《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》模塊5任務(wù)5-4

模塊5S7-200PLC拓展應(yīng)用任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信（1）了解S7-200PLC與變頻器的聯(lián)機(jī)方式。（2）熟悉S7-200PLC的通信端口設(shè)置為USS的方式。（3）掌握MM4系列變頻器的相關(guān)參數(shù)，使其能夠通過USS協(xié)議與S7-200PLC建立通信連接。（4）能夠熟練使用S7-200PLC的USS指令（USS_INT、USS_CTRL、USS_RPM_x、USS_WPM_x），編寫設(shè)備調(diào)試程序，實(shí)現(xiàn)用S7-200PLC的通信端口控制變頻器的運(yùn)行、停止、改變輸出頻率等目的。（5）能運(yùn)用S7-200PLC與一臺(tái)西門子MM440變頻器建立USS通信連接，并用S7-200的USS指令庫編寫USS基通信程序，能夠?qū)ψ冾l器進(jìn)行啟動(dòng)及停止控制，并讀出或?qū)懭胱冾l器參數(shù)。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)傳統(tǒng)的PLC與變頻器之間的接口是依靠PLC的數(shù)字量輸出來控制變頻器的啟停，依靠PLC的模擬輸出來控制變頻器的速度給定，這樣做存在以下問題：①需要控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用很多硬件，價(jià)格昂貴；②現(xiàn)場(chǎng)的布線多容易引起躁聲和干擾；③PLC和變頻器之間傳輸?shù)男畔⑹苡布南拗?，交換的信息量很少；④在變頻器的啟?？刂浦杏捎诶^電器接觸器等硬件的動(dòng)作時(shí)間有延時(shí)，從而影響控制精度；⑤通常變頻器的故障狀態(tài)由一個(gè)接點(diǎn)輸出，PLC能得到變頻器的故障狀態(tài)，但不能準(zhǔn)確的判斷當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，變頻器是何種故障。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)如果使用USS協(xié)議，所有型號(hào)的西門子變頻器均可通過網(wǎng)絡(luò)方式與PLC或PC機(jī)進(jìn)行信息交換，數(shù)字化的信息傳遞提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平及運(yùn)行的可靠性，解決了模擬信號(hào)傳輸所引起的干擾及漂移問題。USS協(xié)議通信介質(zhì)采用RS-485屏蔽雙絞線，最遠(yuǎn)可達(dá)1000m，因此可有效地減少電纜的數(shù)量，從而可以大大減少開發(fā)和工程費(fèi)用，并極大地降低客戶的啟動(dòng)和維護(hù)成本。另外，通過網(wǎng)絡(luò)，可以連續(xù)地對(duì)多臺(tái)變頻器進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器之間的聯(lián)動(dòng)控制和同步控制，通過網(wǎng)絡(luò)還可以實(shí)時(shí)調(diào)整變頻器的參數(shù)。

PLC與變頻器之間的通訊在西門子產(chǎn)品中是分以下幾個(gè)步驟來完成的：首先要在STEP7-Micro/WIN編程軟件上對(duì)變頻器的控制通過USS協(xié)議指令進(jìn)行各種設(shè)定，然后將其設(shè)定下載到PLC，最后連接變頻器與PLC。當(dāng)PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，就會(huì)根據(jù)USS協(xié)議指令的要求與變頻器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)1．USS協(xié)議簡(jiǎn)介

USS（UniversalSerialInterfaceProtocol，通用串行接口協(xié)議）協(xié)議是西門子公司為其變頻器所開發(fā)的通用通信協(xié)議，可以支持變頻器與PC或PLC之間的通信連接，是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的協(xié)議。S7-200PLC可以將其通信端口設(shè)置為自由口模式的USS協(xié)議，以便實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)變頻器的控制。

USS協(xié)議是主-從結(jié)構(gòu)協(xié)議，規(guī)定了在USS總線上可以有一個(gè)主站（PLC）和最多31個(gè)從站（變頻器）；總線上的每個(gè)從站都有唯一的標(biāo)識(shí)碼（即站地址，在從站參數(shù)中設(shè)定），主站依靠標(biāo)識(shí)碼識(shí)別各個(gè)從站；每個(gè)從站也只對(duì)主站發(fā)來的報(bào)文做出響應(yīng)并回送報(bào)文，從站之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。另外，還有一種廣播通信方式，主站可以同時(shí)給所有從站發(fā)送報(bào)文，從站在接收到報(bào)文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后可不回送報(bào)文。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)2．常用USS設(shè)備西門子變頻器都帶有一個(gè)RS485通信接口，PLC作為主站，最多允許31個(gè)變頻器作為通信鏈路中得從站。USS主站設(shè)備包括：S7-200、S7-1200、CPU31xC-PtP、CP340、CP341、CP440、CP441等；USS從站設(shè)備包括：MM3、MM4、G110、G120、6RA70、6SE70等變頻驅(qū)動(dòng)裝置及其他第三方支持USS協(xié)議的設(shè)備。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫為了方便用戶編程，西門子官方提供了一個(gè)USS協(xié)議庫，有4條指令可供調(diào)用。在使用USS協(xié)議之前，需要先安裝西門子的指令庫“Toolbox_V32-STEP7-MicroWIN32InstructionLibrary”，安裝USS指令庫以后，在STEP7-Micro/win指令樹的“/指令/庫/USSProtoolPort0”和“/指令/庫/USSProtoolPort1”文件夾中分別出現(xiàn)8條指令，如圖5-70所示。PLC將用這些指令來控制變頻器的運(yùn)行和參數(shù)的讀寫操作。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信圖5-70USS指令庫前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫1）初始化指令USS_INIT表5-17USS_INIT指令格式及功能任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫1）初始化指令USS_INIT表5-18USS_INIT指令的參數(shù)說明任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫2）控制指令USS_CTRL每臺(tái)變頻器只能使用1條這樣的指令。

表5-19USS_CTRL指令格式及功能任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信表5-20USS_CTRL指令的參數(shù)說明前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信圖5-71MM4系列變頻器工作狀態(tài)指示含義前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫3）讀變頻器參數(shù)指令USS_RPM_x

該指令包括USS_RPM_W、USS_RPM_D、USS_RPM_R共3條指令，分別用于讀取變頻器的一個(gè)無符號(hào)字、一個(gè)無符號(hào)雙字和一個(gè)實(shí)數(shù)類型的參數(shù)。表5-21USS_RPM_x指令格式及功能任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫3）讀變頻器參數(shù)指令USS_RPM_x表5-22USS_RPM_x指令的參數(shù)說明任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫4）寫變頻器參數(shù)指令USS_WPM_x表5-23USS_WPM_x指令格式及功能任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)3．USS指令庫4）寫變頻器參數(shù)指令USS_WPM_x表5-24USS_WPM_x指令的參數(shù)說明任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)4．USS指令庫的使用步驟為了保證在S7-200程序中能夠使用USS協(xié)議指令實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，必須按以下步驟對(duì)USS指令進(jìn)行編程調(diào)用，并建立與變頻器的通信連接。（1）設(shè)定USS通信參數(shù)：調(diào)用USS_INIT啟動(dòng)或改變USS的通信參數(shù)，且只需要調(diào)用一次即可。在用戶程序中每一個(gè)被激活的變頻器只能用一條USS_CTRL指令，可以使用多條USS_RPM_x或USS_WPM_x指令，但是每次只能激活其中的一條指令。（2）分配庫存儲(chǔ)區(qū)：在用戶程序中調(diào)用USS指令后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊指令樹中的“程序塊”→“庫”圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中執(zhí)行“庫存儲(chǔ)區(qū)”命令，為USS指令庫所使用的397個(gè)字節(jié)V存儲(chǔ)區(qū)指定起始地址，如圖5-72所示。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信前導(dǎo)知識(shí)4．USS指令庫的使用步驟任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信圖5-72指定庫存儲(chǔ)區(qū)地址前導(dǎo)知識(shí)4．USS指令庫的使用步驟（3）設(shè)置變頻器的通信參數(shù)：用變頻器的操作面板設(shè)置變頻器的通信參數(shù)，使之與用戶程序中所用到的波特率和從站地址相一致。對(duì)于MM4系列變頻器，使用USS協(xié)議時(shí)，在將MM4系列變頻器接入PLC之前，必須先設(shè)置MM4系列變頻器的相關(guān)參數(shù)。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信任務(wù)內(nèi)容任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信

采用S7-200PLC與一臺(tái)西門子MM4系列變頻器建立USS通信連接，并用S7-200的USS指令庫編寫USS通信通信程序；能夠?qū)ψ冾l器進(jìn)行啟動(dòng)及停止控制，并讀出或?qū)懭胱冾l器參數(shù)。制定計(jì)劃工作計(jì)劃:

在實(shí)際行動(dòng)之前，預(yù)先對(duì)目標(biāo)和行動(dòng)方案作出選擇和具體安排，計(jì)劃是預(yù)測(cè)與構(gòu)想，即預(yù)先進(jìn)行行動(dòng)安排；圍繞預(yù)期的目標(biāo)，采取具體行動(dòng)措施的工作過程，隨著目標(biāo)的調(diào)整進(jìn)行行動(dòng)的調(diào)整。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信任務(wù)實(shí)施1．分析控制要求，確定設(shè)計(jì)思路用S7-200PLC的USS指令庫編寫USS通信程序，方法比較簡(jiǎn)單，只需按“USS從站初始化（USS_INIT）→USS從站控制（USS_CTRL）→讀USS從站參數(shù)（USS_RPM_x）→寫USS從站參數(shù)（USS_WPM_x）”的步驟調(diào)用USS指令即可。2．設(shè)置MM440變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器相關(guān)參數(shù)，使變頻器工作在遠(yuǎn)程控制模式（P0700=5）；使用USS通信接口設(shè)置變頻器頻率（P1000=5）；波特率為19.2kbps（P2010.0=7）；變頻器的USS從站地址為1（P2011.0=1）；禁止通信超時(shí)（P2014.0=0）。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信任務(wù)實(shí)施3．S7-200PLCI/O資源分配表5-25S7-200PLCI/O資源分配表任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信任務(wù)實(shí)施4．編寫USS通信程序在主程序（OB1）中使用USS庫指令編寫S7-200PLC與MM440變頻器的通信程序如圖5-73所示。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信任務(wù)實(shí)施4．編寫USS通信程序任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信任務(wù)實(shí)施4．編寫USS通信程序任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信任務(wù)實(shí)施5．安裝配線按照?qǐng)D5-74進(jìn)行配線，完成CPU226與MM440的接線。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信任務(wù)實(shí)施6．運(yùn)行調(diào)試（1）在斷電狀態(tài)下，用RS232/PPI電纜連接計(jì)算機(jī)和CPU226的端口1，然后接通變頻器和CPU226的電源。（2）運(yùn)行STEP7Micro/WIN編程軟件，設(shè)置通信參數(shù)。（3）編寫S7-200PLC的通信程序，編譯并下載程序文件到PLC。（4）按下啟動(dòng)按鈕SB1，觀察變頻器是否被激活。（5）分別按下自動(dòng)停車按鈕SB2，快速停車按鈕SB3，觀察各指示燈變化情況。（6）分別按下其它變頻器的控制按鈕，觀察變頻器狀態(tài)指示燈變化情況。（7）利用STEP7Micro/WIN編程軟件的的狀態(tài)表監(jiān)視CPU226接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)變化情況。（8）多次操作，深刻體會(huì)PLC與MM440的通信原理。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信檢查評(píng)價(jià)成果展示按任務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。成果展示、分組交流任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信相關(guān)知識(shí)1．西門子MM440變頻器簡(jiǎn)介

MM440（MicroMaster440）是德國西門子公司出品的廣泛應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)合的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力。創(chuàng)新的BiCo（內(nèi)部互聯(lián)輸出輸入功能）功能有無可比擬的靈活性。

MM440變頻器提供了狀態(tài)顯示面板、基本操作面板和高級(jí)操作面板等供用戶選擇，用來調(diào)試變頻器。如圖5-75所示。任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信相關(guān)知識(shí)1．西門子MM440變頻器簡(jiǎn)介任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信圖5-75使用于MM440的操作面板相關(guān)知識(shí)1．西門子MM440變頻器簡(jiǎn)介任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信圖5-76MM440變頻器的外部接線簡(jiǎn)圖相關(guān)知識(shí)2．S7-200PLC、MM440變頻器的傳統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)介1）PLC開關(guān)量輸出控制變頻器任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信圖5-77PLC開關(guān)量輸出控制變頻器相關(guān)知識(shí)2．S7-200PLC、MM440變頻器的傳統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)介2）PLC模擬量輸出控制變頻器任務(wù)5-4S7-200與變頻器的通信圖5-78PLC模擬量輸出控制變頻器任務(wù)訓(xùn)練現(xiàn)有1套S7-200PLC系統(tǒng)（包括CPU226CN、EM231等），1臺(tái)MM440變頻器，要求使用S7-200的USS指令庫建立S7-200PLC與MM440變頻器的USS通信連接，并對(duì)變頻器進(jìn)行正反轉(zhuǎn)調(diào)速控制。任務(wù)要求如下：（1）根據(jù)實(shí)際所使用的通信電纜選擇適用的通信方式，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。（2）設(shè)定USS通信參數(shù)。（3）為USS指令分配庫存儲(chǔ)區(qū)。（4）用變頻器的操作面板設(shè)置變頻器的通信參數(shù)，使之與用戶程序中所用的波特率和從站地址相一致。（5）建