USS協議控制電動機驅動器

溫艷艷 （天津現代職業技術學院 天津300222）

1 使用USS協議的優點

使用USS協議對硬件設備的要求底，減少了設備之間布線的數量；無需重新布線就可以改變控制功能；可通過串行接口設置來修改變頻器的參數；可連續對變頻器的特性進行監測和控制；利用S7-200 CPU22X組成USS通信的控制網絡具有較高的性能價格比。

2 USS通信硬件連接

①條件許可的情況下，USS主站盡量選用直流型的CPU（針對S7-200系列）。當使用交流型的CPU22X和單相變頻器進行USS通信時，CPU22X和變頻器的電源必須接成同相位的。

②一般情況下，USS通信電纜采用雙絞線即可，如果干擾比較大，可采用屏蔽雙絞線。

③在采用屏蔽雙絞線作為通信電纜時，把具有不同電位參考點的設備互聯后會在連接電纜中形成不應有的電流，這些電流導致通信錯誤或設備損壞。要確保通信電纜連接的所有設備共用一個公共電路參考點，或是相互隔離以防止不應有的電流產生。屏蔽層必須接到外殼地上或9針連接器的1腳上。建議將變頻器上的接線端2（0 V）接到外殼地上。

④盡量采用較高的波特率，通信速率只與通信距離有關，與干擾沒有直接關系。

⑤終端電阻的作用是用防止信號反射的，并不用來抗干擾。如果在通信距離很近、波特率較低或點對點的通信情況下，可不用終端電阻。多點通信的情況下，一般也只需在USS主站上加終端電阻就可以取得較好的通信效果。

⑥建議使用CPU226（或CPU224+EM227）來調試USS通信程序。

⑦不要帶電插拔USS通信電纜，尤其是在正在通信的過程中，這樣極易損壞傳動裝置和PLC的通信端口。如果使用大功率傳動裝置，即使傳動裝置掉電后，也要等幾分鐘，讓電容放電后，再去插拔通信電纜。

⑧對于變頻器而言，與USS通信有關的參數有兩個下標，[下標0]對應COM鏈路的RS-485串行接口，而[下標1]對應于BOP鏈路的RS-232串行接口。

3 USS協議的通信報文結構

通信報文的結構如下表1所示。每條報文都以字符STX開始，接著是長度的說明（LGE）和地址字節（ADR），然后是采用的數據字符，最后，報文以數據塊的檢驗符（BCC）結束。通信字符格式為1位起始位，1位停止位，1位偶校驗位和8位數據位。

表1 通信報文的結構圖

3.1 USS協議的有關信息

3.1.1 STX區 是一個字節的ASCII STX字符（02Hex），表示一條信息開始。

3.1.2 LGE區 是一個字節，指明這一條信息中后跟的字節數目。按照USS技術說明，報文長度是可以變化的，而且報文的長度必須在報文的第二個字節（即LGE）中說明。根據配置，可以把報文定為固定的長度（參看PKW和PZD區的說明）。總線上的各個從站節點可以采用不同長度的報文。一條報文的最大長度為256個字節。LGE是根據所采用的數據字符（數量n）數、地址字節（ADR）和數據塊檢驗字符（BCC）確定的。顯然，實際的報文總長度比LGE要多2個字節，因為字節STX和LGE沒有計算在LGE以內。

MICROMASTER4系列變頻器既可以采用變化的報文長度，也可以采用固定的報文長度。采用哪種報文長度由參數P2012和P2013來定義PZD和PKW的長度。最常用的固定長度是4個字（8字節）的PKW區和2個字（4字節）的PZD區，共有12個數據字符，則LGE=ADR+PKW+PZD+BCC=1+8+4+1=14。

3.1.3 ARD區 是一個字節，是從站節點（即變頻器）的地址。地址字節每一位的尋址如下表2所示。

表2 地址ADR的位號

從站節點地址位5是廣播位。如果這一位設置位為1，其他位應設置為0，對應從站地址32，該信息就是廣播信息，對串行鏈路上的所有信息都有效。在廣播方式下，節點號不用判定。USS協議規范要求只在PKW區進行一些設置。位6表示鏡像報文。節點號需要判定，被尋址的從站將未加更改的報文返回給主站。不用的位應設置為0。

3.1.4 BCC區 是長度為一個字節的校驗和，用于檢查該信息是否有效。它是該信息中BCC前面所有字節“異或”運算結果。

如果跟據校驗和運算結果，表明變頻器接收到的信息是無效的，它將丟棄這一信息，并且不向主站發出應答信號。

3.1.5 凈數據區 包括PKW和PZD區，每個字節為獨立的工作內容。

3.2 凈數據區的詳細說明

3.2.1 PKW區（參數數據區） PKW區說明參數接口的處理方式。其接口并非物理意義上的接口，而是一種機理，這一機理確定了參數在兩個通信伙伴之間（控制裝置與變頻器）的傳輸方式，例如參數數值的讀和寫。

3.2.2 采用USS廣播方式通信 采用USS廣播方式通信時，所有的從站都通過一個簡單的報文來尋址，這樣，分成若干組的多臺變頻器可以實現同時啟動和停車。

報文的結構：

①PKW區：必須是4個字長，而且至少應使第1個字的位15、位2和位1設置位“高”，也必須使第2個字的位15和位0設置位“高”，字3和字4隨意。這就給出如下的PKW報文：8006800100000000H。當然，也可以在PKW區發送FFFFFFFFFFFFFFFFH，這使必須置1的那些位設置為“高”。廣播方式下，PKW不能用于讀/寫參數的數值。

②PZD區：通常，PZD是2個字，鏈路上所有的變頻器同時對命令和設定值作出反應。但各個從站不對的廣播報文作出響應，不產生應答報文。這是在USS通信規程中規定的。

4 利用基本指令實現USS通信的編程

USS協議是以字符信息為基本單元的協議，而CPU22X的自由口通信功能正好也是以ASCII碼的形式來發送接收信息的。利用PLC的RS-485串行口的通信，由用戶程序完成USS協議功能，可實現與SIEMENS傳動裝置簡單而可靠的通信連接。

4.1 USS點對點通信的編程要點

USS主站（PLC）與USS從站（傳動裝置）之間的通信是異步方式的，負責與傳動裝置通信的工作程序應采用后臺工作方式，如何發送和接收數據與控制邏輯無關。用戶程序通過改變USS報文中STW及HSW的值，來控制變頻器的啟停及改變設定頻率值。

利用發送指令（XMT）發送USS報文至傳動裝置，利用接收指令（RCV）變頻器返回USS報文。同一時刻，只能有一個發送指令或接收指令被激活。

USS通信程序包括通信端口初始化子程序、BCC校驗碼計算機子程序、數據發送子程序、數據接收子程序、通信超時響應子程序、通信流程控制子程序等。可采用中斷響應的方式，也可用查詢相應標志位的方式來實現。

設立發送接收數據緩存區與映像區，用戶應通過改變映像區的USS發送報文值來控制傳動裝置，或通過讀取映像區USS接收報文中的狀態值來判斷傳動裝置的當前狀態。

4.2 USS多點通信的編程要點

①控制通信的基本流程同點對點的通信方式。②對各從站的控制應采取輪詢方式，輪詢程序同樣也是后臺工作的。③根據各臺傳動裝置控制任務的輕重，在PLC數據區內建立一個從站地址表。按該地址表輪詢各傳動裝置。采用間接尋址的編程方式，可以大大節省CPU的程序空間。④輪詢地址表。雖然，USS協議的實際物理地址只有32個，但輪詢地址表的大小無限制，其有效站地址可以在表中根據實際應用需要反復出現。實際輪詢站點數越多，其輪詢的間隔時間也越大，而表中站地址重復次數越多，其輪詢的間隔時間也越小，因此必須為每個傳動裝置設定適當的通信超時時間以適應這種輪詢間隔。⑤不同USS從站可以有不同的USS報文結構，如3PKW+2PZD、4PKW+4PZD、0PKW+6PZD等組合。但整個系統要支持廣播方式，則USS網絡中的所有從站都必須有相同的PKW區才行。⑥傳動裝置對以廣播方式發送的指令做出響應后，不再回送報文，因此PLC可以不再進入數據接收狀態。■

[1]李輝.S7-200PLC編程原理與工程實訓[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

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[3]胡學林.可編程控制器教程[M].北京：電子工業出版社，2005.

[4]常斗南.可編程控制器原理應用實驗[M].北京：北京機械工業出版社，2010.

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[6]西門子公司.操作員界面用戶手冊[Z].SIM A TIC TD 200.