基于USS协议的西门子PLC与变频器间的通信控制

刘琳霞 侯彦博

引言：本文以西门子S7-200系列PLC与MM440变频器为例，介绍了基于西门子公司变频器USS协议的PLC与变频器之间的一种通信控制方法。给出了PLC与变频器之间利用USS协议进行通信控制的控制方法和程序设计步骤。通过该协议通信，可以对变频器的运行参数进行在线监控和远程控制，提高工作效率，减少布线，提高系统的抗扰动能力。

一、前言

计算机及通信技术已成为工业环境中大部分解决方案的核心部分，其在系统中的比重正在迅速增加[1]。在自动化控制系统中，交流电动机的调速控制越来越多的通过变频器来实现，变频器不仅仅作为一个单独的执行机构。在之前的工程施工中，变频器的控制一般是通过数字量或模拟量信号来实现的。变频器在工作时会产生较大的扰动信号，会对控制器产生影响，而产生误动作现象。当控制器与变频器距离较远时，会产生大量的布线问题。随着变频器智能化程度的提高，它们相互之间及同控制系统之间可以通过某种通信方式结合成有机的整体。西门子变频器的USS自由口通信以其通信质量高、成本低廉，在自动控制系统中得到了较为广泛的应用。

二、USS通信协议

2.1 USS协议特点[2]

USS（Universal Serial Interface，即通用串行通信接口）是西门子转为驱动装置开发的通信协议，USS协议的基本特点如下：

1）支持多点通信（因而可以应用在RS485等网络上）。

2）采用单一主站的“主-从”访问机制。

3）每个网络最多可以有32个节点（0-31站，最多31个从站）。

4）简单可靠的报文格式，使数据传输灵活高效。

5）容易实现，成本较低。

USS的工作机制是，通信总是由主站发起，USS主站不断循环轮询各个从站，从站根据收到的指令，决定是否以及如何反应。从站永远不会主动发送数据。从站在以下条件满足时应答：

-接收到的主站报文没有错误，并且本从站在接收到主站报文中被寻址。

上述条件不满足，或者主站发出的是广播报文，从站不会做出任何响应。对于主站来说，从站必须在接收到主站报文之后的一定时间内发，否则主站将视为出错。

2.2 USS协议的通信格式[2]

USS的数据传输方式属于串行异步传输方式（URAT）。USS在串行数据上的传输诊为11为，即一位起始位、八位数据位、一位校验位和一位停止位。

USS协议的报文简洁可靠，高效灵活。报文由一连串的字符组成，协议中定义了特闷的特点功能，USS报文结构包含以下方面的信息，STX为起始字符，总是02H；LGE为报文长度；ADR为从站地址及报文类型，其中Bit0-Bit4表示从站地址（0-31），Bit5=1表示广播发送，Bit6=1表示为镜像发送，用于网络测试，Bit7=1表示为特殊报文；BCC未校验字符，为从STX开始所有字节的异或和。

USS报文结构中净数据区由PKW区和PZD区组成（如表3所示），这两个区域均为变长数据，通过设定这两个区域的参数，在一帧内完成控制数据的同时，可以通过指定参数号完成设备控制参数的读写。

USS净数据区，包含PKW与PZD区，PKW区用于读写参数值、参数定义或参数描述文本，并可修改和报告参数的改变。PKE为参数ID；IND为参数索引；PWEm为参数值数据。PZD区用于在主站何从站之间传递控制和过程数据。控制参数按设定好的固定格式在主、从站之间对应往返。PZD1为主站发给从站的控制字/从站返回主站的状态字；PZD2为主站发给从站的给定/从站返给主站的实际反馈。

三、PLC与变频器的配置

本文中PLC采用CPU226cn，变频器采用MM440，在开始按照USS协议通信前，需要对PLC及变频器进行如下配置。

3.1 PLC配置

PLC配置包含以下方面的内容：

安装USS指令库、初始化通信设置、编写通信程序、设定变频器运行频率、读取变频器参数、指定程序的V存储区、编译下载程序。

3.2 MM440配置

参数设置

P0003=3启用所有参数的读写访问；P0010=1启用快速调试模式；P0304=380电机额定电压；P0305电机额定电流；P0307=电机额定功率；P0310电机额定频率；P0311电机额定转速；P0700=5控制由USS控制；P1000=5频率由USS控制；P1120=2秒加速时间设置成2秒；P1121=2秒减速时间设置成2秒；P2009=0设置USS规格化（=0不规格化 USS 通信设定值，即设定为变频器中的频率设定范围的百分比形式。 =1对USS通信设定值进行规格化，即设定值为绝对的频率数值）；P2010=6RS485通讯设置成9600波特率；P2011=0變频器号（USS地址）（0～31，与程序必须相对应）；P0971=1，上述参数将保存入MM420的EEPROM中。

四、结束语

西门子S7-200的PLC与西门子MM420变频器通过RS485口用西门子的专用协议USS协议进行通讯，应用在小型自动控制系统中。因为USS协议采用轮询方式通讯，所以PLC所带的变频器不能太多，否则会因为超时而造成通讯失败。另外，采用MM420的RS485接口通讯时，变频器上不能安装PROFIBUS-DP通讯板。

参考文献

[1]吴海燕.基于USS协议实现PLC对变频器的控制[J].PLC、工控机与集散控制系统.2006，09.

[2]西门子自动化.如何通过USS协议实现S7-1200与MM440变频器的通信[J].IA&DT Service & Support，A0467.

[3]刘琳霞，潘云忠.变频器的PLC控制方式研究 [J].科技世界，2013，（34）：309.

[4]西门子自动化.MICROMASTER4400.12KW-250KW使用大全[Z].2011.

（作者单位：苏州健雄职业技术学院 电气学院）