西門子MM440變頻器6SE6440-2UC11-2AA1 西門子MM440變頻器6SE6440-2UC11-2AA1
SIEMENS 上海邑斯自動化科技有限公司
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SIEMENS 可編程控制器
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SIEMENS 交、直流傳動裝置
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SIEMENS 數(shù)控 伺服
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系統(tǒng)及伺報電機，力矩電機，直線電機，伺服驅(qū)動等備件銷售。
主要特征
控制功能
保護功能
據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和驅(qū)動裝置的不同，PKW 和 PZD 區(qū)的數(shù)據(jù)長度都不是固定的，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控制任務(wù)時，網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點都要按相同的設(shè)定工作，并且在整個工作過程中不能隨意改變。
注意：
對于不同的驅(qū)動裝置和工作模式，PKW 和 PZD 的長度可以按一定規(guī)律定義。 一旦確定就不能在運行中隨意改變 ；
PKW 可以訪問所有對 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)動裝置中是作為后臺任務(wù)處理，因此 PZD 的實時性要比 PKW 好。
1.2. S7-1200 USS通信簡介
CM 1241 RS485 模塊通過 RS485 端口與MM440進行通信。 可使用 USS 庫控制MM440和讀/寫MM440參數(shù)。該庫提供 1 個 FB 和 3 個 FC 來支持 USS 協(xié)議。 每個 CM1241 RS485 通信模塊最多支持 16 個MM440。連接到一個 CM 1241 RS485 的所有MM440（最多 16 個）是同一 USS 網(wǎng)絡(luò)的一部分。連接到另一 CM 1241 RS485 的所有MM440是另一 USS 網(wǎng)絡(luò)的一部分。 因為 S7-1200最多支持三個 CM 1241 RS485 設(shè)備，所以用戶最多可建立三個 USS 網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)最多 16 個MM440，總共支持 48 個 USS MM440。各 USS 網(wǎng)絡(luò)使用各自唯一的數(shù)據(jù)塊進行管理（使用三個 CM 1241 RS485 設(shè)備建立三個 USS網(wǎng)絡(luò)需要三個數(shù)據(jù)塊）。 同一USS 網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的所有指令必須共享該數(shù)據(jù)塊。 這包括用于控制網(wǎng)絡(luò)上所有MM440的 USS_DRV、USS_PORT、USS_RPM 和USS_WPM 指令。
2. 硬件需求及接線
2.1. 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MM440變頻器的通信。
本例中使用的PLC硬件為：
1） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
2) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
3) CSM 1277 ( 6GK7 277 -1AA00 - 0AA0)
本例中使用的MM440變頻器硬件為：
1） MM440 （ 6SE6440 - 2AB11 - 2AA1 ）
2） MICROMASTER 4 ENCODER MODULE （ 6SE6400 - 0EN00 - 0AA0 ）
3） SIEMENS MOTOR （ 1LA7060 - 4AB10 - Z ）
4） USS 通信電纜 ( 6XV1830 - 0EH10 )
2.2. 接線
建議使用西門子的網(wǎng)絡(luò)插頭和PROFIBUS電纜。在 S7-1200 CPU 通信口上使用西門子網(wǎng)絡(luò)插頭。
PROFIBUS 電纜的紅色導線B 即 RS 485 信號 ，此信號應(yīng)當連接到 MM 440 通信端口的 P ；綠色導線A 即 RS 485 信號 -，此信號應(yīng)當連接到 MM 440 通信端口的 N-。
圖1： MM440接線端子 表4：MM440端子定義
因為MM 440 通信口是端子連接，所以 PROFIBUS 電纜不需要網(wǎng)絡(luò)插頭，而是剝出線頭直接壓在端子上。如果還要連接下一個驅(qū)動裝置，則兩條電纜的同色芯線可以壓在同一個端子內(nèi)。PROFIBUS 電纜的紅色芯線應(yīng)當壓入端子 29；綠色芯線應(yīng)當連接到端子 30，如圖1、表4所示。完整接線圖如圖2所示。
圖2： S7-1200與MM440接線圖
a. 屏蔽/保護接地母排，或可靠的多點接地。此連接對抑制干擾有重要意義。
b. PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)插頭，內(nèi)置偏置和終端電阻。
c. MM 440 端的偏置和終端電阻。
d. 通信口的等電位連接。可以保護通信口不致因共模電壓差損壞或通信中斷。
e. 雙絞屏蔽電纜（PROFIBUS）電纜，因是高速通信，電纜的屏蔽層須雙端接地（接 PE）。
注意，以下幾點對網(wǎng)絡(luò)的性能有極為重要的影響。幾乎所有網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量方面的問題都與未考慮到下列事項有關(guān)：
? 偏置電阻用于在復雜的環(huán)境下確保通信線上的電平在總線未被驅(qū)動時保持穩(wěn)定；終端電阻用于吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射信號。一個完善的總線型網(wǎng)絡(luò)必須在兩端接偏置和終端電阻。
? 通信口 M 的等電位連接建議單獨采用較粗的導線 ，而不要使用 PROFIBUS 的屏蔽層，因為此連接上可能有較大的電流，以致通信中斷。
? PROFIBUS 電纜的屏蔽層要盡量大面積接 PE。一個實用的做法是在靠近插頭、接線端子處環(huán)剝外皮，用壓箍將裸露的屏蔽層壓緊在 PE 接地體上（如 PE 母排或良好接地的裸露金屬安裝板）。
? 通信線與動力線分開布線；緊貼金屬板安裝也能改善抗干擾能力。驅(qū)動裝置的輸入/輸出端要盡量采用濾波裝置，并使用屏蔽電纜。
? 在 MM 440 的包裝內(nèi)提供了終端偏置電阻元件，接線時可按說明書直接壓在端子上。如果可能，可采用熱縮管將此元件包裹，并適當固定。
3. 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MM440變頻器的USS通信。
3.1. PLC 硬件組態(tài)
首先在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖3所示。
圖3： 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4所示：
圖4： 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，如圖5所示。
圖5： S7 1200 IP地址的設(shè)置
3.2. MM440參數(shù)設(shè)置
我們假定已經(jīng)完成了驅(qū)動裝置的基本參數(shù)設(shè)置和調(diào)試（如電機參數(shù)辨識等等），以下只涉及與 S7-1200 控制器連接相關(guān)的參數(shù)。
MM 440 的參數(shù)分為幾個訪問級別，以便于過濾不需要查看的部分。 與 S7-1200 連接時，需要設(shè)置的主要有“控制源”和“設(shè)定源”兩組參數(shù)。要設(shè)置此類參數(shù)，需要“專家”參數(shù)訪問級別，即首先需要把 P0003 參數(shù)設(shè)置為 3。
控制源參數(shù)設(shè)置：
控制命令控制驅(qū)動裝置的啟動、停止、正/反轉(zhuǎn)等功能?？刂圃磪?shù)設(shè)置決定了驅(qū)動裝置從何種途徑接受控制信號，如表5所示。
表5：控制源由參數(shù) P0700 設(shè)置
此參數(shù)有分組，在此僅設(shè)第一組，即 P0700[0]。
設(shè)定源控制參數(shù)：
設(shè)定值控制驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)速/頻率等功能。設(shè)定源參數(shù)決定了驅(qū)動裝置從哪里接受設(shè)定值（即給定），如表6所示。
表6：設(shè)定源由參數(shù) P1000 設(shè)置
此參數(shù)有分組，在此僅設(shè)第一組，即 P1000[0]。
控制源和設(shè)定源之間可以自由組合，根據(jù)工藝要求可以靈活選用。我們以控制源和設(shè)定源都來自 COM Link 上的 USS 通信為例，簡介 USS 通信的參數(shù)設(shè)置。
主要參數(shù)有：
1. P0700： 設(shè)置 P0700[0] = 5，即控制源來自 COM Link 上的 USS 通信；
2. P1000： 設(shè)置 P1000[0] = 5，即設(shè)定源來自 COM Link 上的 USS 通信；
3. P2009： 決定是否對 COM Link 上的 USS 通信設(shè)定值規(guī)格化，即設(shè)定值將是運轉(zhuǎn)頻率的百分比形式，還是絕對頻率值。為0，不規(guī)格化 USS 通信設(shè)定值，即設(shè)定為MM440中的頻率設(shè)定范圍的百分比形式；為1，對 USS 通信設(shè)定值進行規(guī)格化，即設(shè)定值為絕對的頻率數(shù)值；
4. P2010： 設(shè)置 COM Link 上的 USS 通信速率。根據(jù) S7-1200 通信口的限制，支持的通信波特率如表7所示。
| 4 | 2400 bit/s |
| 5 | 4800 bit/s |
| 6 | 9600 bit/s |
| 7 | 19200 bit/s |
| 8 | 38400 bit/s |
| 9 | 57600 bit/s |
| 12 | 115200 bit/s |
表7：通信波特率
5. P2011： 設(shè)置 P2011[0] = 0 至 31，即驅(qū)動裝置 COM Link 上的 USS 通信口在網(wǎng)絡(luò)上的從站地址；
6. P2012： 設(shè)置 P2012[0] = 2，即 USS PZD 區(qū)長度為 2 個字長；
7. P2013： 設(shè)置 P2013[0] = 4；
8. P2014： 設(shè)置 P2014[0] = 0 至 65535，即 COM Link 上的 USS 通信控制信號中斷超時時間，單位為 ms；如設(shè)置為 0，則不進行此端口上的超時檢查；
9. P0971： 設(shè)置 P0971 = 1，上述參數(shù)將保存入MM 440 的 EEPROM 中。
4. USS通信原理與編程的實現(xiàn)
4.1 S7 1200 PLC與MM440 通過USS通信的基本原理
S7 1200提供了專用的USS庫進行USS通信，如圖6所示：
圖6：S7 1200 專用的USS庫
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MM440之間的通信接口。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與MM440的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。如圖7所示。
圖7：通信結(jié)構(gòu)圖
4.2. 功能塊使用介紹
USS_DRV 功能塊是S7-1200 USS通信的主體功能塊，接受MM440的信息和控制MM440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。
USS_PORT功能塊是S7-1200與MM440進行USS通信的接口，主要設(shè)置通信的接口參數(shù)?？稍谥鱋B或中斷OB中調(diào)用。
USS_RPM功能塊是通過USS通信讀取MM440的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用。
USS_WPM功能塊是通過USS通信設(shè)置MM440的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用。
4.3. S7 1200 PLC進行USS通信的編程
4.3.1. USS_DRV功能塊的編程
USS_DRV功能塊的編程如圖8所示。
圖8： USS_DRV功能塊的編程
USS_DRV功能塊用來與MM440進行交換數(shù)據(jù)，從而讀取MM440的狀態(tài)以及控制MM440的運行。每個MM440使用唯一的一個USS_DRV功能塊，但是同一個CM1241 RS485模塊的USS網(wǎng)絡(luò)的所有MM440（最多16個）都使用同一個USS_DRV_DB。
| USS_DRV_DB： 指定MM440進行USS通信的數(shù)據(jù)塊。 | |||||
| RUN： 指定DB塊的MM440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： MM440故障確認。 | |||||
| DIR ： MM440控制電機的轉(zhuǎn)向。 | |||||
| SPEED_SP： MM440的速度設(shè)定值。 | |||||
| NDR： 新數(shù)據(jù)就緒。 | |||||
| ERROR： 程序輸出錯誤。 | |||||
| RUN_EN： MM440運行狀態(tài)指示。 | |||||
| D_DIR： MM440運行方向狀態(tài)指示。 | |||||
| INHIBIT： MM440是否被禁止的狀態(tài)指示。 | |||||
| FAULT： MM440故障。 | |||||
| SPEED： MM440的反饋的實際速度值。 | |||||
| DRIVE： MM440的USS站地址。MM440參數(shù)P2011設(shè)置。 | |||||
| PZD_LEN： PZD數(shù)據(jù)的字數(shù)，有效值2，4，6或8個字。MM440參數(shù)P2012設(shè)置。 | |||||
4.3.2. USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如圖9所示。
圖9： 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MM440的通信接口。每個CM1241 RS485模塊有且必須有一個USS_PORT功能塊。
PORT： 通信模塊標識符：在默認變量表的“常量”(Constants) 選項卡內(nèi)引用的常量。
BAUD： 指的是和MM440進行通行的速率。 MM440的參數(shù)P2010種進行設(shè)置。
USS_DB： 引用在用戶程序中放置 USS_DRV 指令時創(chuàng)建和初始化的背景數(shù)據(jù)塊。
ERROR： 輸出錯誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態(tài)。
USS_PORT 功能通過RS485通信模塊處理 CPU 和變頻器之間的實際通信。 每次調(diào)用此功能可處理與一個變頻器的一次通信。 用戶程序必須盡快調(diào)用此功能以防止與變頻器通信超時。 可在主 OB 或任何中斷 OB 中調(diào)用此功能。通常從循環(huán)中斷 OB 調(diào)用USS_PORT 以防止變頻器超時以及使 USS_DRV 調(diào)用的 USS 數(shù)據(jù)保持最新。
S7-1200 PLC與MM440的通信是與它本身的掃描周期不同步的，在完成一次與MM440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MM440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。表8列出了不同的波特率對應(yīng)的USS_PORT最小通信間隔時間。
表8：不同的波特率對應(yīng)的USS_PORT最小通信間隔時間
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MM440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9600，那么USS_PORT與MM440通信的時間間隔應(yīng)當大于最小的調(diào)用時間間隔，即大于116.3毫秒而小于349毫秒。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，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)置如圖10所示：
圖10：循環(huán)中斷OB塊的掃描時間的設(shè)置
4.3.3. USS_RPM功能塊的編程
USS_RPM功能塊的編程 如圖11所示。
圖11：USS_RPM功能塊的編程
USS_RPM功能塊用于通過USS通信從MM440讀取參數(shù)。
| REQ： 讀取參數(shù)請求。 | |||
| DRIVE： MM440的USS站地址。 | |||
| PARAM： MM440的參數(shù)代碼。 | |||
| INDEX： MM440的參數(shù)索引代碼 | |||
| USS_DB：指定MM440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)。
4.3.4. USS_WPM功能塊的編程
USS_WPM功能塊的編程如圖12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MM440的參數(shù)。
| REQ： 寫參數(shù)請求。 | |||
| DRIVE： MM440的USS站地址。 | |||
| PARAM： MM440的參數(shù)代碼。 | |||
| INDEX： MM440的參數(shù)索引代碼。 | |||
| EEPROM：把參數(shù)存儲到MM440的EEPROM。 | |||
| VALUE： 設(shè)置參數(shù)的值。 | |||
| USS_DB：指定MM440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)。 | |||
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)。
4.3.5. 常見錯誤
如果讀寫同時使能，則報錯818A：參數(shù)請求通道正在被本變頻器的另一請求占用。如圖13所示。
圖13：讀寫同時使能報錯
如果通信斷開，則PORT報錯818B，如圖14所示。
圖14：通信斷開報錯
如果速度設(shè)定值不正確，則報錯8186，如圖15所示。
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