PLC与多台变频器基于USS协议的网络通讯应用

□ 顾凌云 侯卓生

随着通信与网络技术的不断发展，通信已经成为控制系统中不可缺少的重要部分，在电机拖动控制中，越来越多地采用了变频器进行控制，它不仅实现对交流电机的单独控制，同时也可以与PLC、触摸屏以及上位机基于各种通信方式，实现智能化的控制。目前，变频器的启、停以及告警、速度控制大都是通过开关量、模拟量来完成。由于变频器输出端会产生强烈的干扰信号，因此会出现控制错误，而采用基于USS协议来完成变频器的拖动控制，不仅提高抗干扰能力、控制稳定，同时也减少了布线的工程量，降低了敷线的成本。

一、使用USS通信协议的特点

USS是西门子公司为变频器开发的通信协议，支持西门子变频器与PLC、上位机之间的通信连接。其特点是对硬件设备要求低，减少了设备之间布线的数量;可通过通信来修改变频器的参数;可对变频器的特性进行监测和控制。

二、USS通信的硬件连接

在PLC与变频器联机时，PLC与变频器使用Profibus电缆，一端将变频器的通信端子为29(P+)和30(N－)分别接至电缆线的B线(红色)和A线(绿色)，电缆的另一端安装DP网络插头，连接PLC的prot0端口即可。一般情况下，USS通信电缆采用双绞线即可，如果干扰比较大，可采用屏蔽双绞线。

三、MM440变频器参数设定

在将驱动连至S7－200之前，必须确保驱动具有以下系统参数，使用驱动上的按键设置参数。

第一，将驱动恢复为出厂设置:P0010=30，P0970=1。如果忽略该步骤，确保以下参数的设置:USS PZD长度:P2012=2;USS PKW长度:P2013=127。

第二，使能对所有参数的读/写访问(专家模式):P0003=3。

第三，检查驱动的电机设置:P0304=额定电机电压(V);P0305=额定电机电流(A);P0307=额定功率(W);P0310=额定电机频率(Hz);P0311=额定电机速度(RPM)。

第四，设置本地/远程控制模式:P0700=5，通过COM链路(经由RS485)进行通信的USS设置，即通过USS对变频器进行控制。P1000=5，这一设置可以允许通过COM链路的USS通信发送频率设定值。

第五，斜坡上升时间:P1120=0至650．00，这是一个以秒为单位的时间，在这个时间内，电机加速至最高频率;斜坡下降时间:P1121=0至650．00。这是一个以秒为单位的时间，在这个时间内，电机减速至完全停止。

第六，设置串行链接参考频率:P2000=1至650Hz。

第七，设置USS标准化:P2009=0。

第八，设置RS－485串口USS波特率:P2010在不同值有不同的波特率，即:P2010=4(2400b/s);P2010=5(4800b/s);P2010=6(9600b/s);P2010=7(19200b/s);P2010=8(38400b/s);P2010=9(57600b/s)。这一参数必须与PLC主站采用的波特率相一致。

第九，输入从站地址:P2011=0至31，每个驱动(最多31)都可通过总线操作。

第十，设置串行链接超时:P2014=0至65，535毫秒(0=超时禁止)，这是到来的两个数据报文之间最大的间隔时间。该特性可用来在通讯失败时关断变频器。当收到一个有效的数据报文后，计时启动。如果在指定时间内未收到下一个数据报文，变频器关断并显示故障代码F0070。该值设为零则关断该控制。

第十一，从RAM向EEPROM传送数据:P0971=1(启动传送)将参数设置的改变存入EEPROM。

四、程序设计

(一)系统结构。硬件系统主要采用西门子系列产品，系统采用S7－200PLC作为独立的控制单元进行现场控制，通过USS总线控制西门子变频器驱动交流异步电动机，同时也可采用西门子TP177B触摸屏作为人机界面，通过现场总线与S7－200PLC进行通讯，如图1所示的系统结构图和图2所示的PLC与变频器硬件接线图。

图1 系统结构图

图2 PLC与变频器硬件接线图

(二)PLC程序。具体设置如下:

五、结语

USS协议是西门子公司所有传动产品的通用通讯协议，它是一种基于串行总线进行数据通讯的协议，可支持变频器与触摸屏或PLC之间建立通信连接。在本文中上位机给定各台变频器不同的频率值，按下启动按钮，经PLC程序，所有变频器同时处于不同频率的工作状态。本文中的通信运行方式改变了传统控制系统中控制器与现场电动机之间一对一的物理连接模式，简化了系统结构、减少了现场布线，提高抗干扰性，使现场控制更加灵活、高效。

［1］吴志敏，阳胜峰．西门子PLC、变频器与触摸屏综合应用教程［M］．北京:中国电力出版社2009

［2］西门子(中国)有限公司．西门子网络通讯实验指导书

［3］西门子(中国)有限公司．MM440变频器使用手册