 COM Link 上的 USS 通信速率。根據 S7-1200 通信口的限制，支持的通信波特率如表7所示。
表7：通信波特率西門子開關量模塊
5. P2011： 設置 P2011[0] = 0 至 31，即驅動裝置 COM Link 上的 USS 通信口在網絡上的從站地址；
6. P2012： 設置 P2012[0] = 2，即 USS PZD 區長度為 2 個字長；
7. P2013： 設置 P2013[0] = 4；
8. P2014： 設置 P2014[0] = 0 至 65535，即 COM Link 上的 USS 通信控制信號中斷時時間，單位為 ms；如設置為 0，則不進行此端口上的時檢查；
9. P0971： 設置 P0971 = 1，上述參數將保存入MM 440 的 EEPROM 中。
1.1 S7-1200 的PROFINET 通信口
S7-1200 CPU 本體上集成了一個 PROFINET 通信口，支持以太網和基于 TCP/IP 的通信標準。使用這個通信口可以實現 S7-1200 CPU 與編程設備的通信，與HMI觸摸屏的通信，以及與其它 CPU 之間的通信。這個PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持電纜交叉自適應，因此一個標準的或是交叉的以太網線都可以用于這個接口。
1.2 S7-1200支持的協議和大的連接資源
S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口支持以下通信協議及服務
? TCP
? ISO on TCP ( RCF 1006 )
? S7 通信 (服務器端)
通信口所支持的大通信連接數
S7-1200 CPU PROFINET 通信口所支持的大通信連接數如下：
? 3個連接用于HMI (觸摸屏) 與 CPU 的通信
? 1個連接用于編程設備（PG）與 CPU 的通信
? 8個連接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP) 的編程通信，使用T-block 指令來實現
? 3個連接用于S7 通信的服務器端連接，可以實現與S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太網S7 通信
S7-1200 CPU可以同時支持以上15個通信連接，這些連接數是固定不變的，不能自定義。
TCP（Transport Connection Protocol）
TCP是由 RFC 793描述的標準協議，可以在通信對象間建立穩定、安全的服務連接。如果數據用TCP協議來傳輸，傳輸的形式是數據流，沒有傳輸長度及信息幀的起始、結束信息。在以數據流的方式傳輸時接收方不知道一 條信息的結束和下一條信息的開始。因此，發送方必須確定信息的結構讓接收方能夠識別 。在多數情況下TCP應用了IP (Internet protocol) ，也就是“TCP/IP 協議”， 它位于 ISO-OSI 參考模型的第四層。
協議的特點：
? 與硬件綁定的高效通信協議
? 適合傳輸中等到大量的數據 (<=8192 bytes)
? 為大多數設備應用提供
– 錯誤恢復
– 流控制
– 可靠性
? 一個基于連接的協議
? 可以靈活的與支持TCP協議的第三方設備通信
? 具有路由兼容性
? 只可使用靜態數據長度
? 有確認機制
? 使用端口號進行應用尋址
? 大多數應用協議，如TELNET、FTP都使用TCP
? 使用 SEND/RECEIVE 編程接口進行數據管理需要編程來實現
1.3 硬件需求和軟件需求
硬件：
① S7-1200 CPU
② S7-300 CPU + CP343-1（支持S7 Client）
③ PC（帶以太網卡）
④ TP以太網電纜
軟件：
① STEP 7 Basic V10.5
② STEP 7 V5.4
2. ISO on TCP 通信
S7-1200 CPU 與S7-300/400 之間通過ISO on TCP 通信，需要在雙方都建立連接，連接對象選擇“Unspecified”。
所完成的通信任務為：
① S7-1200將DB3里的100個字節發送到S7-300的DB2中
② S7-300將輸入數據IB0發送給S7-1200的輸出數據區QB0。
2.1 S7-1200 CPU 的組態編程
組態編程過程與 S7-1200 CPU 之間的通信基本相似 （見 6.3 ），這里簡單描述一下步驟：
① 使用STEP 7 Basic V10.5 軟件新建一個項目
在STEP 7 Basic 的“Portal View”中選擇 “Create new project”創建一個新項目
② 添加新設備
然后進入“Project view”，在“Project tree”下雙擊“Add new device”，在對話框中選擇所使用的S7-1200 CPU添加到機架上，命名為 PLC_1。
③ 為 PROFINET 通信口分配以太網地址
在“Device View”中點擊 CPU 上代表PROFINET 通信口的綠色小方塊，在下方會出現PROFINET 接口的屬性，在 “Ethernet addresses”下分配IP 地址為 192.168.0.1 ，子網掩碼為255.255.255.0。
④ 在 S7-1200 CPU 中調用“TSEND_C”通信指令并配置連接參數和塊參數
在主程序中調用發送通信指令，進入“Project tree” > “ PLC_1”>“Program blocks”>“Main”主程序中，從右側窗口“Instructions”> “Extended Instructions”>“Communications”下調用“TSEND_C”指令，并選擇“Single Instance”生成背景 DB塊。然后單擊指令塊下方的“下箭頭”，使指令展開顯示所有接口參數。
然后，創建并定義發送數據區 DB 塊。通過“Project tree”>“ PLC_1”> “Program blocks” >“Add new block” ，選擇 “Data block”創建 DB 塊，選擇尋址，點擊“OK”鍵，定義發送數據區為 100個字節的數組。
根據所使用的參數創建符號表，如圖1所示。
配置連接參數，如圖2所示。
配置塊接口參數，
7單邊通信，僅需在客戶端側進行組態編程；服務器側CPU無需組態編程。
所以在編程組態和建立連接方面，S7-300PN口做客戶端，只需要在 S7-300CPU 側建立單邊連接，使用單邊編程方式 PUT，GET 指令進行通信。
所完成的通信任務：
S7-300 集成PN口CPU 作為客戶端讀取 對方S7 CPU中 DB1 的數據到 S7-300 的 DB3 中。
S7-300 集成PN口CPU 作為客戶端將本地 DB4 中的數據寫到 對方 S7 CPU中 DB2 中。
項目創建環境：TIA V13 SP1
S7-300集成PN口側組態編程
圖1. 組態設置子網
打開 “Network View（網絡視圖）” 配置網絡，首先點中左上角的“Connections（網絡）”圖標，選擇“S7 Connection（S7連接）”，然后選中300 CPU，右鍵選擇“Add new connection（添加新連接）”如圖所示。
圖2. 添加連接
然后在“Create new connection（連接）”窗口中，選擇“Unspecified”，然后點擊“Add”建立 S7 連接，如圖2.所示。
圖3.建立 S7 連接
“S7_Connection_1（S7_連接_1）”為建立的連接，選中連接，在屬性的“General(常規)”條目中填寫對方設備的IP地址，如下圖4.所示。
圖4. 定義連接對方的 IP 地址
圖5. 定義通訊雙方的 TSAP 號
通信的對方設備為
圖6. 連接 ID 號
配置完網絡連接，編譯保存并下載。
圖7. 通訊連接狀態
在 OB1 中，從“Instruction（指令）” >“Communication（通信）” >“S7 Communication（S7通信）”下，調用Get、Put通信指令，創建接收和發送數據塊 DB3 和 DB4，定義成 101 個字節的數組，程序調用如下圖8.所示。
圖8. 程序調用功能
功能塊管腳說明：
通過在 S7-300 側編程進行 S7 通訊，實現兩個 CPU 之間數據交換，以S7-1200為例，結果如下圖。
圖9. 監控結果
服務器側：S7-1200/1500CPU注意事項
當通信的對方CPU為S7-1200或S7-1500時，有如下步驟必須設置。
1. S7-1200，S7-1500用于通信存放數據的DB塊，必須設置為“非優化”（即默認的勾選取消掉）如圖10所示:
圖10. S7-1x00的數據塊非優化設置
2. S7-1200CPU固件V4.0以上和S7-1500CPU，在CPU屬性--->保護--->連接機制中，
勾選“允許從遠程伙伴...”，如圖11所示，
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