摘要：为了降低工业现场的电机能耗，以S7-200PLC为控制主站，采用USS串行通信的方式，设计实现了PLC控制多个变频器的系统。该系统的通信控制程序编写与MM440变频器设置容易实现，底层设备布线简单，容易被技术人员接受。实验运行结果表明，整个系统可以完成分段调速、无级调速等控制要求，运行稳定可靠，有很强的实用性和较高的性价比。
关键词：USS通信，MM440变频器，S7-200PLC，触摸屏
0 引言
随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展，电动机的调速已不再是单一调速系统的概念。发展到今天的变频器调速控制，在工业各个领域中得到了极为广泛的应用，在现代的工业自动化控制系统中，如在纺织、轻工业、建材等领域，一种常见调速系统的是由PLC控制变频器实现多台电动机的调速控制，这种调速系统可以在PLC与变频器网络通信的基础上实现多台电机的变频调速[1]。
控制系统可以把触摸屏、PLC和变频器用总线连接起来，通过下载到触摸屏中的项目组件和PLC中的程序实现电机的变频控制，包括启停、正反转、多段调速、无级调速和参数读写等。这里以S7-200系列PLC为控制核心，通过对TP270-6型触摸屏的操作改变PLC中的参数，实现对MM440变频器工作状态的控制。本文设计的变频调速系统，主要针对电机的变频调速及变频器网络与PLC的通信问题进行了研究。
1调速系统构成
1.1系统设备介绍
整个调速系统的设备包括：上位计算机1台（安装有WinCCflexible和STEP7-MicroWIN软件）、TP270触摸屏1块、西门子224PLC、MM440变频器3台及配套电机，整个系统的结构如图1所示。
上位机使用编程软件设计触摸屏控制画面及PLC中USS通信和控制程序，并使用RS-232串行通信的方式下载到触摸屏，使用PC/PPI的通信方式下载到PLC中，上位机在完成编辑后将与系统断开，不参与电机调速的过程。西门子触摸屏与PLC的Port1串口相连，使用MPI串行总线方式进行数据交换；S7-200PLC的Port0串口以RS-485串行总线方式连接3台变频器，MM440变频器的通信端口为29（P+）、30（N-）。
图1调速系统构成
1.2USS通信协议
USS协议是由SIEMENSAG定义的串行数据通讯协议，SIEMENS所有传动产品都支持这个通用协议。它与Profibus及其它协议相比，USS协议无须购置通讯附件，是一种低成本、高性能的工业网络组态连接方案[2]。
USS协议采用主一从结构，总线上可以连接1个主站和最多31个从站，在主站没有要求从站通信时，从站不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行数据传输。主站一般为PLC或者PC机，从站可以是变频器或者直流调速器.
在其他一些串行通讯场合，例如PC机与智能终端或嵌入式系统网络之间的通信，由于缺乏现成的标准协议，用户不得不自己制定一些协议，而USS协议由于其简单、高效、灵活和易于实现，也被广泛的应用在这些场合。
2 USS通信程序与TP270的画面设计
2.1USS通信程序编写
STEP7-MicroWIN编程软件有实现USS通信协议的库指令，需要进行添加及分配相应的库存储区，共包括14个子程序、3个中断程序和8条指令，编写通信程序时需要在主程序中进行指令块调用，如图2所示[3]。
图2USS通信指令的调用
如图2左边为初始化指令，USS_INIT中的Mode为1表示将Port0通信口用于USS协议并使能该协议；Baud为波特率的大小，可根据需要进行设置（包括1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600和115200）；Acitive指示驱动激活的编号，所有被激活的驱动都会在后台被自动的轮询，控制驱动的搜索状态，防止驱动的串行链接超时；Done位表示输出接通；Error的字节中存放指令的执行结果[4]。
图2右边为变频器驱动控制指令USS_CTRL，EN位为使能端，需要使用SM0.0保持接通；RUN位表示驱动接通或断开；OFF2位用来允许MicroMaster驱动斜坡减至停止；OFF3位用来命令MicroMaster驱动快速停止；F_ACK（故障应答）位用于应答驱动的故障，当F_ACK从0变1时，驱动清除该故障（Fault）；DIR（方向）位指示驱动应向哪个方向运动；Drive（驱动地址）是MicroMaster驱动的地址，USS_CTRL命令发送到该地址，有效地址为0到31；Type（驱动类型）选择驱动的类型，对于4系列的MicroMaster驱动，类型为1；Speed_SP（速度设定值）是驱动的速度，是满速度的百分比；Speed_SP的负值使驱动反向旋转，范围是从-200.0%至200.0%；Error是错误字节，包含最近一次向驱动发出的通讯请求的执行结果；Status是驱动返回的状态字的原始值；Speed是驱动速度，是满速度的百分比，范围是从-200.0%至200.0%；Run_EN（RUN使能）指示驱动是运行（1）还是停止（0）；D_Dir指示驱动转动的方向；Inhibit指示驱动上禁止位的状态（0--未禁止，1--禁止），要清除禁止位，Fault（故障）位必须为零，而且RUN、OFF2和OFF3输入必须断开；Fault指示故障位的状态(0--无故障，1--有故障)，要清除Fault，必须排除故障并接通F_ACK位[4]。
2.2TP270画面设计
在界面设计之前，要对系统进行整体分析，以便对设计的结构、功能和控制要求有较好的把握。完成触摸屏的硬件连接和软件的通信调试之后，就可以进行控制界面的设计。
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