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USS 通信協(xié)議簡(jiǎn)介
USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口) 是西門子專為驅(qū)動(dòng)裝置開發(fā)的通信協(xié)議，多年來也經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展、完善的過程。初 USS 用于對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行參數(shù)化操作，即更多地面向參數(shù)設(shè)置。在驅(qū)動(dòng)裝置和操作面板、調(diào)試軟件（如 DriveES/STARTER）的連接中得到廣泛的應(yīng)用。近來 USS 因其協(xié)議簡(jiǎn)單、硬件要求較低，也越來越多地用于和控制器（如 PLC）的通信，實(shí)現(xiàn)一般水平的通信控制。
注意： USS 提供了一種低成本的，比較簡(jiǎn)易的通信控制途徑，由于其本身的設(shè)計(jì)，USS 不能用在對(duì)通信速率和數(shù)據(jù)傳輸量有較高要求的場(chǎng)合。在這些對(duì)通信要求高的場(chǎng)合，應(yīng)當(dāng)選擇實(shí)時(shí)性更好的通信方式，如 PROFIBUS-DP 等。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到 USS 的這一局限性。
例如，如果在一些速度同步要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)合（如造紙生產(chǎn)線），對(duì)十幾甚至數(shù)十臺(tái)變頻器采用 USS 通信控制，其效果可想而知。
USS 協(xié)議的基本特點(diǎn)如下：
- 支持多點(diǎn)通信（因而可以應(yīng)用在 RS 485 等網(wǎng)絡(luò)上）
- 采用單主站的“主－從”訪問機(jī)制
- 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上多可以有 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)（多 31 個(gè)從站）
- 簡(jiǎn)單可靠的報(bào)文格式，使數(shù)據(jù)傳輸靈活高效
- 容易實(shí)現(xiàn)，成本較低
USS 的工作機(jī)制是，通信總是由主站發(fā)起，USS 主站不斷循環(huán)輪詢各個(gè)從站，從站根據(jù)收到的指令，決定是否、以及如何響應(yīng)。從站永遠(yuǎn)不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。從站在以下條件滿足時(shí)應(yīng)答：
- 接收到的主站報(bào)文沒有錯(cuò)誤，并且
- 本從站在接收到主站報(bào)文中被尋址
上述條件不滿足，或者主站發(fā)出的是廣播報(bào)文，從站不會(huì)做任何響應(yīng)。
對(duì)于主站來說，從站必須在接收到主站報(bào)文之后的一定時(shí)間內(nèi)發(fā)回響應(yīng)。否則主站將視為出錯(cuò)。
USS 字符幀格式
USS 的字符傳輸格式符合 UART 規(guī)范，即使用串行異步傳輸方式。USS 在串行數(shù)據(jù)總線上的字符傳輸幀為 11 位長(zhǎng)度，包括：
| 起始位 | 數(shù)據(jù)位 | 校驗(yàn)位 | 停止位 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 LSB | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 MSB | 偶 x 1 | 1 |
連續(xù)的字符幀組成 USS 報(bào)文。 在一條報(bào)文中，字符幀之間的間隔延時(shí)要小于兩個(gè)字符幀的傳輸時(shí)間（當(dāng)然這個(gè)時(shí)間取決于傳輸速率）。
S7-200 SMART CPU 的自由口通信模式正好能夠支持上述字符幀格式。把 S7-200 SMART的自由口定義為以上字符傳輸模式，就能通過編程，實(shí)現(xiàn) USS 協(xié)議報(bào)文的發(fā)送和接收。主站控制器的所支持的通信模式必須和所要控制的驅(qū)動(dòng)裝置所要求的*，這是實(shí)現(xiàn) S7-200 SMART和西門子驅(qū)動(dòng)裝置通信的基礎(chǔ)。
USS 報(bào)文幀格式
USS 協(xié)議的報(bào)文簡(jiǎn)潔可靠，高效靈活。報(bào)文由一連串的字符組成，協(xié)議中定義了它們的特定功能：
| STX | LGE | ADR | 凈數(shù)據(jù)區(qū) | BCC | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1. | 2. | 3. | ... | n | ||||
以上每小格代表一個(gè)字符（字節(jié)）。其中：
- STX： 起始字符，總是 02 h
- LGE： 報(bào)文長(zhǎng)度西門子V20變頻器售后維修中心
- ADR：從站地址及報(bào)文類型
- BCC： BCC 校驗(yàn)符
在 ADR 和 BCC 之間的數(shù)據(jù)字節(jié)，稱為 USS 的凈數(shù)據(jù)。主站和從站交換的數(shù)據(jù)都包括在每條報(bào)文的凈數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)。
凈數(shù)據(jù)區(qū)由 PKW 區(qū)和 PZD 區(qū)組成：
| PKW 區(qū) | PZD 區(qū) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PKE | IND | PWE1 | PWE2 | ... | PWEm | PZD1 | PZD2 | ... | PZDn |
以上每小格代表一個(gè)字（兩個(gè)字節(jié)）。
- PKW： 此區(qū)域用于讀寫參數(shù)值、參數(shù)定義或參數(shù)描述文本，并可修改和報(bào)告參數(shù)的改變 。其中：
- PKE： 參數(shù) ID。包括代表主站指令和從站響應(yīng)的信息，以及參數(shù)號(hào)等
- IND： 參數(shù)索引，主要用于與 PKE 配合定位參數(shù)
- PWEm：參數(shù)值數(shù)據(jù)
- PZD： 此區(qū)域用于在主站和從站之間傳遞控制和過程數(shù)據(jù)?？刂茀?shù)按設(shè)定好的固定格式在主、從站之間對(duì)應(yīng)往返。如：
- PZD1：主站發(fā)給從站的控制字/從站返回主站的狀態(tài)字
- PZD2： 主站發(fā)給從站的給定/從站返回主站的實(shí)際反饋
- PZDn： ……
根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和驅(qū)動(dòng)裝置的不同，PKW 和 PZD 區(qū)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度都不是固定的，它們可以靈活改變以適應(yīng)具體的需要。但是，在用于與控制器通信的自動(dòng)控制任務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)都要按相同的設(shè)定工作，并且在整個(gè)工作過程中不能隨意改變。
注意：
- 對(duì)于不同的驅(qū)動(dòng)裝置和工作模式，PKW 和 PZD 的長(zhǎng)度可以按一定規(guī)律定義。 一旦確定就不能在運(yùn)行中隨意改變
- PKW 可以訪問所有對(duì) USS 通信開放的參數(shù)；而 PZD 僅能訪問特定的控制和過程數(shù)據(jù)
- PKW 在許多驅(qū)動(dòng)裝置中是作為后臺(tái)任務(wù)處理，因此 PZD 的實(shí)時(shí)性要比 PKW 好
以上僅是對(duì) USS 協(xié)議的簡(jiǎn)單介紹，以幫助讀者更好地理解控制任務(wù)和選擇對(duì)策。如需要了解詳細(xì)的信息，請(qǐng)參考相應(yīng)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的手冊(cè)。
脈沖編碼器模板
脈沖編碼器模板用于MM440變頻器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)矢量控制和閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制功能，只適用于MM440變頻器，是編碼器的接口模塊。該模塊可以與HTL(高電壓晶體管邏輯，24V)或TTL（晶體管邏輯，5V）脈沖編碼器一起使用，可以接受單電平信號(hào)與差分信號(hào)兩種類型編碼器。
訂貨號(hào)：6SE6400-0EN00-0AA0
注：安裝編碼器模板后仍可安裝1塊通訊模板。
配合編碼器：
- 推薦使用推挽輸出（HTL電平）和長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)（TTL電平）類型的編碼器；
- 不推薦使用集電極開路NPN或PNP類型、或電壓輸出類型的編碼器，使用該種類型的編碼器還需增加上拉或下拉電阻編碼器模板才能采集到編碼器信號(hào)，上拉或下拉電阻的阻值與編碼器的參數(shù)有很大關(guān)系，需用戶自行確認(rèn)。
如何使用MM440編碼器模板
- 接線
在MM440變頻器只能連接A（AN）、B（BN）脈沖，無法連接Z（ZN）零脈沖信號(hào)。
例1：長(zhǎng)線線驅(qū)動(dòng)（TTL電平）編碼器，編碼器供電采用編碼器模塊5V電源供電
例2：推挽輸出（HTL電平）編碼器，如果編碼器沒有AN和BN信號(hào)，僅連接A和B信號(hào)即可，編碼器供電采用編碼器模塊24V電源供電
例3：長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)或推挽輸出編碼器，編碼器供電采用外部電源供電
編碼器接線注意事項(xiàng)和指導(dǎo)原則：
- 編碼器模板與編碼器之間的連線只能采用具有雙絞線的屏蔽電纜；
- 電纜的屏蔽層必須與壓在編碼器模板的屏蔽夾上，如下所示；
- 信號(hào)電纜的安裝位置一定不要緊靠動(dòng)力電纜；
編碼器模板的屏蔽夾
編碼器模板的DIP開關(guān)設(shè)置
編碼器模板上的DIP開關(guān)是供用戶正確地選擇與編碼器模板連接的編碼器的設(shè)定值(單端輸入或差動(dòng)輸入)。
撥碼開關(guān)撥到上面為ON
例如使用HTL電平單端輸入編碼器設(shè)置的撥碼開關(guān)位置為：上、下、上、下、上、下
與以太網(wǎng)接口的西門子觸摸屏的通信
配置通信連接
用戶通過以下步驟可創(chuàng)建以太網(wǎng)接口的西門子觸摸屏與S7-200 SMART CPU的以太網(wǎng)通信，在此以設(shè)備Smart 1000 IE為例。
在WinCC flexible的主工作窗口中添加與CPU的連接與上文中RS485接口的西門子觸摸屏類似，在此不再贅述。下面主要介紹連接參數(shù)設(shè)置及下載項(xiàng)目等。
設(shè)置連接參數(shù)，首先選擇Smart 1000 IE的接口為“以太網(wǎng)”，即觸摸屏的以太網(wǎng)接口。選中該接口后，該接口的參數(shù)設(shè)置窗口將在其下方自動(dòng)顯示。設(shè)置觸摸屏的IP地址為192.168.2.5，該IP地址必須與Smart 1000 IE設(shè)備的IP地址相同。 在“PLC設(shè)備”窗口設(shè)置CPU的IP地址，此處設(shè)置CPU的 IP地址為192.168.2.1，如圖1所示。
注意：為Smart 1000 IE設(shè)置的IP地址必須不同于CPU的IP地址，二者不能重復(fù)。
圖1. 設(shè)置通信參數(shù)
連接參數(shù)設(shè)置完成之后還需設(shè)置Smart 1000 IE設(shè)備的IP地址。在觸摸屏的“Transfer Settings”界面單擊左下角的“Advanced”按鈕，在“Ethernet Settings”對(duì)話框中輸入Smart 1000 IE的IP地址192.168.2.5及子網(wǎng)掩碼。輸入完成后單擊對(duì)話框右上角的“OK”按鈕保存設(shè)置，如圖2所示。
圖2. Smart 1000 IE的IP地址
下載項(xiàng)目文件
要將配置好的項(xiàng)目下載到Smart 1000 IE設(shè)備上，需要保證HMI設(shè)備的通信口處于激活狀態(tài)，可通過HMI設(shè)備的“Control Panel”>“Transfer”進(jìn)行設(shè)置。選擇以太網(wǎng)方式下載項(xiàng)目時(shí)，需要勾選“Ethernet”右側(cè)的“Enable Channel”，如圖3所示。
圖3. 通信口使能
在WinCC flexible 軟件的菜單欄選擇“項(xiàng)目”>“傳送”>“傳輸”，單擊“傳輸”即可打開“選擇設(shè)備進(jìn)行傳送”窗口，如圖4所示。在“選擇設(shè)備進(jìn)行傳送”窗口，選擇傳輸模式為“以太網(wǎng)”，“計(jì)算機(jī)名或IP地址”處輸入HMI設(shè)備的IP地址，參考上文在此設(shè)置IP地址為192.168.2.5。
圖4. 傳輸設(shè)置
IP地址設(shè)置完成后，點(diǎn)擊圖4中的“傳送”按鈕，待傳送狀態(tài)顯示為“傳輸完成”時(shí)，至此已成功通過以太網(wǎng)模式將項(xiàng)目傳送到HMI設(shè)備。
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