西門子S7-1200模塊6ES7211-1AE40-0XB0

西門子S7-1200 緊湊型PLC在當(dāng)前的市場(chǎng)中有著廣泛的應(yīng)用，作為經(jīng)常與SINAMICS G120系列變頻器共同使用的PLC，其USS通信協(xié)議的使用一直在市場(chǎng)上有著非常廣泛的應(yīng)用。本文將主要介紹如何使用USS通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。

1．控制系統(tǒng)原理和接線圖

下圖是本例中所使用的原理和接線圖。

圖1:控制系統(tǒng)原理和接線圖

2．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(xié)議通過(guò)通信模塊CM1241 RS485來(lái)實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。

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

本例中使用的G120變頻器硬件為：
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 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)

3．軟件需求

1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．組態(tài)

我們通過(guò)下述的實(shí)際操作來(lái)介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態(tài)S7-1214C 和G120變頻器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件組態(tài)

首先在Step7 Basic V10.5中建立一個(gè)項(xiàng)目，如圖1所示。

圖2： 新建S7 1200項(xiàng)目

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

圖3： S7 1200硬件配置

在CPU的屬性中，設(shè)置以太網(wǎng)的IP地址，建立PG與PLC的連接，如下圖所示。

圖4： S7 1200 IP地址的設(shè)置

4. 2 G120參數(shù)設(shè)置

變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表所示。

表1 ：G120變頻器的參數(shù)設(shè)置

注意：表1中的17，18，19，20 這四項(xiàng)參數(shù)值的設(shè)置必須使PLC的參數(shù)值與變頻器的參數(shù)值相*。而19，20這兩個(gè)參數(shù)值必須設(shè)置成如表1中的值，否則有可能變頻器與S7-1200通信有如下問(wèn)題：可能不能讀出從變頻器反饋回來(lái)的參數(shù)值。

5．USS通信原理與編程的實(shí)現(xiàn)

5. 1 S7 1200 PLC與G120 通過(guò)USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS庫(kù)進(jìn)行USS通信，如下圖所示：

圖5： S7 1200 的USS庫(kù)

        USS_DRV 功能塊是S7-1200 USS通信的主體功能塊，接受變頻器的信息和控制變頻器的指令都是通過(guò)這個(gè)功能快來(lái)完成的。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
        USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設(shè)置通信的接口參數(shù)?？稍谥鱋B或中斷OB中調(diào)用。
        USS_RPM功能塊是通過(guò)USS通信讀取變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
        USS_WPM功能塊是通過(guò)USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。

這些功能塊與變頻器之間的控制關(guān)系如下圖所示：

圖6： USS 通信功能塊與變頻器的控制關(guān)系

        USS_DRV功能塊通過(guò)USS_DRV_DB數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)與USS_PORT功能塊的數(shù)據(jù)接收與傳送，而USS_PORT功能塊是S7-1200 PLC CM1241 RS485模塊與變頻器之間的通信接口。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與變頻器的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。

        每個(gè)S7-1200 CPU多可帶3個(gè)通信模塊，而每個(gè)CM1241 RS485通信模塊多支持16個(gè)變頻器。因此用戶在一個(gè)S7-1200 CPU中多可建立3個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)多支持16個(gè)變頻器，總共多支持48個(gè)USS變頻器。

5. 2 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的編程

1．USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如下圖所示。

圖7： USS通信接口參數(shù)功能塊的編程

USS_PORT功能塊用來(lái)處理USS網(wǎng)絡(luò)上的通信，它是S71200 CPU與變頻器的通信借口。每個(gè)CM1241 RS485模塊有且必須有一個(gè)USS_PORT功能塊。

PORT：指的是通過(guò)哪個(gè)通信模塊進(jìn)行USS通信。
BAUD：指的是和變頻器進(jìn)行通行的速率。 變頻器的參數(shù)P2010種進(jìn)行設(shè)置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時(shí)的USS數(shù)據(jù)塊。每個(gè)通信模塊多可以有16個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，每個(gè)CPU多可以有48個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，具體的通信情況要和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相聯(lián)系。每個(gè)變頻器與S7-1200進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)塊是的。
ERROR：輸出錯(cuò)誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態(tài)。
S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本身的掃描周期不同步的，在完成一次與變頻器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多個(gè)掃描。
USS_PORT通信的時(shí)間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時(shí)間，不同的通信波特率對(duì)應(yīng)的不同的USS_PORT通信間隔時(shí)間。下圖列出了不同的波特率對(duì)應(yīng)的USS_PORT小通信間隔時(shí)間。

圖8：不同的波特率對(duì)應(yīng)的USS_PORT小通信間隔時(shí)間

        USS_PORT在發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)，通常進(jìn)行3次嘗試來(lái)完成通信事件，那么S7-1200與變頻器通信的時(shí)間就是USS_PORT發(fā)生通信超時(shí)的時(shí)間間隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT與變頻器通信的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)大于小的調(diào)用時(shí)間間隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 協(xié)議庫(kù)默認(rèn)的通信錯(cuò)誤超時(shí)嘗試次數(shù)是2次。
        基于以上的USS_PORT通信時(shí)間的處理，我們建議在循環(huán)中斷OB塊中調(diào)用USS_PORT通信功能塊。在建立循環(huán)中斷OB塊時(shí)，我們可以設(shè)置循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間，以滿足通信的要求。

西門子S7-1200模塊6ES7211-1AE40-0XB0

PROFIBUS DP系統(tǒng)組態(tài)可分為帶DP口的主站系統(tǒng)，采用通訊模板CP的主站系統(tǒng)以及帶智能從站的DP系統(tǒng)。三種DP系統(tǒng)中帶DP口的主站系統(tǒng)，采用通訊模板CP的主站系統(tǒng)在硬件組態(tài)時(shí)基本相同。

1. PROFIBUS DP系統(tǒng)之一：帶DP口的主/從系統(tǒng)

帶DP口的主/從系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分靈活，它允許用CPU中不同的數(shù)據(jù)區(qū)域來(lái)儲(chǔ)存DP過(guò)程數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)域的選擇取決于CPU的類型和應(yīng)用。過(guò)程映像區(qū)，位存儲(chǔ)器以及數(shù)據(jù)塊都可用于DP輸入，輸出數(shù)據(jù)。

過(guò)程映像是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分配。在CPU的過(guò)程映像中須有充分的空間為DP保留一個(gè)連續(xù)的輸入?yún)^(qū)域和一個(gè)連續(xù)的輸出區(qū)域。這可能受中央配置中過(guò)程映像大小和信號(hào)模塊數(shù)量的限制。

位存儲(chǔ)器與過(guò)程映像相同，這個(gè)區(qū)域適合于DP信號(hào)的全局存儲(chǔ)。例如，如果過(guò)程映像可利用的空間(沒(méi)有被中央信號(hào)模塊占據(jù)的空間)不夠用，則可以使用位存儲(chǔ)區(qū)。

數(shù)據(jù)塊也可以用來(lái)存儲(chǔ)DP信號(hào)。有關(guān)的DP數(shù)據(jù)區(qū)只被一個(gè)程序調(diào)用時(shí)使用這種存儲(chǔ)。

F      建立S7-300 PLC主站的硬件組態(tài)（帶DP口）：雙擊“X2/DP”欄或“CP342-5”欄，在對(duì)話框內(nèi)選中“DP-Master”

F      在PROFIBUS總線上添加ET-200 從站：

主站/從站的I/O地址不能重復(fù)，它是由系統(tǒng)軟件分配的。如果用戶需要對(duì)地址進(jìn)行修改，可以通過(guò)模板特性對(duì)話框重新設(shè)置。

2．PROFIBUS DP系統(tǒng)之二：帶通訊模板CP的主站系統(tǒng)。

采用通訊模板CP的主站/從站系統(tǒng)，則主站/從站的I/O地址可以重復(fù)，因?yàn)榇藭r(shí)的PLC系統(tǒng)相當(dāng)于兩個(gè)CPU。用戶可以通過(guò)模板特性對(duì)話框任意設(shè)置I/O地址，只是主站或從站內(nèi)的I/O地址不能重復(fù)。

當(dāng)配置CP時(shí)，必須設(shè)定操作模式。（Operating Mode）

CP342-5 DP總是需要DP-SEND和DP-RECV。這些組塊通過(guò)底板總線在CPU和CP之間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)．

CP342-5的數(shù)據(jù)總是連續(xù)地傳輸。主站大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是240字節(jié)，從站大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是86字節(jié)。

DP-SEND（發(fā)送）將CPU中的的DP數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到PROFIBUS CP的發(fā)送緩沖器，以便傳送給DP從站；DP-RECV（接收）從DP從站中讀出數(shù)據(jù)，將PROFIBUSCP接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)放入CPU的DP數(shù)據(jù)區(qū)中。