西门子固原地区销售总代理

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SIEMENS 上海君俞公司在经营活动中精益求精，具备如下业务优势:上海君俞自动化科技有限公司为SIEMENS中国授权代理商,本着“以人为本科技先导顾客满意持续改进”的工作方针，致力于工业自动化控制领域的产品开发、工程配套和系统集成、销售，拥有丰富的自动化产品的应用和实践经验以及雄厚的技术力量，尤其以 PLC复杂控制系统、传动技术应用、伺服控制系统、数控备品备件、界面及网络/软件应用为公司的技术特长，几年来，上海君俞公司在与德国 SIEMENS公司自动化与驱动部门的长期紧密合作过程中，建立了良好的相互协作关系，在可编程控制器、交直流传动装置方面的业务逐年成倍增长，为广大用户提供了SIEMENS的新技术及自动控制的好解决方案。
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1．控制系统原理和接线图
下图是本例中所使用的原理和接线图。

图1:控制系统原理和接线图

2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以使用USS通信协议通过通信模块CM1241 RS485来实现S7-1200与G120变频器的通信。
本例中使用的PLC硬件为：
1）PM1207电源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
4) 模拟器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )
本例中使用的G120变频器硬件为：
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 通信电缆 ( 6XV1830-0EH10)

3．软件需求
1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．组态
我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和G120变频器的USS通信。
4. 1 PLC 硬件组态
在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图1所示。

图2： 新建S7 1200项目
在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模块CM1241 RS485模块，如图2所示。

图3： S7 1200硬件配置
在CPU的属性中，设置以太网的IP地址，建立PG与PLC的连接，如下图所示。

图4： S7 1200 IP地址的设置
4. 2 G120参数设置
变频器的参数设置如下表所示。
序号 功能 参数 设定值
1 工厂设置复位 P0010 30
2 工厂设置复位 P970 1
3 快速启动设置 P0010 1
4 电机额定电压 P0304 380V
5 电机额定功率 P0307 5.5KW
6 电机额定频率 P0310 50Hz
7 电机额定转速 P0311 1350r/min
8 USS命令源 P0700 5
9 频率设定源 P01000 5
10 小电机频率 P1080 0.0Hz
11 大电机频率 P1081 50.0Hz
12 启动斜坡时间 P1120 10.0S
13 延迟斜坡时间 P1121 10.0S
14 结束快速启动设置 P3900 1
15 激活模式 P0003 3
16 参考频率 P2000 50.0Hz
17 USS数据传输速度 P2010 9
18 USS从站地址 P2011 1
19 USS PZD长度 P2012 2
20 USS PKW长度 P2013 4
21 通信监控 P2014 0
22 在E2PROM 保存数据 P0971 1
23 激活模式 P0003 3
24 激活参数模式 P0010 30
25 从G120中传输参数到BOP P0802 1
表1 ：G120变频器的参数设置
注意：表1中的17，18，19，20 这四项参数值的设置使PLC的参数值与变频器的参数值相一致。而19，20这两个参数值设置成如表1中的值，否则有可能变频器与S7-1200通信有如下问题：可能不能读出从变频器反馈回来的参数值。

5．USS通信原理与编程的实现
5. 1 S7 1200 PLC与G120 通过USS通信的基本原理
S7 1200提供了的USS库进行USS通信，如下图所示：

图5： S7 1200 的USS库
USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受变频器的信息和控制变频器的指令都是通过这个功能快来完成的。在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
USS_PORT功能块是S7-1200与变频器USS通信的接口,主要设置通信的接口参数。可在主OB或中断OB中调用。
USS_RPM功能块是通过USS通信读取变频器的参数。在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
USS_WPM功能块是通过USS通信设置变频器的参数。在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
这些功能块与变频器之间的控制关系如下图所示：

图6： USS 通信功能块与变频器的控制关系
USS_DRV功能块通过USS_DRV_DB数据块实现与USS_PORT功能块的数据接收与传送，而USS_PORT功能块是S7-1200 PLC CM1241 RS485模块与变频器之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与变频器的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。
每个S7-1200 CPU多可带3个通信模块，而每个CM1241 RS485通信模块多支持16个变频器。因此用户在一个S7-1200 CPU中多可建立3个USS网络，而每个USS网络多支持16个变频器，总共多支持48个USS变频器。
5. 2 S7 1200 PLC进行USS通信的编程
1．USS通信接口参数功能块的编程
USS通信接口参数功能块的编程如下图所示。

图7： USS通信接口参数功能块的编程
USS_PORT功能块用来处理USS网络上的通信，它是S71200 CPU与变频器的通信借口。每个CM1241 RS485模块有且有一个USS_PORT功能块。
PORT：指的是通过哪个通信模块进行USS通信。
BAUD：指的是和变频器进行通行的速率。 变频器的参数P2010种进行设置。
USS_DB：指的是和变频器通信时的USS数据块。每个通信模块多可以有16个USS数据块，每个CPU多可以有48个USS数据块，具体的通信情况要和现场实际情况相联系。每个变频器与S7-1200进行通信的数据块是的。
ERROR：输出错误。
STATUS：扫描或初始化的状态。
S7-1200 PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多个扫描。
USS_PORT通信的时间间隔是S7-1200与变频器通信所需要的时间，不同的通信波特率对应的不同的USS_PORT通信间隔时间。下图列出了不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间。

图8：不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间
USS_PORT在发生通信错误时，通常进行3次尝试来完成通信事件，那么S7-1200与变频器通信的时间就是USS_PORT发生通信超时的时间间隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT与变频器通信的时间间隔应当大于小的调用时间间隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 协议库默认的通信错误超时尝试次数是2次。
基于以上的USS_PORT通信时间的处理，我们建议在循环中断OB块中调用USS_PORT通信功能块。在建立循环中断OB块时，我们可以设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。循环中断OB块的扫描时间的设置如下图所示：

图9：循环中断OB块的扫描时间的设置
2．USS_DRV功能块的编程
USS_DRV功能块的编程如下图所示。

图10： USS_DRV功能块的编程
USS_DRV功能块用来与变频器进行交换数据，从而读取变频器的状态以及控制变频器的运行。每个变频器使用的一个USS_DRV功能块，但是同一个CM1241 RS485模块的USS网络的所有变频器（多16个）都使用同一个USS_DRV_DB。
USS_DRV_DB：变频器进行USS通信的数据块。
RUN： DB块的变频器启动指令。
OFF2： 紧急停止，自由停车。 该位为0时停车。
OFF3： 快速停车，带制动停车。 该位为0时停车。
F_ACK： 变频器故障确认。
DIR ： 变频器控制电机的转向。
SPEED_SP： 变频器的速度设定值。
ERROR： 程序输出错误。
RUN_EN： 变频器运行状态指示。
D_DIR： 变频器运行方向状态指示。
INHIBIT： 变频器是否被禁止的状态指示。
FAULT： 变频器故障。
SPEED： 变频器的反馈的实际速度值。
DRIVE： 变频器的USS站地址。变频器参数P2011设置。
PZD_LEN： 变频器的循环过程字。 变频器参数P2012设置。
注意：变频器的PKW的长度在这里是特殊需要注意的，在使用USS通信时是4，如果改成3或者127都将不能读取反馈回来的过程值。

3．USS_RPM功能块的编程
USS_RPM功能块的编程 如下图所示。

图11：USS_RPM功能块的编程
USS_RPM功能块用于通过USS通信从变频器读取参数。
REQ： 读取参数请求。
DRIVE： 变频器的USS站地址。
PARAM： 变频器的参数代码。
INDEX： 变频器的参数索引代码
USS_DB： 变频器进行USS通信的数据块。
DONE： 读取参数完成。
ERROR： 读取参数错误。
STATUS： 读取参数状态代码。
VALUE： 所读取的参数的值。
注意：进行读取参数功能块编程时，各个数据的数据类型一定要正确对应。如果需要设置变量读取参数时，注意该参数变量的初始值不能为0，否则容易产生通信错误。

4．USS_WPM功能块的编程
USS_WPM功能块的编程如下图所示。

图12：USS_WPM功能块的编程
USS_WPM 功能块用于通过USS通信设置变频器的参数。
REQ： 读取参数请求。
DRIVE： 变频器的USS站地址。
PARAM： 变频器的参数代码。
INDEX： 变频器的参数索引代码。
EEPROM：把参数存储到变频器的EEPROM。
VALUE： 设置参数的值。
USS_DB： 变频器进行USS通信的数据块。
DONE： 读取参数完成。
ERROR： 读取参数错误状态。
STATUS： 读取参数状态代码。
注意：对写入参数功能块编程时，各个数据的数据类型一定要正确对应。如果需要设置变量进行写入参数值时，注意该参数变量的初始值不能为0，否则容易产生通信错误。

5. 3 S7 1200 PLC进行USS通信的调试
S7-1200 PLC 通过CM1241 RS485模块与变频器进行USS通信时，需要注意如下几点：
当同一个CM1241 RS485 模块带有多个（多16个）USS变频器时，这个时候通信的USS_DB是同一个，USS_DRV功能块调用多次，每个USS_DRV功能块调用时，相对应的USS站地址与实际的变频器要一致，而其它的控制参数也要一致。
当同一个S7-1200 PLC 带有多个CM1241 RS485模块（多3个）时，这个时候通信的USS_DB相对应的是3个，每个CM1241 RS485模块的USS网络使用相同的USS_DB,不同的USS网络使用不同的USS_DB。
当对变频器的参数进行读写操作时，注意不能同时进行USS_RPM和USS_WPM的操作，并且同一时间只能进行一个参数的读或者写操作，而不能进行多个参数的读或者写操作。
在S7-1200 PLC 与变频器的USS通信的实际使用过程中，需要根据网络的现场情况，对问题进行具体的解决。
缺省状态下，CPU 会将块执行错误登录到诊断缓存区中并且转到停机模式。这是预设的系统响应。
可以通过在你想要监控的程序块中添加“GetError”或“GetErrorID”指令来改变这种响应。这时CPU 不会停机，也不会将错误登录到诊断缓存区。这个块被设定为管理块内的错误。错误信息报告到“GetError”或“GetErrorID”指令的输出。
“GetError”
“GetError”指示发生程序块执行错误并且填充详细的错误信息到预先定义好的错误数据结构变量中，数据类型“ErrorStruct ”。
“GetError”也可以用于传送错误状态的报警到所调用的块。为了实现这个功能，指令放在所调用块的后一个网络。
“GetErrorID”
“GetErrorID”指令指示发生程序块执行错误并且报告错误 ID (识别码)。可以在 STEP 7 Basic 的在线帮助中，通过搜寻关键字“GetErrorID”找到错误代码列表。
注意
在创建一个新项目时，并没有“GetError”或“GetErrorID”指令出现。
使用“GetError”指令检测块执行错误事件
块执行事件的信息将存在 “ErrorStruct”系统数据类型的变量中。

No.
使用“GetError”指令检测块执行错误事件
1 添加 “GetError”指令
浏览指令窗找到“Extended instructions > Program control > GetError”。
拖放“GetError”指令到需要监控的 OB 的后一个网络。
点击“OK”按钮
详细的信息请参看下面的视图。
2 读取“GetError”指令的错误输出信息
可以保存本地错误信息到如下描述的全局变量中：
创建数据类型为“ErrorStruct”的本地变量“error_local”。
保存“错误”输出值到本地变量“error_local”。
浏览指令窗找到 “Instructions > Move > MOVE”。
拖放一个 “MOVE”指令到“GetError”指令所在的网络中。
连接“GetError”指令的 ENO点到“MOVE”指令的 EN 端。
在“data_block”数据块中，创建一个“ErrorStruct”数据类型的全局数据变量“gl_error”。
传送“GetError”变量到“data_block".gl_error”变量。

图. 01
3 检测“GetError”指令的“错误”输出信息
只有“ErrorStruct’系统数据类型的变量可以用于 ERROR 输出。“ErrorStruct’系统数据类型定义了保存错误信息所需的严格的数据结构。使用其它指令，还可以检测这个数据结构并且编程做出适当的响应。
“ErrorStruct”变量中包含如下信息：
发生错误的块的类型，(例如：´"data_block".gl_error.block_type´)
发生错误的块号(例如： ´"data_block".gl_error.code_block_number´)
详细的信息总揽请看下图。可以在 STEP 7 Basic 的在线帮助中，通过搜寻关键字“GetError”找到“ErrorStruct ”数据类型的详细列表。错误代码列表。

图. 02
表 01
错误情况由“ENO”使能输出指示
只有在下面两个条件满足的情况下，输出“ENO”才会被置位：
输入 EN 被使能。
出现错误信息
如果有一个条件不满足，下面程序的执行不受“GetError”指令的影响。
如果 EN = TRUE 并且“GetError”或“GetErrorID”执行，那么：
ENO = TRUE 指示代码块执行错误发生并且有错误数据提供
ENO = FALSE 指示无代码块执行错误发生
可以连接错误响应逻辑到“ENO”输出，在错误发生后激活。如果错误存在，输出参数存储程序访问的错误数据。“GetError”或“GetErrorID”可以用于发送当前正在执行的块的错误信息到调用它的块。将指令放到所调用的块的后一个网络编程报告所调用的块的后执行状态。
使用 STEP 7 Basic 的在线诊断
当不使用“GetError”指令时，并且使用 STEP 7 Basic 在线访问 S7-1200 PLC ，你可以使用“Online & diagnostics”功能：
在线 S7-1200 PLC.
浏览“Project tree”找到 “Online & diagnostics”。
浏览“Online Access”窗口的导航栏找到“Diagnostics buffer”。
从“Events”列表中选择一个程序执行错误事件。
在“Events”列表下方，显示所选事件的详细信息。这里将看到被影响的 OB 块和错误的事件 ID。

图. 03
注意
一个“Incoming event” 表示一个事件的开始。一个“Outgoing event” 表示一个事件的结束。

使用案例
如果一个直接寻址访问点（例如“IW120:P”）不可用，可以使用 “GetError”指令获得下列结果：
防止 CPU 停机
发出错误信息
节点丢失的时候设置一个替代值
需求
S7-1200 PLC
Ethernet 电缆
PG / PC
STEP 7 Basic V10.5
S7-1200 工且可以不使用STEP 7 Basic软件而去修改一个或几个S7-1200 CPU的IP地址。
这个工具对于大量的下载是非常有用的，例如通过一个内存卡下载同一个项目到同一网络的多个CPU中，这个时候对于每个CPU需要更改IP地址。
设置 PG/PC接口

序号.
1. 点击 "PG/PC 接口" 按钮.

图. 01
2.
选择接口点“S7IPTool”。
对于 "Interface Parameter Assignment Used:" 选择"TCP/IP" 和正在使用的网卡， 使用 "TCP/IP(Auto)" 对于自动配置和正在使用的网卡能够达到好的效果。
确认 "OK"。

图. 02
表 01
手动设置 IP 地址
序号.
1. 双击 "Update accessible devices" 按钮更新接点列表。

图. 03
2. S7-1200工具显示了没有设定IP地址的CPU的 MAC 地址。

图. 04
3.
从可访问设备列表中选择需要被设置的CPU。
点击 "Flash LED lights" 按钮来闪烁选择的CPU的LED灯。

图. 05
4. 点击 "Stop CPU" 按钮使CPU 转到STOP模式。

图. 06
5.

图. 07
6. 点击 "Start CPU" 按钮使CPU转到 RUN 模式。

图. 08
表 02
网络映射

No.
1. 制定连接网卡。
连接所有的S7-1200 CPU的列表。

图. 09
2. 点击 "Export..." 按钮生成一个 CSV 文件和所有连接的S7-1200 CPU的网络设置，在计算机上保存文件。

图. 10
3. 打开导出的CSV文件。
CSV 文件的每行包含了一个MAC 地址， IP地址, 子网掩码和每个立的S7-1200 CPUs的网关地址。
根据需要改变每个 CPU的网络地址，不能改变 MAC 地址。
适用 "#" 字符在 CSV 文件中插入注释。

图. 11
4. 点击"Import..." 按钮，选择修改的CSV 文件。

图. 12
5. 在网络映射表中更改。
点击"Update" 按钮对CPU执行新的网络设置。

图. 13
6.
S7-1200 CPU 旁边的绿色圈指示更新完成。
绿色圈指示更新失败。
S7-1200 CPU 旁边的黄色圈指示更新正在进行。

图. 14
表 03
额外的功能

序号.
1. 点击 "Fault Capture" 按钮读出所选择的 S7-1200 CPU的系统信息，这些信息能够作为进一步的分析处理。

图. 15
2. 点击 "Reset To Factory Defaults"按钮复位 所选择的S7-1200 CPU 到工厂设置，包括IP地址的所有数据将被删除。

图. 16