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SINAMICS G110 - CPM110 交流變頻器, 不帶濾波器，1AC，200-240V，+10/-10%，47-63Hz, 模擬量輸入，CT: 1.1KW； VT: 1.1KW，CT 過載: 150%, 60s, 160x140x142 （H x W x D）, 防護等級 IP20，環(huán)境溫度 -10 至 +50 ℃，不帶基本操作板（BOP）,
西門子變頻器1.1kw6SL3211-0AB21-1UA1
SIEMENS西門子上海朔川電氣設(shè)備有限公司
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 | 6SL3211-0AB21-1UA1 SINAMICS G110 - CPM110 交流變頻器, 不帶濾波器，1AC，200-240V，+10/-10%，47-63Hz, 模擬量輸入，CT: 1.1KW； VT: 1.1KW，CT 過載: 150%, 60s, 160x140x142 (H x W x D), 防護等級 IP20，環(huán)境溫度 -10 至 +50 ℃，不帶基本操作板(BOP), 不帶 RS485 接口 |
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比較簡單的實現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法
PID控制的難點在于整定控制器的參數(shù)。為了學(xué)習(xí)整定PID控制器參數(shù)的方法，必須做閉環(huán)實驗，開環(huán)運行PID程序沒有任何意義。用硬件組成一個閉環(huán)需要PLC的CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，此外還需要被控對象、檢測元件、變送器和執(zhí)行機構(gòu)。例如可以用電熱水壺作為被控對象，用熱電阻檢測溫度，用溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為標準電壓，用移相控制的交流固態(tài)調(diào)壓器作執(zhí)行機構(gòu)。
有沒有比較簡單的實現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法呢？
在控制理論中，用傳遞函數(shù)來描述被控對象、檢測元件、執(zhí)行機構(gòu)和PID控制器。
被控對象一般是串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的組合。在實驗室可以用以運算放大器為核心的模擬電路來模擬廣義的被控對象（包括檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)）的傳遞函數(shù)。我曾將這種運放電路用于S7-200和S7-1200的PID參數(shù)自動調(diào)節(jié)實驗。
用運算放大器模擬被控對象一般需要做印刷電路板，還是比較麻煩。有沒有更簡單的方法呢？
除了用運算放大器來模擬被控對象的傳遞函數(shù)，也可以用PLC的程序來模擬。為此我編寫了用來模擬被控對象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模擬的被控對象的PID閉環(huán)示意圖如下圖所示，虛線右邊是被控對象，DISV是系統(tǒng)的擾動輸入值。虛線左邊是PLC的PID控制程序。
被控對象的數(shù)學(xué)模型為3個串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)，其增益為GAIN，3個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)分別為TIM1～TIM3。其傳遞函數(shù)為
分母中的“s”為自動控制理論中拉普拉斯變換的拉普拉斯算子。將某一時間常數(shù)設(shè)為0，可以減少慣性環(huán)節(jié)的個數(shù)。圖中被控對象的輸入值INV是PID控制器的輸出值。被控對象的輸出值OUTV作為PID控制器的過程變量（反饋值）PV。
下圖是模擬被控對象的子程序，實際上只用了兩個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)分別為5000ms和2000ms。用與PID的采樣周期相同的定時中斷時間間隔來調(diào)用這個子程序。
下圖是用來監(jiān)視PID回路運行情況的STEP 7-Micro/WIN的PID調(diào)節(jié)控制面板，可以用它進行PID參數(shù)自整定或手動調(diào)節(jié)PID參數(shù)的實驗。標有PV（即被控量）的是過程變量的階躍響應(yīng)曲線。
將上圖中的積分時間由0.03min（分鐘）增大到0.12min，下圖的超調(diào)量有明顯的減小。通過修改PID的參數(shù)，觀察被控量階躍響應(yīng)曲線給出的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間等特征量的變化情況，可以形象直觀、快速地學(xué)習(xí)和掌握PID參數(shù)的整定方法。
SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨西門子PLC之S7家族的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。
siemens WinAC在自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例
WinAC是SIEMENS推出的基于PC的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)兼具PC強大的計算功能數(shù)
據(jù)處理能力和PLC邏輯測控與運行可靠性特點本文介紹了WinAC在千層酥自動化生產(chǎn)線中的
成功應(yīng)用及其*的特點
關(guān)鍵詞：千層酥 烘爐 基于PC自動化 分布式控制系統(tǒng) 過程控制系統(tǒng)
一、概述
千層酥生產(chǎn)線總長度約200米主要由如下單元組成
1、疊層起酥機
疊酥機是生產(chǎn)餅干的*道重要工序可根據(jù)廠房的不同來選擇立式或臥式其包括七道軋輥三次軋制配備撒酥機要求自動化控制系統(tǒng)滿足如下要求：
傳動控制采用矢量型變頻器調(diào)速線速度同步工作穩(wěn)定性高。
軋輥間隙采用數(shù)字化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)控制操作簡單方便快捷高效。
人機界面操控能與其它成型主機的相關(guān)部分實現(xiàn)聯(lián)動控制操作簡單方便。
疊層次數(shù)、寬度在范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。
疊層寬度560-1000MM
疊層次數(shù)4-12層
壓片厚度0.1-10MM
2、送料機
送料機將攪拌好的韌性餅干胚料進行初步軋制后輸送到后一工序的雙軋軋面機電控系統(tǒng)要求能夠同步調(diào)速控制手動調(diào)節(jié)與自動運行控制。
3、雙軋軋面機
該設(shè)備是將疊酥機或送料機輸送來的面胚進行多次軋制使面胚由厚變薄電控系統(tǒng)要求；
軋輥采用變頻調(diào)速控制,速度同步性能穩(wěn)定；
精確控制面皮厚度采用智能數(shù)字表設(shè)定與顯示。
4、烘爐
有熱風(fēng)循環(huán)烘爐遠紅外線烘爐導(dǎo)熱油爐等
餅干烘烤爐是餅干生產(chǎn)線的重要組成部份由電器控制系統(tǒng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)加熱系統(tǒng)排煙
系統(tǒng)爐網(wǎng)輸送裝置爐網(wǎng)自動檢測張緊裝置等組成要求自動化控制系統(tǒng)達到如下功能：
生產(chǎn)線工作狀態(tài)的實時監(jiān)測
溫度坐標升溫曲線等顯示
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)在線修正
歷史工作狀態(tài)記錄保存
溫度控制精度高操作方便工作穩(wěn)定高效可靠
熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)采用自動控制熱風(fēng)量，閉環(huán)控制，可選擇自然與強制性排煙等自動功能
燃氣爐欠壓、超壓、漏氣、超溫等多種安全保護功能
5、成型機
成型機由多臺軋面機與傳動單元組成相互之間無機械傳動聯(lián)鎖無張力檢測單元要求整條生產(chǎn)線通過電器控制線速度同步運行控制難度較大對自動化系統(tǒng)的功能要求較高。
二、控制系統(tǒng)特點
綜上所述千層酥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是一個集運動控制與過程控制的綜合自動化控制系統(tǒng)歸納起來應(yīng)有如下特點：
分布式：生產(chǎn)線總長度約200米，控制點多而且分散，因此選用分布式測控系統(tǒng)zui為適宜，分布式測控系統(tǒng)具有布線量少，搞*力強，擴展維護方便，運行安全可靠，故障風(fēng)險降到zui低的優(yōu)點。
總線網(wǎng)：全線采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制，排除大量模擬信號的干擾因素，實現(xiàn)精確的速度協(xié)調(diào)控制與高精度溫度測控，檢測與控制協(xié)調(diào)*。
大量配方存貯：一條生產(chǎn)線可生產(chǎn)上百種產(chǎn)品，因此有大量的配方存貯與調(diào)用，普通的PLC控制器由于受內(nèi)存的影響，很難做到大量配方的存貯與調(diào)用，因此基于PC自動化是本系統(tǒng)的*方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是現(xiàn)代過程控制系統(tǒng)的特點，本系統(tǒng)配備完善的人機界面操作系統(tǒng)，全面的系統(tǒng)監(jiān)控與異常報警功能。
運動控制：速度同步也是本控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，采用矢量型變頻器通，過網(wǎng)絡(luò)主令控制，達到全線速度的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。
三、基于PC 的自動化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司推出的基于PC的自動化控制系統(tǒng)，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有強大的計算功能、數(shù)據(jù)處理能力和PLC*的計算速度，更兼顧了PLC的運行可靠性特點。其海量內(nèi)存貯器特別適合于大數(shù)據(jù)量計算、大量配方存貯與管理。其計算功能與PC機相同，可靠性與功能更可與PLC-S7-400系統(tǒng)比美，是千層酥成型機與烘爐機械設(shè)備控制系統(tǒng)的選擇：
*性
WinAC是基于標準的WINOOWs操作平臺下的PLC控制器，梯形圖編程，因此有獨立而嚴格的時序。控制特別滿足對于高速、精確、復(fù)雜計算及嚴格時間要求的控制任務(wù)。
WinAC支持標準的WINOOWs NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技術(shù)。控制和通訊內(nèi)核與標準的WINOOWs NT任務(wù)的通訊由其內(nèi)置的代理服務(wù)器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更強。
應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境
SIEMENS統(tǒng)一的組態(tài)軟件STEP 7 是WinAC控制器的標準開發(fā)平臺，包括通信組態(tài)、編程、測試和啟動以及系統(tǒng)文件的編制，對于熟悉STEP7的工程師，不需占用額外的培訓(xùn)時間。
系統(tǒng)組態(tài)界面
開放式接口
WinAC提供標準的OPC控件接口及Active X控件接口,對于我們的應(yīng)用提供了*的方便。
OPC 過程控制OLE 是一種通過WINOOWs NT應(yīng)用程序自動存取數(shù)據(jù)的標準，也是WinAC的標準特性。使用OPC服務(wù)器可以訪問控制驅(qū)動程序中的過程數(shù)據(jù)：Active X 控件接口，不用編程直接從OLE 標準應(yīng)用程序訪問過程數(shù)據(jù)。這種功能使得我們可以在軟件開發(fā)中借助于高級語言Visual Basic進行更復(fù)雜的應(yīng)用開發(fā)。
計算功能
WinAC提供強大的計算功能，與工業(yè)過程數(shù)據(jù)，之間建立起一條工作數(shù)據(jù)鏈路。使得上位計算機能夠?qū)崟r處理過程數(shù)據(jù)，完成復(fù)雜的測量控制與故障分析計算，并能夠在Visual Basic中創(chuàng)建自己的HMI 前端或在大家熟知Excel中做統(tǒng)計分析。在過程控制和PC 應(yīng)用程序之間管理數(shù)據(jù)信息流量。允許高效、簡便地訪問并能顯示和修改過程數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)處理量大，要求內(nèi)存高的過程控制系統(tǒng)，一般的PLC控制器難以勝任的工作，用WinAC則可以輕松解決，這是我們選用WinAC的理由，也是SIEMENS給我們提供了一個合適而且經(jīng)濟的解決方案。
四、系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)
全系統(tǒng)成型機共有18臺機組，每臺機組配備一臺TD-200和CPU224控制器，用于本機運行速度。面皮厚度的測控及參數(shù)顯示與給定設(shè)定，其中9臺軋面機的PLC兼控面皮厚度，實現(xiàn)面皮厚度閉環(huán)控制。18臺PLC與18臺變頻器分布于生產(chǎn)全線，全部控制設(shè)備配備了-DP通訊接口板，通過一條高可靠的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線組網(wǎng)，實現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布式的控制系統(tǒng)，方便的就地控制與操作。
除每臺機組可以單獨設(shè)定參數(shù)并監(jiān)控運行數(shù)據(jù)外，成型機控制區(qū)設(shè)有一臺觸摸式人機界面，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)負責(zé)對成型區(qū)全部設(shè)備的實時監(jiān)控。在烘爐區(qū)設(shè)一臺15寸的屏式計算機，通過PROFIBUS-DP對全生產(chǎn)線的設(shè)備進行人機操作與監(jiān)控、人機對話、數(shù)據(jù)存貯、報表打印、生產(chǎn)管理。
全生產(chǎn)線的主控制器是*控制器WinAC, 擔(dān)負著生產(chǎn)線的主控PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的任務(wù)控制系統(tǒng)的軟件核心配方數(shù)據(jù)庫均由WinAC控制器完成為避免報表、打印、人為操作對控制系統(tǒng)產(chǎn)生無法預(yù)測的影響，本系統(tǒng)采用了在軟件WinAC控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制的硬件控制器--WBC416, 除保存了基于PC自動化完整的優(yōu)點與特點外，更有設(shè)計堅固、可擴展性強、堅固的外殼設(shè)計電子硬盤無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的特點。整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計針對抗振動抗沖擊的高防護等級。集成的接口：USB、 10/100M以太網(wǎng)接口、PROFIBUS-DP/MPI工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)鑄就了其主控制器的地位也保證了系統(tǒng)的高檔與*。
軋面機面皮厚度控制系統(tǒng)
軋面皮厚度測控系統(tǒng)由光柵傳感器、PLC 、步進電機組成閉環(huán)實時監(jiān)控系統(tǒng)。
面皮厚度通過KA-300光柵檢測，檢測精度為0.02mm。
厚度反饋值由PLC處理后進行PID計算并控制步進馬達，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，消除機械累積誤差。
閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r在線校正厚度。提高產(chǎn)品質(zhì)量。
五相步進馬達，步角0.72度 輸出頻率9KHz,V=1.95 A=0.75 N.M=0.45(4.5公斤力)
烘爐溫度控制系統(tǒng)
烘爐溫度分為8個區(qū)每區(qū)溫度都是一個閉環(huán)測控系統(tǒng)并配備有智能算法控制精度
可達到+1OC.
的熱電偶模塊進行溫度采集面溫與底溫分別控制
控制可控硅調(diào)功器從而控制溫度.
SCR調(diào)功器的輸入信號為0—10V, 輸出功率可連續(xù)調(diào)節(jié)三相平衡式調(diào)功器共8個調(diào)
功器
溫區(qū)煙囪根據(jù)配方調(diào)節(jié)開度進行流量控制
自動檢測鋼帶打滑并自動調(diào)整
智能閉環(huán)控制算法,自適應(yīng)參數(shù)整定功能
中控站可進行溫度設(shè)定與溫度監(jiān)視
五、測控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
中文動態(tài)人機操作界面，設(shè)備運行狀態(tài)動態(tài)顯示，電氣參數(shù)、工藝參數(shù)、實時顯示，
具備實時曲線顯示、歷史曲線顯示、大型動態(tài)標準數(shù)據(jù)庫，提供年報表、月報表、日報
表和隨機打印報表的功能；
通過*監(jiān)控站可監(jiān)測與控制現(xiàn)場設(shè)備的開/停，干預(yù)生產(chǎn)過程
彈出菜單方式進行參數(shù)設(shè)置、更改；包括速度設(shè)定、溫度設(shè)定、厚度設(shè)定、訂單更改、訂單參數(shù)設(shè)置，并能下傳至現(xiàn)場控制器PLC單元，更改工藝參數(shù)和控制過程；
配方參數(shù)設(shè)置：可根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)置上百種配方，使一線多能成為現(xiàn)實
美觀的立體動態(tài)設(shè)備圖形和工藝運行圖界面
自動運行，電腦遠程控制運行
內(nèi)置數(shù)據(jù)庫、能進行各類年報表、月報表和日報表及即時報表，方便的打印與輸出功
能
三級口令保護、只有*的人員可以相應(yīng)操作
報警提示與報警記錄數(shù)據(jù)庫
精確的厚度設(shè)定與厚度控制
全線速度同步與速度跟蹤、整機同步聯(lián)控等功能
溫度設(shè)定、顯示、報警與控制
煙道閥門開度調(diào)節(jié)與開度顯示
SIMATIC 工業(yè)軟件具有模塊化的設(shè)計。各個工具可根據(jù)特定應(yīng)用而單獨使用。
提供了 4 個軟件級別：
STEP 7：
SIMATIC 硬件的編程基礎(chǔ)
STEP 7 是用于對 SIMATIC S7/C7/WinAC 進行編程的基礎(chǔ)。編程時總要使用該軟件。
它具有以下版本：
- STEP 7：
用于各種應(yīng)用的*版本，帶有梯形圖、功能塊圖和指令表編程語言 - STEP 7 Professional 高性能軟件包：
支持所有 IEC 語言（梯形圖、功能塊圖、指令表、順序功能圖和結(jié)構(gòu)化文本）。并且，還提供了一個集成離線模擬組件 (S7-PLCSIM)。 - STEP 7 Lite：
適用于較低性能范圍的版本，可用于 SIMATIC S7-300 和 SIMATIC C7 - STEP 7 Micro：
用于 SIMATIC S7-200 的精簡編程軟件包
組態(tài)工具：
這些是較高層次的編程語言和面向工藝的軟件。
工程工具是一些面向任務(wù)的工具，除 STEP 7 之外也可使用這些工具。它們可大大降低能源成本，并顯著提高舒適性。
設(shè)計工具（Engineering Tool）包括：
- 供編程人員使用的高級語言
- 供技術(shù)專家使用的圖形化語言
- 用于診斷、模擬、遠程維護、設(shè)備文檔制作等的擴展軟件。
運行版軟件：
用于生產(chǎn)過程的隨時可用的運行版軟件
運行版軟件包括已編程好并可由用戶程序調(diào)用的解決方案。它直接集成在自動化解決方案中，分為兩種類型：
- 硬件捆綁：
軟件與特定硬件相關(guān) - 非硬件捆綁：
軟件可滿足一般硬件要求。
例如，運行版軟件包括：
- 用于 SIMATIC S7 和 WinAC 的控件
- 用于將自動化系統(tǒng)集成到 WINOOWs 應(yīng)用程序中的工具
您可在“基于 SIMATIC PC 的控制”下面找到用于基于 PC 的控制的運行版軟件。
人機接口（HMI）：
專門用于人機界面的軟件：
人機界面包括：
- SIMATIC ProTool 和 ProTool/Lite 用于組態(tài)操作面板
- SIMATIC ProTool/Pro – 通過 PC 實現(xiàn)機器級可視化
- SIMATIC ProAgent ? 用于過程診斷的選件包
- SIMATIC WinCC flexible – 用于組態(tài) SIMATIC HMI 操作員面板的工程工具和用于在機器級簡便完成可視化任務(wù)的高性能可視化軟件
- SIMATIC WinCC – WINOOWs NT/2000/XP 系統(tǒng)下的高性能可視化系統(tǒng)
SIMATIC 軟件使用標準：
- DIN EN 6.1131-3:
SIMATIC 編程語言符合標準 DIN EN 6.1131-3。這就降低了花在熟悉和培訓(xùn)中的費用。 - Microsoft WINOOWs:
使用基于 WINOOWs 的應(yīng)用程序和圖形大大縮短了熟悉和培訓(xùn)過程。
SIMATIC 軟件已集成：
- 公用數(shù)據(jù)管理：
所有項目數(shù)據(jù)（如，符號表、組態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)分配數(shù)據(jù)）均存儲在一個*數(shù)據(jù)庫中。它們可供所有工具使用：這就節(jié)省了多重輸入的時間并減少了錯誤。 - 集成式工具系統(tǒng)：
用戶友好的工具在自動化項目的每一步都可以使用。 - 兼容性：
SIMATIC 軟件系統(tǒng)平臺和辦公系統(tǒng)兼容。
SIMATIC 軟件提高生產(chǎn)率：
- 面向工作的工具：
這些工具易于使用并針對每一種應(yīng)用場合進行了優(yōu)化。 - 可多次使用的程序部件：
完整的程序組件存儲在庫中，并且在后續(xù)項目中只需拷貝過來即可。 - 并行處理:
將一個系統(tǒng)細分成多個項目，允許您將處理分配給不同人員。 - 集成式診斷功能減少了停機時間并降低了于此相關(guān)的成本。
西門子MM4系列變頻器都集成了串行接口，支持USS通信協(xié)議，通過USS協(xié)議可以對變頻器進行控制和讀寫變頻器參數(shù)。使用S7-300PLC有以下兩種通訊方案：
1. 按照USS協(xié)議要求編寫通訊報文，計算BCC校驗，適用于從站數(shù)量比較少，較簡單的應(yīng)用；
2. 采用DriveES SIMATIC軟件提供的S7-300庫程序，自動生成從站輪詢表程序，適用于從站數(shù)量比較多，較復(fù)雜的應(yīng)用。
本文主要介紹通過*種方案實現(xiàn)CPU314-2PtP與MM440的USS通訊。使用S7-300編寫USS通訊程序分為以下幾個步驟：
1. 依據(jù)USS協(xié)議編寫報文；
2. 使用S7-300提供的串口數(shù)據(jù)發(fā)送程序發(fā)送USS報文；
3. 使用S7-300提供的串口數(shù)據(jù)接收程序接收USS報文；
4. 依據(jù)USS協(xié)議分析接收到的報文。
本文根據(jù)這4個步驟編寫了如下內(nèi)容：第1節(jié)簡單介紹USS協(xié)議內(nèi)容，了解USS協(xié)議報文格式；第2節(jié)根據(jù)USS協(xié)議列舉了4條報文；第3節(jié)介紹PLC和變頻器USS通訊的硬件組態(tài)；第4節(jié)介紹通過調(diào)用PLC中的發(fā)送和接收功能塊實現(xiàn)USS協(xié)議報文的發(fā)送和接收。
1 USS協(xié)議介紹
USS協(xié)議是西門子專為驅(qū)動裝置開發(fā)的通信協(xié)議。USS的工作機制是，通信是由主站發(fā)起，USS主站不斷循環(huán)輪詢各個從站，從站根據(jù)收到的指令，決定是否響應(yīng)主站。從站不會主動發(fā)送數(shù)據(jù)。從站在以下條件滿足時應(yīng)答主站：接收到主站報文沒有錯誤，并且本從站在接收到主站的報文中被尋址，上述條件不滿足或者主站發(fā)出的是廣播報文，從站不會做任何響應(yīng)。USS的字符傳輸格式為11位，其中1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1偶校驗、1位停止位。如下表所示：
| 起始位 | 數(shù)據(jù)位 | 校驗位 | 停止位 | |||||||
| 1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 偶X1 | 1 |
| LSB | MSB | |||||||||
USS字符幀結(jié)構(gòu)
USS協(xié)議的報文由一連串的字符組成，協(xié)議中定義了它們的功能，如下表所示：
| STX | LGE | ADR | 有效據(jù)區(qū) | BCC | ||||
| 1 | 2 | 3 | … | n | ||||
USS報文結(jié)構(gòu)
• STX：長度1個字節(jié)，總是為02（Hex），表示一條信息的開始；
• LGE：長度1個字節(jié)，表明在LGE后字節(jié)的數(shù)量，上表中黃色區(qū)域長度；
• ADR：長度1個字節(jié)，表明從站地址；
• BCC：長度1個字節(jié)，異或校驗和，USS報文中BCC前面所有字節(jié)異或運算的結(jié)果；
• 有效數(shù)據(jù)區(qū)：由PKW區(qū)和PZD區(qū)組成，如下表所示。
| PKW區(qū) | PZD區(qū) | ||||||||
| PKE | IND | PWE1 | PWE2 | … | PWEm | PZD1 | PZD2 | PZD1 | PZDn |
USS有效數(shù)據(jù)區(qū)
PKW區(qū)用于主站讀寫從站變頻器參數(shù)：
• PKE：長度一個字,結(jié)構(gòu)如下表，任務(wù)或應(yīng)答ID請參考《MM440使用大全》第13章。
Bit15- Bit 12 Bit 11 Bit 10-Bit 0
| Bit15- Bit 12 | Bit 11 | Bit 10-Bit 0 |
| 任務(wù)或應(yīng)答ID | 0 | 基本參數(shù)號PNU |
PKW結(jié)構(gòu)
變頻器參數(shù)號<2000時，基本參數(shù)號PNU=變頻器參數(shù)號，例如P700的基本參數(shù)號PNU=2BC（Hex）（700（Dec）=2BC（Hex））。
變頻器參數(shù)號>=2000時，基本參數(shù)號PNU=變頻器參數(shù)號-2000（Dec），例如P2155的基本參數(shù)號PNU=9B（Hex）（2155-2000=155（Dec）=9B（Hex））。
• IND：長度一個字，結(jié)構(gòu)如下表。
| Bit15- Bit 12 | Bit 11- Bit 8 | Bit 7 - Bit 0 |
| PNU擴展 | 0（Hex） | 參數(shù)下標 |
IND結(jié)構(gòu)
變頻器參數(shù)號<2000時，PNU擴展=0（Hex）。
變頻器參數(shù)號>=2000時，PNU擴展=8（Hex）。
參數(shù)下標，例如P2155[2]中括號中的2表示參數(shù)下標為2。
• PWE：讀取或?qū)懭雲(yún)?shù)的數(shù)值
PZD區(qū)用于主站與從站交換過程值數(shù)據(jù)：
• PZD1： 主站?從站 控制字
主站?從站 狀態(tài)字
• PZD2： 主站?從站 速度設(shè)定值
主站?從站 速度反饋值
• PZDn： MM430/440支持zui多8個PZD，MM420支持zui多4個PZD
根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和驅(qū)動裝置的不同，PKW和PZD區(qū)的數(shù)據(jù)長度不是固定的，可以通過P2012、P2013 設(shè)置。本例采用4PKW，2PZD報文格式。
2 USS協(xié)議報文定義
本文通過發(fā)送4個不同功能的報文來演示自定義USS報文的方法，USS協(xié)議詳細說明請參照《MM440使用大全》第13章。
例1．把參數(shù)P2155[2]的數(shù)值修改為40.00Hz
| 字節(jié)數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 發(fā)送報文 | 2 | 0E | 1 | 30 | 9B | 80 | 2 | 42 | 20 | 0 | 0 | 4 | 7E | 0 | 0 | 3C |
| 應(yīng)答報文 | 2 | 0E | 1 | 20 | 9B | 80 | 2 | 42 | 20 | 0 | 0 | FB | 31 | 0 | 0 | 9C |
報文解釋：
| STX | Byte1 | 起始字符 |
| LGE | Byte2 | 報文長度（字節(jié)3到字節(jié)16共14個字節(jié)） |
| ADR | Byte3 | 從站地址 |
| PKW | Byte4-5 | PKE內(nèi)容： |
| Bit15- Bit 12（任務(wù)ID） =3（Hex），修改參數(shù)數(shù)值雙字 | ||
| Bit15- Bit 12（應(yīng)答ID） =2（Hex），傳送參數(shù)數(shù)值雙字 | ||
| Bit10- Bit 0（基本參數(shù)號PUN）=2155-2000（Dec）=9B（Hex） | ||
| Byte6-7 | IND內(nèi)容： | |
| Bit15- Bit 12（PNU擴展） =8（Hex），參數(shù)號大于2000 | ||
| Bit7- Bit 0（參數(shù)下標）=2（Hex），P2155[2] | ||
| Byte8-11 | 參數(shù)值，42 20 00 00（Hex）=40.0（浮點數(shù)） | |
| PZD | Byte12-13 | PZD1 |
| Byte14-15 | PZD2 | |
| BCC | Byte16 | 異或校驗和 |
注：黃色標記表示應(yīng)答報文中的內(nèi)容
例2．讀取參數(shù)P0700[0]的數(shù)值
| 字節(jié)數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 發(fā)送報文 | 2 | 0E | 1 | 12 | BC | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 7E | 0 | 0 | D9 |
| 應(yīng)答報文 | 2 | 0E | 1 | 12 | BC | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | FB | 31 | 0 | 0 | 6C |
報文解釋：
| STX | Byte1 | 起始字符 |
| LGE | Byte2 | 報文長度（字節(jié)3到字節(jié)16共14個字節(jié)） |
| ADR | Byte3 | 從站地址 |
| PKW | Byte4-5 | PKE內(nèi)容： |
| Bit15- Bit 12（任務(wù)ID） =1（Hex），讀取參數(shù)數(shù)值 | ||
| Bit15- Bit 12（應(yīng)答ID） =1（Hex），傳送參數(shù)數(shù)值單字 | ||
| Bit10- Bit 0（基本參數(shù)號PUN）=700（Dec）=2BC（Hex） | ||
| Byte6-7 | IND內(nèi)容： | |
| Bit15- Bit 12（PNU擴展） =0（Hex），參數(shù)號小于2000 | ||
| Bit7- Bit 0（參數(shù)下標）=0（Hex），P700[0] | ||
| Byte8-11 | 參數(shù)值，5（Hex）=5（Dec） | |
| PZD | Byte12-13 | PZD1 |
| Byte14-15 | PZD2 | |
| BCC | Byte16 | 異或校驗和 |
注：黃色標記表示應(yīng)答報文中的內(nèi)容
例3．不需要讀寫參數(shù)只發(fā)送停止變頻器報文
| 字節(jié)數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 發(fā)送報文 | 2 | 0E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 7E | 0 | 0 | 77 |
| 應(yīng)答報文 | 2 | 0E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | FB | 31 | 0 | 0 | C7 |
例4．不需要讀寫參數(shù)只送啟動變頻器、設(shè)定頻率50Hz報文
| 字節(jié)數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 發(fā)送報文 | 2 | 0E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 7F | 40 | 0 | 36 |
| 應(yīng)答報文 | 2 | 0E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | FF | 34 | 3F | FF | 6 |
例3、4報文比較簡單只需要定義PZD中的內(nèi)容，PKW區(qū)內(nèi)容可以設(shè)置為0。
請注意：如果按照以上4個例子發(fā)送報文可能會收到與例子中不一樣的應(yīng)答報文，這并不代表報文存在問題，可能由于變頻器狀態(tài)不同或參數(shù)設(shè)置不同造成。例子報文中已經(jīng)計算了BCC校驗的值，如果使用其他的報文需要自己計算BCC校驗。
3 硬件組態(tài)
MM4系列變頻器提供的串行接口為RS485接口，S7-300 PLC有3種通訊模塊支持RS485接口：
1. 采用帶有集成RS485接口的CPU例如CPU31X-2PtP；
2. RS485接口的CP340通訊模塊；
3. RS485接口的CP341通訊模塊；
以上三種模塊都可以通過下表中的接線方式與MM4變頻器連接，本文中采用1臺CPU314-2PtP與1臺MM440通訊。
| 信號 | CPU314-2PtP | MM430/MM440 | MM420 |
| RS485接口針腳 | 端子 | 端子 | |
| P+ | 11 | 29 | 14 |
| N- | 4 | 30 | 15 |
S7-300 RS485接口與MM440 USS接線
3.1 PLC硬件組態(tài)
1) 首先打開STEP7新建項目并插入CPU314-2PtP。
2) 雙擊CPU314-2PtP的X2端口PtP，打開PTP屬性對話框General欄，Protocol復(fù)選框中選擇“ASCII”協(xié)議。
3) Addresses欄中記錄起始地址“1023”，在后面的編程中使用。
4) Transfer欄中設(shè)置通訊速率“9600bps”，報文格式：“8”位數(shù)據(jù)位，“1”位停止位，“Even”偶校驗，數(shù)據(jù)流控制選擇“None”。
5) End Delimiter欄中設(shè)置接收報文結(jié)束方式“After character delay time elapses”利用兩個報文的間隔時間來判斷報文是否結(jié)束，并設(shè)置字符延時時間“4ms”（該時間可使用默認設(shè)置，默認設(shè)置時間隨通訊速率不同時間也不同）。
6) Signal Assignment欄中設(shè)置串行通信接口信號模式為“Half Duplex（RS-485）Two-wire Mode”半雙工兩線制RS485模式，空閑狀態(tài)信號狀態(tài)“R(A)0v、R(B)5V”。
通過以上步驟完成對CPU314-2PtP串行接口的基本設(shè)置，如需更詳細的信息請參照CPU314-2PtP手冊。
3.2 變頻器參數(shù)設(shè)置
與通信有關(guān)的變頻參數(shù)：
| 參數(shù) | 設(shè)置值 | 功能說明 | ||
| P0700 | 5 | 命令源選擇：com鏈路USS通訊 | ||
| P1000 | 5 | 頻率設(shè)定源選擇：com鏈路USS通訊 | ||
| P2009 | 0 | USS規(guī)格化：不規(guī)格化 | ||
| P2010 | 6 | USS波特率：9600bps | ||
| P2011 | 1 | USS地址：1 | ||
| P2012 | 2 | PZD長度：2個字 | ||
| P2013 | 4 | PKW長度：4個字 | ||
| r2024~r2031 | 只讀 | USS診斷數(shù)據(jù) | ||
以上參數(shù)只對與變頻器USS通訊相關(guān)的參數(shù)進行介紹，變頻器其他參數(shù)設(shè)置請參照《MM440使用大全》。
4 USS通訊編程
4.1 CPU314-2PtP串行接口發(fā)送和接收程序
CPU314-2PtP調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFB60和SFB61進行串行通訊接口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，SFB60與SFB61系統(tǒng)功能塊已經(jīng)包含在CPU中，只需在OB1中直接調(diào)用并分配背景數(shù)據(jù)塊即可。在本例中分配DB60為SFB60的背景數(shù)據(jù)塊，在OB1中調(diào)用程序：
在SFB60發(fā)送通信塊中需要對下列參數(shù)進行賦值：
| REQ： | 發(fā)送請求，每個上升沿發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。 |
| R： | 終止發(fā)送。 |
| LADDR： | PtP串口的起始地址，請查看PLC硬件配置中，PtP屬性對話框Addresses欄址中顯示的數(shù)值，本例中為“1023”，轉(zhuǎn)化為16進制數(shù)為W#16#3FF。 |
| DONE： | 發(fā)送完成輸出一個脈沖。 |
| ERROR： | 發(fā)送錯誤輸出1。 |
| STATUS： | 發(fā)送塊狀態(tài)字。 |
| SD_1： | 發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)起始地址，發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)定義為DB1.DBB0開始的n個字節(jié)。 |
| LEN： | 發(fā)送字節(jié)的長度。 |
分配DB61為SFB61的背景數(shù)據(jù)塊，在OB1中調(diào)用程序：
在SFB61接收通信塊中需要對下列參數(shù)進行賦值：
| EN_R： | 接收使能。 |
| R： | 終止接收。 |
| LADDR： | PtP串口的起始地址，請查看PLC硬件配置中，PtP屬性對話框Addresses欄址中顯示的數(shù)值，本例中為“1023”，轉(zhuǎn)化為16進制數(shù)為W#16#3FF。 |
| NDR： | 接收到新數(shù)據(jù)輸出一個脈沖。 |
| ERROR： | 接收錯誤輸出1。 |
| STATUS： | 接收塊狀態(tài)字。 |
| RD_1： | 接收數(shù)據(jù)區(qū)起始地址，接收數(shù)據(jù)區(qū)定義為DB2.DBB0開始的n個字節(jié)。 |
| LEN： | 接收到數(shù)據(jù)的長度。 |
4.2 通過發(fā)送程序發(fā)送定義好的USS報文
將例子中的報文按字節(jié)順序傳送到從DB1.DBB0開始的16個字節(jié)中，設(shè)置MW104=16，當(dāng)M100.0上升沿時PLC即發(fā)送一幀USS報文。如果變頻器接收到的報文無誤就會返回一條響應(yīng)報文，需要將M200.0置1 PLC就會接收到響應(yīng)報文，并把報文存儲到從DB2.DBB0開始的16個字節(jié)中。
4.3使用S7-300 PLC編寫B(tài)CC校驗程序
在USS通訊中變頻器在收到主站發(fā)送的報文后會重新計算報文的BCC校驗，如果計算結(jié)果與報文傳送的BCC校驗不*，那么表明變頻器接收到的信息是無效的，變頻器將丟棄這一信息，并且不向主站發(fā)出應(yīng)答信號。所以正確計算BCC校驗尤為重要。前面提到的4個例子報文中已經(jīng)計算好了BCC校驗，下面給出利用S7-300 PLC編程計算15個字節(jié)的BCC校驗的程序。
15字節(jié)的BCC校驗程序
程序中將DB1.DBB0到DB1.DBB14中的內(nèi)容依次進行異或計算，并把計算結(jié)果保存到DB1.DBB15中。
