基于uss通信协议的西门子s7
摘要：该无极调速的实现主要以西门子s7-1200系列的
s7-1214plc（订货号：6es7 214-1ag31-0xb0）控制机，以cm1241（订货号：6es7 241-1ch30-0xb0）通信模块，以西门子mm420（订货号： 6se6 420-2uc17-5aa1）为控制对象，实现无极调速功能。对无极调速的架构做了系统介绍，分析了变频器的参数设定和uss 协议，介绍了使用tia v12对西门子plc的程序设计实现功能的具体步骤。
关键词：西门子；mm420；变频器；无极调速
1 引言
随着时代的发展，越来越多的设备要求采用无极调速的方式去控制，以减少负载惯性的影响而得到平滑曲线，从而使得设备运行更加稳定，增长设备的实用寿命。无级调速一般情况下可以用机械和电气两个大类实现。机械式无极调速，可通过液压控制来实现。电气式无极调速则经常通过变频器控制三相异步电动机得以实现。由于变频器的输出频率的外部控制方式可通过开关量、模拟量和通信的方式去控制，其中开关量只能实现多段速的控制方式，只有模拟量和通信方式才能真正实现无极调速，在本文中，所介绍的无极调速实现方式采用的是通信的方式。
在设备的工业生产场所，西门子plc作为专用工业控制器，具有高可靠性和很强的抗干扰能力，配置灵活和完善的功能，因此在工业控制系统中得到了广泛的使用。其中西门子最新的s7-1200系列
plc凭借着其极具特色的tia编程软件，集成化块管理，使得其程序的编写为越来越多的人所接收，故本文选用西门子s7-1200系列plc，型号为s7-1214c，通过rs485模块与变频器mm420进行通信，从而实现对变频器的无极调速的控制。
2 系统架构
在该控制系统中，plc作为主控制单元通过发送监控指令，变频器接收指令代码，并对指令代码进行分析，如果监控指令符合uss 通信协议的要求，则做出对应的响应，从而输出控制三相异步电动机，实现无极调速的，同时，变频器的输出的信息，如电流、变压及电压也以分时响应的方式反馈回来给到plc，并通过触摸屏
ktp600进行电流、变压及电压的数值显示。其中ktp600与1200plc 采用profinet的链接方式。系统控制图如下图1所示。该图中，plc与变频器的接线方式采用的是半双工的rs-485双线制的方法，在工业环境下使用时建议装设终端电阻，即在p+和n-输入之间建议连接一个阻值为120的电阻，连接多个变频器，还需在离控制器最远的变频器上安装该电阻。个别情况下还需要在p+和24v，n-和0v之间安装附加的偏置电阻，但是，一般情况下并不需要这些电阻，因为变频器内部已经安装有偏置电阻。rs485 系统的测试往往是在最简单的配置下进行。故在本控制系统中，由于通信距离比较近，没有增加任何的终端电阻和偏置电阻。
3 uss协议
欲使plc用通信的方式控制变频器，还应该双方遵循相同的协议。
西门子的plc有着固有的协议，在本文中mm420与s1214的通信采用的是uss通信协议。
uss协议又叫串行接口协议，该协议按照串行总线的主-从通讯原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31 个从站。主站根据通讯报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它进行通讯时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。
uss协议每条报文都是以字符stx（=02hex）开始，接着是长度的说明（lge）和地址字节（adr）。然后是采用的数据字符。报文以数据块的检验符（bcc）结束。其结构如下图2所示。
stx：stx 区是一个字节的asciistx 字符（02hex），表示一条信息的开始。
lge：lge 区是一个字节，指明这一条信息中后跟的字节数目。按照uss 的技术说明，报文的长度是可以变化的，而且报文的长度必须在报文的第2个字节（即lge）中说明。根据配置，可以把报文定义为固定的长度（参看pke 和pzd 区的说明）。总线上的各个从站结点可以采用不同长度的报文。micromaster4 既可以采用变化的报文长度，也可以采用固定的报文长度。采用哪种报文长度由参数p2012 和p2013 来定义pzd 和pkw 的长度。最常用的固定长度是4个字（8字节）的pkw区和2个字（4字节）的pzd 区，共有12 个数据字符。
adr：adr 区是一个字节，是从站结点（即变频器）的地址。其
中该字节的第5位是广播位。如果这一位设置为1，该信息就是广播信息，对串行链路上的所有信息都有效。
bcc bcc 区是长度为一个字节的校验和，用于检查该信息是否有效。它是该信息中bcc 前面所有字节“异或”运算的结果。如果根据校验和的运算结果，表明变频器接收到的信息是无效的，它将丢弃这一信息，并且不向主站发出应答信号。
在本功能的实现中，采用的是4个字（8字节）的pkw区和2个字的pzd 区。即其通信格式如下图3所示：
pkw区说明参数识别id-数值（pkw）接口的处理方式。pkw接口并非物理意义上的接口，而是一种机理，这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间（例如控制装置与变频器）的传输方式，例如参数数值的读和写。
pzd区是为控制和监测变频器而设计的。在主站和从站中收到的pzd总是以最高的优先级加以处理。处理pzd的优先级高于处理pkw 的优先级，而且，总是传送接口上当前最新的。
pke和ind是pkw区前两个字信息是，关于主站请求的任务（任务识别标记id）或应答报文的类型（应答识别标记id）。pwe1和pwe2是pkw区的后两个字信息，规定报文中要访问的变频器的参数号（pnu）。pnu 的编号与micromaster4 的参数号相对应，例如1082=p1082=fmax。
pke字：bit10～bit00是基本参数号，bit11=0，bit15～bit12为任务或应答识别标记id，bit15～bit12=1h表示读参数，bit15～