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SIEMENS西門子上海朕鋅電氣設備有限公司

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說明： 為二進制信號的變化提供了時間標志。在ET 200M中直接標記時間，由此可通過設置相應的參數來選擇對哪些信號進行時間標記。這樣信號變化可在10毫秒內獲取。可通過作為使用模塊的函數的通道設置上升或下降沿的判斷。每個站zui多有128個信號可打上時間標志。 ......

說明：
為二進制信號的變化提供了時間標志。在ET 200M中直接標記時間，由此可通過設置相應的參數來選擇對哪些信號進行時間標記。這樣信號變化可在10毫秒內獲取?？赏ㄟ^作為使用模塊的函數的通道設置上升或下降沿的判斷。每個站zui多有128個信號可打上時間標志。

1.函數：
IM153-2捕獲二進制信號的變化，給它們標志上時間并以zui多20條消息將此信息存放到數據記錄中。當可獲取數據記錄時，IM153-2觸發一個過程中斷。FB TIMESTMP保存包含時間標志的信息以便協調和執行對OB1中已標志時間的值的讀取和MESSAGES到信息緩沖中的保存。如果 可獲取多個數據記錄，zui早的zui先讀出。如果在塊輸入中設置了TIMECONV位，FB TIMESTMP會將所有的時間標志從ISP格式轉換為DATE_AND_TIME (DT)格式。

如果參數BUFRDY = TRUE，那么信息緩沖中的信息就會被用戶程序處理，例如，被傳送到接收器(HMI設備，打印機)。現有信息數量在參數MSG_QTY中顯示。處理后，用戶程序必須復位BUFRDY來釋放信息緩沖以存儲新的信息。
參數BUFNOTREAD顯示了接收到的過程中斷次數，收到中斷時，FB TIMESTMP沒有從IM153-2讀取任何數據記錄。如BUFNOTREAD = 15，則IM153-2中的所有數據記錄已滿。IM153-2不再檢測任何信號變化且信息會丟失。

2.要求：
只能在組態中使用支持二進制信號的時間轉發和時間標志的FB TIMESTMP。 可見如下內容：

CPU：

• 可轉發時間信息的CPU 4xx和CP443-5(從6GK7443-5DX02-0XE0起)
  或

• 可轉發時間信息的CPU 4xx(例如從固件版本3.0起的CPU416-2 DP)

分布式I/O：

• 啟動模塊IM153-2，支持帶時間標志的冗余(從6ES7153-2AA02固件版本V1.2.3起(發布10))
  或 

• IM153-2 FO，支持帶內置FOC接口的冗余(從6ES7153-2AB01固件版本V1.2.3起(發布9))

• 數字輸入SM321(6ES7321-7BH00-0AB0)隔離的16DE，直流24V，過程中斷，診斷
   或

• 數字輸入SM321(6ES7321-7BH00-0AB0)隔離的16DE，直流24V，NAMUR，支持診斷，帶FOC函數

3.組態：
對于每個IM153-2，使用FB TIMESTMP的單獨實例。在塊輸入LADDR中，輸入在硬件配置中設置的IM153-2的邏輯地址(診斷地址)。如果在操作中改變了地址，塊就會刪除以前存儲的過程中斷數據。

如果在“S7-compatible”模式中使用了DP主站，請在塊輸入LADDR2中輸入與LADDR相同的值。如果使用“DPV1”操作模式，那么在LADDR2中輸入IM153-2的2號槽的診斷地址。

調用OB：
在以下OB中，FB TIMESTMP必須以相同的實例調用：

• OB1(周期程序)或作為選擇的時間中斷OB(OB30到OB38)
• OB86(子機架故障)
• OB100(啟動)；如果使用其它啟動OB(OB101，OB102)，也必須在那里調用 塊
• OB40或–如果在硬件配置中可選擇–也可以是另一個過程中斷OB(OB41到OB47)

FB TIMESTMP參數只能在程序的循環部分提供和處理。否則，無法消除零星丟失數據的風險。

如果使用CFC，塊會自動地在OB1，OB40，OB86和OB100中建立。

4.啟動特性：

IM153-2
在啟動/重啟/冷啟動時，IM153-2會再次為那些啟動前被占用但還未取回的數據記錄發出過程中斷。

IM153-2總是在*個空閑數據記錄中輸入以下信息：

• 特殊信息“Begin startup data”
• 發生在CPU停止前的信號變化(“coming”或“going”，根據邊沿參數的設置)
•  所有要進行時間標記的二進制信號的當前信號狀態(“coming”或“going”，根據邊沿參數的設置)
• 特殊信息“End startup data”

FB TIMESTMP
如果FB TIMESTMP在啟動OB(OB100，OB101，OB102)中被調用，則它會刪除所有存儲的過程中斷并復位BUFRDY。如果還有已知的被中斷但還未讀出的數據記錄， 則會設置MSGLOST(信息丟失)為TRUE。用戶程序必須復位MSGLOST。

5.錯誤行為：

OB86中的FB TIMESTMP的行為(模塊故障)
如果FB TIMESTMP在OB86中被調用而且事件來自相關的IM153-2，那么它的反應象在啟動一樣。例如，故障和IM153-2返回及DP主站返回。

FB TIMESTMP
如果FB TIMESTMP在讀取數據記錄時檢測到不可恢復的錯誤，會將READERR參數設為TRUE。為了進一步分析，在READSTATUS參數中返回SFC59的值。由于FB TIMESTMP在下一周期中可能讀取另一條數據記錄，READERR和READSTATUS只對一個周期有效。因此應該將其提供給用戶程序中的相應處理。

如果當DP主站故障時讀取數據記錄，塊發出READERR = 80B2h(“組態的槽位未被占有”)。

6.使用帶時間標志的多路ET 200M：
每個站要求獨立的信息緩沖。如果所有站的數據要以時間順序傳送到上層系統中，那么用戶程序必須將緩沖中的條目以正確的時間順序發送到上層系統(連接伙伴)。整個數據流控制必須也是由用戶程序處理的。這樣，比如有信息浪涌時，必須由CPU內的中間緩沖或提高到連接伙伴的發送速率來進行補償。

7.冗余：
在H系統帶兩個IM153-2的情況下，會有關于時間標記的冗余，如果

• 兩個IM153-2間的通信是運行在K總線上的
• 主動的和被動的IM153-2的更新完成無誤。

時間標記在主動和被動IM153-2之間的切換中會被中斷。中斷周期由特殊信息“Switchover for redundancy Begin/End”來指示的。
通常主動IM153-2通知被動IM153-2當前的I/O狀態。如果這一通信發生故障 ，會發出特殊信息“Loss of redundancy information outgoing”。只要主動和被動IM153-2間的通信一恢復，就發出特殊信息“Loss of redundancy information outgoing”。不能進行隨后的比較，是因為在IM153-2故障時的切換會導致信息的丟失。

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。

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1: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

1) 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

首先在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖1所示。

圖2： 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2所示。

圖3： 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4： 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1 ：G120變頻器的參數設置

注意：表1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*。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：

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圖5： 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6： 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 CPUzui多可帶3個通信模塊，而每個CM1241 RS485通信模塊zui多支持16個變頻器。因此用戶在一個S7-1200 CPU中zui多可建立3個USS網絡，而每個USS網絡zui多支持16個變頻器，總共zui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7： 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zui多可以有16個USS數據塊，每個CPUzui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。每個變頻器與S7-1200進行通信的數據塊是*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_PORTzui小通信間隔時間。

圖8：不同的波特率對應的USS_PORTzui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zui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9：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10： 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*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（zui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。
PARAM：   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。
PARAM：   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（zui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*，而其它的控制參數也要*。
2. 當同一個S7-1200 PLC 帶有多個CM1241 RS485模塊（zui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。

在S7-1200 PLC 與變頻器的USS通信的實際使用過程中，需要根據網絡的現場情況，對問題進行具體的解決。

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6GK1 561-1AA01
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6GK1 561-3AA01
6GK1 561-3FA00
6GK1 561-4AA01
6GK1 561-4FA00
6GK1562-1AA00
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6FX800開頭
6XV1 840-2AH10
6FC5210-0DF22-2AA0
6XV1 830-0PBH30
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6XV1 830-3EH10
6XV1 830-0AH10
6XV1 820-5AH10
6XV1 820-5BH50
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6ES7 972-0BB12-0XA0
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SCALANCE X200網管型交換機   
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