PLC與多臺變頻器基于USS協議的網絡通訊應用

□ 顧凌云 侯卓生

隨著通信與網絡技術的不斷發展，通信已經成為控制系統中不可缺少的重要部分，在電機拖動控制中，越來越多地采用了變頻器進行控制，它不僅實現對交流電機的單獨控制，同時也可以與PLC、觸摸屏以及上位機基于各種通信方式，實現智能化的控制。目前，變頻器的啟、停以及告警、速度控制大都是通過開關量、模擬量來完成。由于變頻器輸出端會產生強烈的干擾信號，因此會出現控制錯誤，而采用基于USS協議來完成變頻器的拖動控制，不僅提高抗干擾能力、控制穩定，同時也減少了布線的工程量，降低了敷線的成本。

一、使用USS通信協議的特點

USS是西門子公司為變頻器開發的通信協議，支持西門子變頻器與PLC、上位機之間的通信連接。其特點是對硬件設備要求低，減少了設備之間布線的數量;可通過通信來修改變頻器的參數;可對變頻器的特性進行監測和控制。

二、USS通信的硬件連接

在PLC與變頻器聯機時，PLC與變頻器使用Profibus電纜，一端將變頻器的通信端子為29(P+)和30(N－)分別接至電纜線的B線(紅色)和A線(綠色)，電纜的另一端安裝DP網絡插頭，連接PLC的prot0端口即可。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。

三、MM440變頻器參數設定

在將驅動連至S7－200之前，必須確保驅動具有以下系統參數，使用驅動上的按鍵設置參數。

第一，將驅動恢復為出廠設置:P0010=30，P0970=1。如果忽略該步驟，確保以下參數的設置:USS PZD長度:P2012=2;USS PKW長度:P2013=127。

第二，使能對所有參數的讀/寫訪問(專家模式):P0003=3。

第三，檢查驅動的電機設置:P0304=額定電機電壓(V);P0305=額定電機電流(A);P0307=額定功率(W);P0310=額定電機頻率(Hz);P0311=額定電機速度(RPM)。

第四，設置本地/遠程控制模式:P0700=5，通過COM鏈路(經由RS485)進行通信的USS設置，即通過USS對變頻器進行控制。P1000=5，這一設置可以允許通過COM鏈路的USS通信發送頻率設定值。

第五，斜坡上升時間:P1120=0至650．00，這是一個以秒為單位的時間，在這個時間內，電機加速至最高頻率;斜坡下降時間:P1121=0至650．00。這是一個以秒為單位的時間，在這個時間內，電機減速至完全停止。

第六，設置串行鏈接參考頻率:P2000=1至650Hz。

第七，設置USS標準化:P2009=0。

第八，設置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)。這一參數必須與PLC主站采用的波特率相一致。

第九，輸入從站地址:P2011=0至31，每個驅動(最多31)都可通過總線操作。

第十，設置串行鏈接超時:P2014=0至65，535毫秒(0=超時禁止)，這是到來的兩個數據報文之間最大的間隔時間。該特性可用來在通訊失敗時關斷變頻器。當收到一個有效的數據報文后，計時啟動。如果在指定時間內未收到下一個數據報文，變頻器關斷并顯示故障代碼F0070。該值設為零則關斷該控制。

第十一，從RAM向EEPROM傳送數據:P0971=1(啟動傳送)將參數設置的改變存入EEPROM。

四、程序設計

(一)系統結構。硬件系統主要采用西門子系列產品，系統采用S7－200PLC作為獨立的控制單元進行現場控制，通過USS總線控制西門子變頻器驅動交流異步電動機，同時也可采用西門子TP177B觸摸屏作為人機界面，通過現場總線與S7－200PLC進行通訊，如圖1所示的系統結構圖和圖2所示的PLC與變頻器硬件接線圖。

圖1 系統結構圖

圖2 PLC與變頻器硬件接線圖

(二)PLC程序。具體設置如下:

五、結語

USS協議是西門子公司所有傳動產品的通用通訊協議，它是一種基于串行總線進行數據通訊的協議，可支持變頻器與觸摸屏或PLC之間建立通信連接。在本文中上位機給定各臺變頻器不同的頻率值，按下啟動按鈕，經PLC程序，所有變頻器同時處于不同頻率的工作狀態。本文中的通信運行方式改變了傳統控制系統中控制器與現場電動機之間一對一的物理連接模式，簡化了系統結構、減少了現場布線，提高抗干擾性，使現場控制更加靈活、高效。

［1］吳志敏，陽勝峰．西門子PLC、變頻器與觸摸屏綜合應用教程［M］．北京:中國電力出版社2009

［2］西門子(中國)有限公司．西門子網絡通訊實驗指導書

［3］西門子(中國)有限公司．MM440變頻器使用手冊