西門子S7-1200 緊湊型PLC在當前的市場中有著廣泛的應(yīng)用，作為經(jīng)常與SINAMICS G120系列變頻器共同使用的PLC，其USS通信協(xié)議的使用一直在市場上有著非常廣泛的應(yīng)用。本文將主要介紹如何使用USS通信協(xié)議來實現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。
1．控制系統(tǒng)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(tǒng)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(xié)議通過通信模塊CM1241 RS485來實現(xiàn)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(tài)
我們通過下述的實際操作來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態(tài)S7-1214C 和G120變頻器的USS通信。
4. 1 PLC 硬件組態(tài)
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(shè)置以太網(wǎng)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(shè)置
4. 2 G120參數(shù)設(shè)置
變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表所示。
| 序號 | 功能 | 參數(shù) | 設(shè)定值 |
| 1 | 工廠設(shè)置復位 | P0010 | 30 |
| 2 | 工廠設(shè)置復位 | P970 | 1 |
| 3 | 快速啟動設(shè)置 | P0010 | 1 |
| 4 | 電機額定電壓 | P0304 | 380V |
| 5 | 電機額定功率 | P0307 | 5.5KW |
| 6 | 電機額定頻率 | P0310 | 50Hz |
| 7 | 電機額定轉(zhuǎn)速 | P0311 | 1350r/min |
| 8 | USS命令源 | P0700 | 5 |
| 9 | 頻率設(shè)定源 | P01000 | 5 |
| 10 | zui小電機頻率 | P1080 | 0.0Hz |
| 11 | zui大電機頻率 | P1081 | 50.0Hz |
| 12 | 啟動斜坡時間 | P1120 | 10.0S |
| 13 | 延遲斜坡時間 | P1121 | 10.0S |
| 14 | 結(jié)束快速啟動設(shè)置 | P3900 | 1 |
| 15 | 激活專家模式 | P0003 | 3 |
| 16 | 參考頻率 | P2000 | 50.0Hz |
| 17 | USS數(shù)據(jù)傳輸速度 | P2010 | 9 |
| 18 | USS從站地址 | P2011 | 1 |
| 19 | USS PZD長度 | P2012 | 2 |
| 20 | USS PKW長度 | P2013 | 4 |
| 21 | 通信監(jiān)控 | P2014 | 0 |
| 22 | 在E2PROM 保存數(shù)據(jù) | P0971 | 1 |
| 23 | 激活專家模式 | P0003 | 3 |
| 24 | 激活參數(shù)模式 | P0010 | 30 |
| 25 | 從G120中傳輸參數(shù)到BOP | P0802 | 1 |
表1 ：G120變頻器的參數(shù)設(shè)置
注意：表1中的17，18，19，20 這四項參數(shù)值的設(shè)置必須使PLC的參數(shù)值與變頻器的參數(shù)值相一致。而19，20這兩個參數(shù)值必須設(shè)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(shù)值。
5．USS通信原理與編程的實現(xiàn)
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(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設(shè)置通信的接口參數(shù)。可在主OB或中斷OB中調(diào)用。
USS_RPM功能塊是通過USS通信讀取變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
USS_WPM功能塊是通過USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
這些功能塊與變頻器之間的控制關(guān)系如下圖所示：
圖6： USS 通信功能塊與變頻器的控制關(guān)系
USS_DRV功能塊通過USS_DRV_DB數(shù)據(jù)塊實現(xiàn)與USS_PORT功能塊的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)，而每個USS網(wǎng)絡(luò)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(shù)功能塊的編程
USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如下圖所示。
圖7： USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS_PORT功能塊用來處理USS網(wǎng)絡(luò)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(shù)P2010種進行設(shè)置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時的USS數(shù)據(jù)塊。每個通信模塊zui多可以有16個USS數(shù)據(jù)塊，每個CPUzui多可以有48個USS數(shù)據(jù)塊，具體的通信情況要和現(xiàn)場實際情況相。每個變頻器與S7-1200進行通信的數(shù)據(jù)塊是*的。
ERROR：輸出錯誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態(tài)。
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(yīng)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(yīng)的USS_PORTzui小通信間隔時間。
圖8：不同的波特率對應(yīng)的USS_PORTzui小通信間隔時間
USS_PORT在發(fā)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(fā)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(yīng)當大于zui小的調(diào)用時間間隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 協(xié)議庫默認的通信錯誤超時嘗試次數(shù)是2次。
基于以上的USS_PORT通信時間的處理，我們建議在循環(huán)中斷OB塊中調(diào)用USS_PORT通信功能塊。在建立循環(huán)中斷OB塊時，我們可以設(shè)置循環(huán)中斷OB塊的掃描時間，以滿足通信的要求。循環(huán)中斷OB塊的掃描時間的設(shè)置如下圖所示：
圖9：循環(huán)中斷OB塊的掃描時間的設(shè)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(shù)據(jù)，從而讀取變頻器的狀態(tài)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(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)向。
SPEED_SP： 變頻器的速度設(shè)定值。
ERROR： 程序輸出錯誤。
RUN_EN： 變頻器運行狀態(tài)指示。
D_DIR： 變頻器運行方向狀態(tài)指示。
INHIBIT： 變頻器是否被禁止的狀態(tài)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(shù)P2011設(shè)置。
PZD_LEN： 變頻器的循環(huán)過程字。 變頻器參數(shù)P2012設(shè)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。
6SL3210-1KE17-5UF1
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(shù)。
REQ： 讀取參數(shù)請求。
DRIVE： 變頻器的USS站地址。
PARAM： 變頻器的參數(shù)代碼。
INDEX： 變頻器的參數(shù)索引代碼
USS_DB： 變頻器進行USS通信的數(shù)據(jù)塊。
DONE： 讀取參數(shù)完成。
ERROR： 讀取參數(shù)錯誤。
STATUS： 讀取參數(shù)狀態(tài)代碼。
VALUE： 所讀取的參數(shù)的值。
注意：進行讀取參數(shù)功能塊編程時，各個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型一定要正確對應(yīng)。如果需要設(shè)置變量讀取參數(shù)時，注意該參數(shù)變量的初始值不能為0，否則容易產(chǎn)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(shè)置變頻器的參數(shù)。
REQ： 讀取參數(shù)請求。
DRIVE： 變頻器的USS站地址。
PARAM： 變頻器的參數(shù)代碼。
INDEX： 變頻器的參數(shù)索引代碼。
EEPROM：把參數(shù)存儲到變頻器的EEPROM。
VALUE： 設(shè)置參數(shù)的值。
USS_DB： 變頻器進行USS通信的數(shù)據(jù)塊。
DONE： 讀取參數(shù)完成。
ERROR： 讀取參數(shù)錯誤狀態(tài)。
STATUS： 讀取參數(shù)狀態(tài)代碼。
注意：對寫入?yún)?shù)功能塊編程時，各個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型一定要正確對應(yīng)。如果需要設(shè)置變量進行寫入?yún)?shù)值時，注意該參數(shù)變量的初始值不能為0，否則容易產(chǎn)生通信錯誤。
5. 3 S7 1200 PLC進行USS通信的調(diào)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：
- 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(diào)用多次，每個USS_DRV功能塊調(diào)用時，相對應(yīng)的USS站地址與實際的變頻器要一致，而其它的控制參數(shù)也要一致。
- 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(yīng)的是3個，每個CM1241 RS485模塊的USS網(wǎng)絡(luò)使用相同的USS_DB,不同的USS網(wǎng)絡(luò)使用不同的USS_DB。
- 當對變頻器的參數(shù)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(shù)的讀或者寫操作，而不能進行多個參數(shù)的讀或者寫操作。
如何處理MM4系列變頻器的F009*
問題
當MM4系列變頻器出現(xiàn)F0090故障時該如何解決?
F0090
編碼器信號丟失
常見原因
1.硬件問題
l 編碼器電纜中斷（電纜斷線或插頭松動等等）
l 編碼器模板損壞
l 編碼器模板與變頻器接觸不良或接插件針腳損壞
l 編碼器A\B信號接反
l 編碼器參數(shù)設(shè)置不正確
2.動態(tài)響應(yīng)不足
l 動態(tài)優(yōu)化效果不好
l 上升/下降斜坡時間過短
3.干擾問題
l 安裝布線不符合規(guī)范
l 電纜過長
常見處理辦法
1.硬件問題
l 檢查編碼器電纜斷線或相關(guān)插頭是否松動
l 檢查編碼器模板安裝是否正確，是否存在松動
l 檢查編碼器模板是否損壞（如果有其它編碼器模板可以進行交叉測試）
l 交換編碼器信號線A,B進行測試
l 檢查編碼器參數(shù)P400～P494
2.動態(tài)響應(yīng)不足
l 重新執(zhí)行動態(tài)優(yōu)化，調(diào)整速度環(huán)參數(shù)
l 增加上升/下降斜坡時間
3.干擾問題
l 檢查變頻器是否正確可靠接地，變頻器與電機之間連接電纜使用4芯電纜3相+PE線，并使用PE線將變頻器和電機進行接地連接
l 檢查編碼器電纜屏蔽層是否可靠接地，編碼器電纜屏蔽層應(yīng)正確壓接到編碼器模板的屏蔽夾中
l 檢查編碼器電纜是否與動力電纜走在同一橋架或走線槽中，編碼器電纜應(yīng)與動力電纜保持一定距離，如果平行布線間距大于20cm
l 檢查編碼器電纜是否超長，不同的通訊速率允許的zui大電纜長度請參考相關(guān)手冊
l 適當增加P492和P494，降低速度偏差檢測的靈敏度
注意：變頻器調(diào)試帶編碼器矢量控制時，應(yīng)先檢查編碼器反饋信號是否正常，方法如下：
1. 設(shè)置編碼器參數(shù)
2. 變頻器設(shè)置為V/F控制模式P1300=0，讓變頻器運行在恒定頻率下（例如20JHz）
3. 查看r0061參數(shù)的數(shù)值，r0061顯示的是編碼器檢測出的電機轉(zhuǎn)速
4. 編碼器信號正常情況下，r0061反饋的速度應(yīng)該與給定頻率符號相同，大小相近
5. 如果符號不同，表示編碼器A/B相接反
6. 如果大小相差較大，可能由于編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)設(shè)置錯誤、或編碼器信號受到干擾、或接線不良等原因?qū)е?/span>
案例集
序號 | 故障現(xiàn)象描述 | 可能的故障原因及處理措施 |
1 | 調(diào)試期間，P1300=21啟動就報F0090故障，設(shè)置P1300=0可以運行，通過r0061參數(shù)讀到編碼器檢測的電機轉(zhuǎn)速與變頻器的輸出頻率方向相反 | 原因：編碼器A/B相信號接反 措施：交換編碼器A/B相信號 |
2 | 新調(diào)試的設(shè)備，配置編碼器參數(shù)后，V/F運行20hz，查看r0061參數(shù)沒有數(shù)值 | 原因：編碼器模板DIP開關(guān)沒有設(shè)置 |
3 | 勻速運行時r0061值不穩(wěn)，有突變 | 原因：檢查編碼器接線及其屏蔽層接地，發(fā)現(xiàn)屏蔽層未接地。接好后運行正常 |
4 | LED燈全亮/全不亮 | 原因：硬件問題 檢查編碼器電位類型是否為集電極開路，集電極開路的編碼器不能直接連接在編碼器模板上， 需要做特殊處理。 用備件替換編碼器模板排除編碼器模板是否損壞 用備件替換編碼器排除編碼器是否損壞 交換檢查后發(fā)現(xiàn)編碼器損壞， 更換編碼器后運行正常 |
5 | 急加速或急減速時報F0090 | 原因：編碼器速度偏差檢測閥值太小 措施：適當增大P492，P494的值 |
6 | 設(shè)備運行2年一直正常zui近經(jīng)常出現(xiàn)F0090故障 | 原因：編碼器與電機聯(lián)軸器松動 措施：禁錮聯(lián)軸器后正常 |
注意
以上內(nèi)容僅作為故障報警排查的指導，不具有性，導致變頻器故障報警的原因很多，情況也較復雜，本文只是對常見的故障報警原因和處理方法進行說明，供參考。
