西門子6GK7343-1EX30-0XE0

　PLC控制系統，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，專為工業生產設計的一種數字運算操作的電子裝置，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業控制的核心部分。

　　PLC控制系統的特點

　　(1)從開關量控制發展到順序控制、運算處理，是從下往上的;

　　(2)邏輯控制、定時控制、 計數控制、 步進(順序)控制、連續PID控制、數據控制DDPLC具有數據處理能力、通信和聯網等多功能;

　　(3)可用一臺PC機為主站，多臺同型PLC為從站;

　　(4)也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構成PLC網絡。這比用PC機作主站方便之處是：有用戶編程時，不必知道通信協議，只要按說明書格式寫就行;

　　(5)PLC網絡既可作為獨立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統;

　　(6)主要用于工業過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環控制功能。

　　PLC的設計選型的8個步驟

　　系統設計的水平將直接影響控制系統的性能、設備的可靠性。這其中PLC的選型至關重要，如何根據不同的控制要求選擇合適的PLC，設計出運行平穩、動作可靠、安全實用、調試方便、易于維護的控制系統呢?在PLC系統設計時，首先應確定系統方案，下一步工作就是PLC的設計選型。選擇PLC，主要是確定PLC的生產廠家和PLC的具體型號。對于系統方案要求有分布式系統、遠程I/O系統，還需要考慮網絡化通訊的要求。那么具體應該如何選擇PLC呢?筆者認為應該有以下幾方面的內容。

　　1、PLC生產廠家的選擇

　　確定PLC的生產廠家，主要應該考慮設備用戶的要求、設計者對于不同廠家PLC的熟悉程度和設計習慣、配套產品的*性以及技術服務等方面的因素。從PLC本身的可靠性考慮，原則上只要是國外大公司的產品，不應該存在可靠性不好的問題。

　　筆者個人認為，一般來說，對于控制獨立設備或較簡單的控制系統的場合，配套日本的PLC產品，相對來說性價比有一定優勢。對于系統規模較大網絡通訊功能要求高、開放性的分布式控制系統、遠程I/O系統，歐美生產的PLC在網絡通訊功能上更有優勢。

　　另外對于一些特殊的行業(例如：冶金、煙草等)應選擇在相關行業領域有投運業績、成熟可靠的PLC系統。

　　2、輸入輸出(I/0)點數的估算

　　PLC的輸入/輸出點數是PLC的基本參數之一。I/O點數的確定應以控制設備所需的所有輸入/輸出點數的總和為依據。在一般情況下，PLC的I/O點應該有適當的余量。通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行調整。

　　3、PLC存儲器容量的估算

　　存儲器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，各種PLC的存儲器容量大小可以從該PLC的基本參數表中找到，例如：西門子的S7-314 PLC的用戶程序存儲容量為64KB，S7-315-2DP PLC的用戶程序存儲容量為128KB。程序容量是存儲器中用戶程序所使用的存儲單元的大小，因此存儲器容量應大于程序容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，需要對程序容量進行估算。

　　如何估算程序容量呢?許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數(16位為一個字)，另外再按此數的25%考慮余量。

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程序結構

1 系統程序OS

OS：為廠家固化在PLC內部用來管理PLC的執行（即系統程序）。這部分對于編程者來說是不能修改的。

2 用戶程序結構

1200的用戶程序結構是由各種塊組成的，這些塊使的程序結構可以模塊化。可以通過這些塊的相互調用來組織程序，便于修改與調試。幾種塊的簡要描述見下表：

在博途軟件中添加好S7-1200的CPU模塊后，默認會自動添加一個OB1組織塊。在項目樹中單擊“添加新塊”，可以添加其他塊，如下圖所示：

2.1 OB 組織塊

它們充當操作系統和用戶程序之間的接口。由操作系統調用，用于控制循環掃描和中斷程序的執行、PLC的啟動和錯誤處理等。組織塊的程序是用戶編寫的。接下來我們來看看一些常用的組織塊介紹。

1）循環組織塊OB1

2）初始化組織塊OB100

PLC啟動過程和運行過程如下圖所示：

通過“循環中斷”OB，可以定時的執行其中的代碼。在新建時可以設置好，執行的時間間隔，如下圖所示：

功能(Function，FC)是用戶程序編寫的子程序，它包含完成特定任務的代碼和參數。當某些代碼需要經常重復被執行時，可以將其寫入功能中，但需要執行時調用該功能即可，例如某些算術運算。

注：無自己專屬的數據塊，執行結束后，其臨時變量中的數據就丟失了

2.3 功能塊 (FB)

數據塊(Data block，DB)是用于存放執行代碼塊時所需的數據的數據區，有兩種類型的數據塊：

1) 全局(bbbbbb)數據塊：存儲供所有的代碼塊使用的數據，所有的OB、FB和FC都可以訪問。例如，可以用全局數據塊來存儲那些在功能執行結束后需要保持的數據。

2) 背景數據塊：存儲供特定的FB使用的數據。背景 DB 中數據的結構反映了 FB的參數（bbbbb、Output 和 InOut）和靜態數據。

2.5 調用關系

組織塊（OB）、功能塊（FB）和功能（FC）調用關系如下圖所示：

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怎么通過USS協議讓S7-1200 與G120變頻器之間實現通信

西門子S7-1200 緊湊型PLC在當前的市場中有著廣泛的應用，作為經常與SINAMICS G120系列變頻器共同使用的PLC，其USS通信協議的使用一直在市場上有著非常廣泛的應用。本文將主要介紹如何使用USS通信協議來實現S7-1200與G120變頻器的通信。

西門子PLC S7-1200產品選購中心

1．控制系統原理和接線圖

下圖是本例中所使用的原理和接線圖。

圖:控制系統原理和接線圖

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通信協議通過通信模塊CM1241 RS485來實現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

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

4．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G120變頻器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件組態

1在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖所示。

圖： 新建S7 1200項目

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

圖： 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，如下圖所示。

圖： S7 1200 IP地址的設置

4. 2 G120參數設置

變頻器的參數設置如下表所示。

表 ：G120變頻器的參數設置

注意：表中的17，18，19，20 這四項參數值的設置必須使PLC的參數值與變頻器的參數值相一致。而19，20這兩個參數值必須設置成如表1中的值，否則有可能變頻器與S7-1200通信有如下問題：可能不能讀出從變頻器反饋回來的參數值。

5．USS通信原理與編程的實現

5. 1 S7 1200 PLC與G120 通過USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS庫進行USS通信，如下圖所示：

圖： S7 1200 的USS庫

      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這個功能快來完成的。必須在主 OB中調用，不能在循環中斷OB中調用。
       USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設置通信的接口參數。可在主OB或中斷OB中調用。
       USS_RPM功能塊是通過USS通信讀取變頻器的參數。必須在主 OB中調用，不能在循環中斷OB中調用。
       USS_WPM功能塊是通過USS通信設置變頻器的參數。必須在主 OB中調用，不能在循環中斷OB中調用。

這些功能塊與變頻器之間的控制關系如下圖所示：

圖： USS 通信功能塊與變頻器的控制關系

      USS_DRV功能塊通過USS_DRV_DB數據塊實現與USS_PORT功能塊的數據接收與傳送，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S7-1200 CPU1多可帶3個通信模塊，而每個CM1241 RS485通信模塊1多支持16個變頻器。因此用戶在一個S7-1200 CPU中1多可建立3個USS網絡，而每個USS網絡1多支持16個變頻器，總共1多支持48個USS變頻器。

5. 2 S7 1200 PLC進行USS通信的編程

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

圖： USS通信接口參數功能塊的編程

USS_PORT功能塊用來處理USS網絡上的通信，它是S71200 CPU與變頻器的通信借口。每個CM1241 RS485模塊有且必須有一個USS_PORT功能塊。

PORT：指的是通過哪個通信模塊進行USS通信。
BAUD：指的是和變頻器進行通行的速率。 變頻器的參數P2010種進行設置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時的USS數據塊。每個通信模塊1多可以有16個USS數據塊，每個CPU1多可以有48個USS數據塊，具體的通信情況要和現場實際情況相聯系。每個變頻器與S7-1200進行通信的數據塊是11的。
ERROR：輸出錯誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態。
S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本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通常完成了多個掃描。
USS_PORT通信的時間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時間，不同的通信波特率對應的不同的USS_PORT通信間隔時間。下圖列出了不同的波特率對應的USS_PORT1小通信間隔時間。

圖：不同的波特率對應的USS_PORT1小通信間隔時間

      USS_PORT在發生通信錯誤時，通常進行3次嘗試來完成通信事件，那么S7-1200與變頻器通信的時間就是USS_PORT發生通信超時的時間間隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT與變頻器通信的時間間隔應當大于1小的調用時間間隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 協議庫默認的通信錯誤超時嘗試次數是2次。
       基于以上的USS_PORT通信時間的處理，我們建議在循環中斷OB塊中調用USS_PORT通信功能塊。在建立循環中斷OB塊時，我們可以設置循環中斷OB塊的掃描時間，以滿足通信的要求。循環中斷OB塊的掃描時間的設置如下圖所示：

圖：循環中斷OB塊的掃描時間的設置

2．USS_DRV功能塊的編程
USS_DRV功能塊的編程如下圖所示。

圖： USS_DRV功能塊的編程

USS_DRV功能塊用來與變頻器進行交換數據，從而讀取變頻器的狀態以及控制變頻器的運行。每個變頻器使用11的一個USS_DRV功能塊，但是同一個CM1241 RS485模塊的USS網絡的所有變頻器（1多16個）都使用同一個USS_DRV_DB。

USS_DRV_DB：變頻器進行USS通信的數據塊。
RUN：                 DB塊的變頻器啟動指令。
OFF2：                 緊急停止，自由停車。 該位為0時停車。
OFF3：                 快速停車，帶制動停車。 該位為0時停車。
F_ACK：             變頻器故障確認。
DIR ：                 變頻器控制電機的轉向。
SPEED_SP：       變頻器的速度設定值。

ERROR：          程序輸出錯誤。
RUN_EN：        變頻器運行狀態指示。
D_DIR：           變頻器運行方向狀態指示。
INHIBIT：        變頻器是否被禁止的狀態指示。
FAULT：           變頻器故障。
SPEED：           變頻器的反饋的實際速度值。

DRIVE：           變頻器的USS站地址。變頻器參數P2011設置。
PZD_LEN：      變頻器的循環過程字。 變頻器參數P2012設置。

注意：變頻器的PKW的長度在這里是特殊需要注意的，在使用USS通信時必須是4，如果改成3或者127都將不能讀取反饋回來的過程值。

3．USS_RPM功能塊的編程

USS_RPM功能塊的編程 如下圖所示。

圖11：USS_RPM功能塊的編程

USS_RPM功能塊用于通過USS通信從變頻器讀取參數。

REQ：         讀取參數請求。
DRIVE：     變頻器的USS站地址。
bbbbb：   變頻器的參數代碼。
INDEX：     變頻器的參數索引代碼
USS_DB：  變頻器進行USS通信的數據塊。

DONE：     讀取參數完成。
ERROR：  讀取參數錯誤。
STATUS： 讀取參數狀態代碼。
VALUE：   所讀取的參數的值。

注意：進行讀取參數功能塊編程時，各個數據的數據類型一定要正確對應。如果需要設置變量讀取參數時，注意該參數變量的初始值不能為0，否則容易產生通信錯誤。

4．USS_WPM功能塊的編程

USS_WPM功能塊的編程如下圖所示。

圖12：USS_WPM功能塊的編程

USS_WPM    功能塊用于通過USS通信設置變頻器的參數。
REQ：         讀取參數請求。
DRIVE：     變頻器的USS站地址。
bbbbb：   變頻器的參數代碼。
INDEX：     變頻器的參數索引代碼。
EEPROM：把參數存儲到變頻器的EEPROM。
VALUE：    設置參數的值。
USS_DB：   變頻器進行USS通信的數據塊。

DONE：      讀取參數完成。
ERROR：   讀取參數錯誤狀態。
STATUS：  讀取參數狀態代碼。

注意：對寫入參數功能塊編程時，各個數據的數據類型一定要正確對應。如果需要設置變量進行寫入參數值時，注意該參數變量的初始值不能為0，否則容易產生通信錯誤。

5. 3 S7 1200 PLC進行USS通信的調試

S7-1200 PLC 通過CM1241 RS485模塊與變頻器進行USS通信時，需要注意如下幾點：

1. 當同一個CM1241 RS485 模塊帶有多個（1多16個）USS變頻器時，這個時候通信的USS_DB是同一個，USS_DRV功能塊調用多次，每個USS_DRV功能塊調用時，相對應的USS站地址與實際的變頻器要一致，而其它的控制參數也要一致。

2. 當同一個S7-1200 PLC 帶有多個CM1241 RS485模塊（1多3個）時，這個時候通信的USS_DB相對應的是3個，每個CM1241 RS485模塊的USS網絡使用相同的USS_DB,不同的USS網絡使用不同的USS_DB。

3. 當對變頻器的參數進行讀寫操作時，注意不能同時進行USS_RPM和USS_WPM的操作，并且同一時間只能進行一個參數的讀或者寫操作，而不能進行多個參數的讀或者寫操作。