馬彬彬，趙 安

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

USS 協(xié) 議（Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口協(xié)議）是西門子公司所有傳動(dòng)產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。USS 協(xié)議是主-從結(jié)構(gòu)的協(xié)議，規(guī)定了在USS 總線上可以有一個(gè)主站和最多30 個(gè)從站。通過此協(xié)議，西門子控制器和各傳動(dòng)產(chǎn)品之間可以主-從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[1]。本文研究S7-1200 和多個(gè)G120 之間的USS 通信，實(shí)現(xiàn)若干臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件構(gòu)成

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件主要包括：西門子HMI 精簡面板（或精智面板、移動(dòng)面板）、西門子S7-1200系列可編程控制器CPU1214C（或其它S7-1200系列CPU）、S7-1200系列通信板CB1241（或通信模塊CM1241）、西門子G120系列變頻器、三相交流異步電動(dòng)機(jī)等。變頻器數(shù)量和電動(dòng)機(jī)數(shù)量相同。通信板CB1241卡入S7-1200的CPU 槽中，并和若干臺(tái)G120間用RS485線纜連接組成USS 通信網(wǎng)絡(luò)[2]。S7-1200CPU 和HMI 間通過Ethernet 網(wǎng)線連接。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件接線示意圖如圖1所示。

圖1 硬件接線示意圖

2 G120變頻器通信接線及參數(shù)設(shè)置

S7-1200 串口通信解決方案可以選CM1241 通信模塊或者CB1241 通信板。CM1241 通常和CPU一起安裝在導(dǎo)軌上，并提供9 針串口。而CB1241通信板直接安裝在CPU板槽中。受限于空間體積，CB1241沒有提供9針串口，而是提供的接線端子。CB1241 接線端子和G120 的RS485 插頭接線如圖2所示。CB1241內(nèi)部有終端電阻，可以通過接線實(shí)現(xiàn)終端電阻的ON和OFF狀態(tài)。當(dāng)需要終端電阻接入時(shí)，把T/RA短接到TA；把T/RB短接到TB即可。

G120變頻器在設(shè)置參數(shù)之前，需要根據(jù)G120操作手冊的要求先選用與G120配套的電機(jī)，并將電機(jī)銘牌上相關(guān)參數(shù)輸入G120完成基本調(diào)試。然后根據(jù)變頻器控制方式選擇對應(yīng)的宏指令編號，并進(jìn)行USS 通信方式的參數(shù)設(shè)置和修改。參數(shù)設(shè)置值如表1所示。

圖2 S7-1200的CB1241和G120的RS485通信插頭接線[3]

表1 USS現(xiàn)場總線某一個(gè)變頻器參數(shù)設(shè)置[4]

3 PLC控制程序設(shè)計(jì)

3.1 初始化USS通信

可以在“Cyclic interrupt[OB30]”中初始化USS 通信，如圖3 所示?！癠SS_Port_Scan”指令選擇USS 通信方式，通過USS 網(wǎng)絡(luò)可為最多16 個(gè)變頻器從站處理通信。PORT 端口選擇“Local～CB_1241_(RS485)”，波特率可選9600。

圖3 在循環(huán)中斷中初始化USS通信[5]

3.2 變頻調(diào)速程序塊的編寫

變頻調(diào)速FC塊主要用來進(jìn)行頻率與速度百分比的換算，為“Main[OB1]”（主程序塊）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制以及HMI 上電機(jī)的狀態(tài)顯示做準(zhǔn)備。主程序塊中“USS_Drive_Control”指令的端口要用到此程序塊的轉(zhuǎn)速百分比，HMI 上也需要此程序塊來顯示電機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)頻率。變頻調(diào)速[FC1]程序塊如圖4所示。

圖4 變頻調(diào)速[FC1]程序塊[6]

3.3 變頻器控制主程序塊的編寫

主程序塊包括三部分：（1）啟?？刂瞥绦?；（2）CB1241主站與G120從站進(jìn)行USS通信；（3）調(diào)用FC程序塊。

啟?？刂萍瓤捎梦锢戆粹o，也可在HMI 上點(diǎn)按。啟動(dòng)時(shí)電機(jī)速度不為0，可通過轉(zhuǎn)速百分比預(yù)設(shè)一個(gè)較低的速度。電機(jī)停車有“OFF1、OFF2、OFF3”三種。其中“OFF1”表示在指定的斜坡函數(shù)設(shè)定的時(shí)間內(nèi)停車，通過停止按鈕或HMI 停止實(shí)現(xiàn)。啟動(dòng)控制程序如圖5所示。

圖5 電動(dòng)機(jī)啟?？刂瞥绦騕6]

USS通信程序可通過“USS_Drive_Control”指令實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，自動(dòng)執(zhí)行“USS_Drive_Control”指令。輸入端口中，“OFF2”和“OFF3”分別表示自由停車和急停；“F_ACK”為故障確認(rèn)端口；“DIR”為方向開關(guān)；“DRIVE”為所連變頻器地址；“PZD_LEN”為現(xiàn)場總線通訊報(bào)文的過程數(shù)據(jù)區(qū)的長度；“SPEED_SP”為速度百分比設(shè)定。輸出端口為變頻器實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。主-從站的USS通信程序如圖6所示。CB1241主站和任一G120從站通信都需要一個(gè)單獨(dú)的USS 通信程序。需要注意的是，所有USS 通信程序的“DRIVE”的地址值均不可相同，且在1～31范圍內(nèi)。

圖7 為調(diào)用FC 塊的程序。將變頻器速度與頻率值進(jìn)行換算后，在HMI上顯示。

圖6 CB1241主站和某個(gè)G120從站的通訊程序[5]

圖7 變頻調(diào)速FC程序塊[6]

4 HMI組態(tài)畫面設(shè)計(jì)

西門子精簡面板是與S7-1200 配套的SIMATIC HMI，可在博途中組態(tài)的HMI 還有精智面板和移動(dòng)面板，功能更加完善。精簡系列面板已經(jīng)可以滿足用戶對高品質(zhì)可視化和便捷操作的需求[7]。用戶在HMI 集中實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制，并準(zhǔn)確獲取各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等信息。某臺(tái)電機(jī)的監(jiān)控組態(tài)信息如圖8所示，其它電機(jī)與此類似。

圖8 電機(jī)監(jiān)控HMI畫面組態(tài)[8]

5 結(jié)語

采用西門子專用的USS 現(xiàn)場總線后，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速監(jiān)控變得方便、直觀、交互性強(qiáng)，節(jié)約布線、易于遠(yuǎn)程控制。將整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)集度中在HMI 上顯示，隨時(shí)觀察，自動(dòng)記錄，另外其體積相對較小，安裝方便，便于維護(hù)，成本也較低。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試證實(shí)，控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，功能完善，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。