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西門子6GK7343-1EX30-0XE0

　PLC控制系統(tǒng)，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。

　　PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　(1)從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)算處理，是從下往上的;

　　(2)邏輯控制、定時(shí)控制、 計(jì)數(shù)控制、 步進(jìn)(順序)控制、連續(xù)PID控制、數(shù)據(jù)控制DDPLC具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)等多功能;

　　(3)可用一臺(tái)PC機(jī)為主站，多臺(tái)同型PLC為從站;

　　(4)也可一臺(tái)PLC為主站，多臺(tái)同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機(jī)作主站方便之處是：有用戶編程時(shí)，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行;

　　(5)PLC網(wǎng)絡(luò)既可作為獨(dú)立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng);

　　(6)主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。

　　PLC的設(shè)計(jì)選型的8個(gè)步驟

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平將直接影響控制系統(tǒng)的性能、設(shè)備的可靠性。這其中PLC的選型至關(guān)重要，如何根據(jù)不同的控制要求選擇合適的PLC，設(shè)計(jì)出運(yùn)行平穩(wěn)、動(dòng)作可靠、安全實(shí)用、調(diào)試方便、易于維護(hù)的控制系統(tǒng)呢?在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定系統(tǒng)方案，下一步工作就是PLC的設(shè)計(jì)選型。選擇PLC，主要是確定PLC的生產(chǎn)廠家和PLC的具體型號。對于系統(tǒng)方案要求有分布式系統(tǒng)、遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，還需要考慮網(wǎng)絡(luò)化通訊的要求。那么具體應(yīng)該如何選擇PLC呢?筆者認(rèn)為應(yīng)該有以下幾方面的內(nèi)容。

　　1、PLC生產(chǎn)廠家的選擇

　　確定PLC的生產(chǎn)廠家，主要應(yīng)該考慮設(shè)備用戶的要求、設(shè)計(jì)者對于不同廠家PLC的熟悉程度和設(shè)計(jì)習(xí)慣、配套產(chǎn)品的*性以及技術(shù)服務(wù)等方面的因素。從PLC本身的可靠性考慮，原則上只要是國外大公司的產(chǎn)品，不應(yīng)該存在可靠性不好的問題。

　　筆者個(gè)人認(rèn)為，一般來說，對于控制獨(dú)立設(shè)備或較簡單的控制系統(tǒng)的場合，配套日本的PLC產(chǎn)品，相對來說性價(jià)比有一定優(yōu)勢。對于系統(tǒng)規(guī)模較大網(wǎng)絡(luò)通訊功能要求高、開放性的分布式控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，歐美生產(chǎn)的PLC在網(wǎng)絡(luò)通訊功能上更有優(yōu)勢。

　　另外對于一些特殊的行業(yè)(例如：冶金、煙草等)應(yīng)選擇在相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的PLC系統(tǒng)。

　　2、輸入輸出(I/0)點(diǎn)數(shù)的估算

　　PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是PLC的基本參數(shù)之一。I/O點(diǎn)數(shù)的確定應(yīng)以控制設(shè)備所需的所有輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的總和為依據(jù)。在一般情況下，PLC的I/O點(diǎn)應(yīng)該有適當(dāng)?shù)挠嗔?。通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

　　3、PLC存儲(chǔ)器容量的估算

　　存儲(chǔ)器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，各種PLC的存儲(chǔ)器容量大小可以從該P(yáng)LC的基本參數(shù)表中找到，例如：西門子的S7-314 PLC的用戶程序存儲(chǔ)容量為64KB，S7-315-2DP PLC的用戶程序存儲(chǔ)容量為128KB。程序容量是存儲(chǔ)器中用戶程序所使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此存儲(chǔ)器容量應(yīng)大于程序容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，需要對程序容量進(jìn)行估算。

　　如何估算程序容量呢?許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16位為一個(gè)字)，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。

 西門子6GK7343-1EX30-0XE0

程序結(jié)構(gòu)

1 系統(tǒng)程序OS

OS：為廠家固化在PLC內(nèi)部用來管理PLC的執(zhí)行（即系統(tǒng)程序）。這部分對于編程者來說是不能修改的。

2 用戶程序結(jié)構(gòu)

1200的用戶程序結(jié)構(gòu)是由各種塊組成的，這些塊使的程序結(jié)構(gòu)可以模塊化?？梢酝ㄟ^這些塊的相互調(diào)用來組織程序，便于修改與調(diào)試。幾種塊的簡要描述見下表：

在博途軟件中添加好S7-1200的CPU模塊后，默認(rèn)會(huì)自動(dòng)添加一個(gè)OB1組織塊。在項(xiàng)目樹中單擊“添加新塊”，可以添加其他塊，如下圖所示：

2.1 OB 組織塊

它們充當(dāng)操作系統(tǒng)和用戶程序之間的接口。由操作系統(tǒng)調(diào)用，用于控制循環(huán)掃描和中斷程序的執(zhí)行、PLC的啟動(dòng)和錯(cuò)誤處理等。組織塊的程序是用戶編寫的。接下來我們來看看一些常用的組織塊介紹。

1）循環(huán)組織塊OB1

2）初始化組織塊OB100

PLC啟動(dòng)過程和運(yùn)行過程如下圖所示：

通過“循環(huán)中斷”OB，可以定時(shí)的執(zhí)行其中的代碼。在新建時(shí)可以設(shè)置好，執(zhí)行的時(shí)間間隔，如下圖所示：

功能(Function，F(xiàn)C)是用戶程序編寫的子程序，它包含完成特定任務(wù)的代碼和參數(shù)。當(dāng)某些代碼需要經(jīng)常重復(fù)被執(zhí)行時(shí)，可以將其寫入功能中，但需要執(zhí)行時(shí)調(diào)用該功能即可，例如某些算術(shù)運(yùn)算。

注：無自己專屬的數(shù)據(jù)塊，執(zhí)行結(jié)束后，其臨時(shí)變量中的數(shù)據(jù)就丟失了

2.3 功能塊 (FB)

數(shù)據(jù)塊(Data block，DB)是用于存放執(zhí)行代碼塊時(shí)所需的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)，有兩種類型的數(shù)據(jù)塊：

1) 全局(bbbbbb)數(shù)據(jù)塊：存儲(chǔ)供所有的代碼塊使用的數(shù)據(jù)，所有的OB、FB和FC都可以訪問。例如，可以用全局?jǐn)?shù)據(jù)塊來存儲(chǔ)那些在功能執(zhí)行結(jié)束后需要保持的數(shù)據(jù)。

2) 背景數(shù)據(jù)塊：存儲(chǔ)供特定的FB使用的數(shù)據(jù)。背景 DB 中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)反映了 FB的參數(shù)（bbbbb、Output 和 InOut）和靜態(tài)數(shù)據(jù)。

2.5 調(diào)用關(guān)系

組織塊（OB）、功能塊（FB）和功能（FC）調(diào)用關(guān)系如下圖所示：

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怎么通過USS協(xié)議讓S7-1200 與G120變頻器之間實(shí)現(xiàn)通信

西門子S7-1200 緊湊型PLC在當(dāng)前的市場中有著廣泛的應(yīng)用，作為經(jīng)常與SINAMICS G120系列變頻器共同使用的PLC，其USS通信協(xié)議的使用一直在市場上有著非常廣泛的應(yīng)用。本文將主要介紹如何使用USS通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。

西門子PLC S7-1200產(chǎn)品選購中心

1．控制系統(tǒng)原理和接線圖

下圖是本例中所使用的原理和接線圖。

圖:控制系統(tǒng)原理和接線圖

2．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(shí)現(xiàn)S7-1200與G120變頻器的通信。

本例中使用的PLC硬件為：
1）PM1207電源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
4) 模擬器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

本例中使用的G120變頻器硬件為：
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 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)

3．軟件需求

編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．組態(tài)

我們通過下述的實(shí)際操作來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態(tài)S7-1214C 和G120變頻器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件組態(tài)

1在Step7 Basic V10.5中建立一個(gè)項(xiàng)目，如圖所示。

圖： 新建S7 1200項(xiàng)目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖所示。

圖： 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，如下圖所示。

圖： S7 1200 IP地址的設(shè)置

4. 2 G120參數(shù)設(shè)置

變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表所示。

表 ：G120變頻器的參數(shù)設(shè)置

注意：表中的17，18，19，20 這四項(xiàng)參數(shù)值的設(shè)置必須使PLC的參數(shù)值與變頻器的參數(shù)值相一致。而19，20這兩個(gè)參數(shù)值必須設(shè)置成如表1中的值，否則有可能變頻器與S7-1200通信有如下問題：可能不能讀出從變頻器反饋回來的參數(shù)值。

5．USS通信原理與編程的實(shí)現(xiàn)

5. 1 S7 1200 PLC與G120 通過USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS庫進(jìn)行USS通信，如下圖所示：

圖： S7 1200 的USS庫

      USS_DRV 功能塊是S7-1200 USS通信的主體功能塊，接受變頻器的信息和控制變頻器的指令都是通過這個(gè)功能快來完成的。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
       USS_PORT功能塊是S7-1200與變頻器USS通信的接口,主要設(shè)置通信的接口參數(shù)。可在主OB或中斷OB中調(diào)用。
       USS_RPM功能塊是通過USS通信讀取變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。
       USS_WPM功能塊是通過USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù)。必須在主 OB中調(diào)用，不能在循環(huán)中斷OB中調(diào)用。

這些功能塊與變頻器之間的控制關(guān)系如下圖所示：

圖： USS 通信功能塊與變頻器的控制關(guān)系

      USS_DRV功能塊通過USS_DRV_DB數(shù)據(jù)塊實(shí)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模塊與變頻器之間的通信接口。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與變頻器的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。

      每個(gè)S7-1200 CPU1多可帶3個(gè)通信模塊，而每個(gè)CM1241 RS485通信模塊1多支持16個(gè)變頻器。因此用戶在一個(gè)S7-1200 CPU中1多可建立3個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)USS網(wǎng)絡(luò)1多支持16個(gè)變頻器，總共1多支持48個(gè)USS變頻器。

5. 2 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的編程

1．USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如下圖所示。

圖： 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與變頻器的通信借口。每個(gè)CM1241 RS485模塊有且必須有一個(gè)USS_PORT功能塊。

PORT：指的是通過哪個(gè)通信模塊進(jìn)行USS通信。
BAUD：指的是和變頻器進(jìn)行通行的速率。 變頻器的參數(shù)P2010種進(jìn)行設(shè)置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時(shí)的USS數(shù)據(jù)塊。每個(gè)通信模塊1多可以有16個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，每個(gè)CPU1多可以有48個(gè)USS數(shù)據(jù)塊，具體的通信情況要和現(xiàn)場實(shí)際情況相聯(lián)系。每個(gè)變頻器與S7-1200進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)塊是11的。
ERROR：輸出錯(cuò)誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態(tài)。
S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本的掃描周期不同步的，在完成一次與變頻器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多個(gè)掃描。
USS_PORT通信的時(shí)間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時(shí)間，不同的通信波特率對應(yīng)的不同的USS_PORT通信間隔時(shí)間。下圖列出了不同的波特率對應(yīng)的USS_PORT1小通信間隔時(shí)間。

圖：不同的波特率對應(yīng)的USS_PORT1小通信間隔時(shí)間

      USS_PORT在發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)，通常進(jìn)行3次嘗試來完成通信事件，那么S7-1200與變頻器通信的時(shí)間就是USS_PORT發(fā)生通信超時(shí)的時(shí)間間隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT與變頻器通信的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)大于1小的調(diào)用時(shí)間間隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 協(xié)議庫默認(rèn)的通信錯(cuò)誤超時(shí)嘗試次數(shù)是2次。
       基于以上的USS_PORT通信時(shí)間的處理，我們建議在循環(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(shí)，我們可以設(shè)置循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間，以滿足通信的要求。循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置如下圖所示：

圖：循環(huán)中斷OB塊的掃描時(shí)間的設(shè)置

2．USS_DRV功能塊的編程
USS_DRV功能塊的編程如下圖所示。

圖： USS_DRV功能塊的編程

USS_DRV功能塊用來與變頻器進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，從而讀取變頻器的狀態(tài)以及控制變頻器的運(yùn)行。每個(gè)變頻器使用11的一個(gè)USS_DRV功能塊，但是同一個(gè)CM1241 RS485模塊的USS網(wǎng)絡(luò)的所有變頻器（1多16個(gè)）都使用同一個(gè)USS_DRV_DB。

USS_DRV_DB：變頻器進(jìn)行USS通信的數(shù)據(jù)塊。
RUN：                 DB塊的變頻器啟動(dòng)指令。
OFF2：                 緊急停止，自由停車。 該位為0時(shí)停車。
OFF3：                 快速停車，帶制動(dòng)停車。 該位為0時(shí)停車。
F_ACK：             變頻器故障確認(rèn)。
DIR ：                 變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
SPEED_SP：       變頻器的速度設(shè)定值。

ERROR：          程序輸出錯(cuò)誤。
RUN_EN：        變頻器運(yùn)行狀態(tài)指示。
D_DIR：           變頻器運(yùn)行方向狀態(tài)指示。
INHIBIT：        變頻器是否被禁止的狀態(tài)指示。
FAULT：           變頻器故障。
SPEED：           變頻器的反饋的實(shí)際速度值。

DRIVE：           變頻器的USS站地址。變頻器參數(shù)P2011設(shè)置。
PZD_LEN：      變頻器的循環(huán)過程字。 變頻器參數(shù)P2012設(shè)置。

注意：變頻器的PKW的長度在這里是特殊需要注意的，在使用USS通信時(shí)必須是4，如果改成3或者127都將不能讀取反饋回來的過程值。

3．USS_RPM功能塊的編程

USS_RPM功能塊的編程 如下圖所示。

圖11：USS_RPM功能塊的編程

USS_RPM功能塊用于通過USS通信從變頻器讀取參數(shù)。

REQ：         讀取參數(shù)請求。
DRIVE：     變頻器的USS站地址。
bbbbb：   變頻器的參數(shù)代碼。
INDEX：     變頻器的參數(shù)索引代碼
USS_DB：  變頻器進(jìn)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(cuò)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(jìn)行讀取參數(shù)功能塊編程時(shí)，各個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型一定要正確對應(yīng)。如果需要設(shè)置變量讀取參數(shù)時(shí)，注意該參數(shù)變量的初始值不能為0，否則容易產(chǎn)生通信錯(cuò)誤。

4．USS_WPM功能塊的編程

USS_WPM功能塊的編程如下圖所示。

圖12：USS_WPM功能塊的編程

USS_WPM    功能塊用于通過USS通信設(shè)置變頻器的參數(shù)。
REQ：         讀取參數(shù)請求。
DRIVE：     變頻器的USS站地址。
bbbbb：   變頻器的參數(shù)代碼。
INDEX：     變頻器的參數(shù)索引代碼。
EEPROM：把參數(shù)存儲(chǔ)到變頻器的EEPROM。
VALUE：    設(shè)置參數(shù)的值。
USS_DB：   變頻器進(jìn)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(cuò)誤狀態(tài)。
STATUS：  讀取參數(shù)狀態(tài)代碼。

注意：對寫入?yún)?shù)功能塊編程時(shí)，各個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型一定要正確對應(yīng)。如果需要設(shè)置變量進(jìn)行寫入?yún)?shù)值時(shí)，注意該參數(shù)變量的初始值不能為0，否則容易產(chǎn)生通信錯(cuò)誤。

5. 3 S7 1200 PLC進(jìn)行USS通信的調(diào)試

S7-1200 PLC 通過CM1241 RS485模塊與變頻器進(jìn)行USS通信時(shí)，需要注意如下幾點(diǎn)：

1. 當(dāng)同一個(gè)CM1241 RS485 模塊帶有多個(gè)（1多16個(gè)）USS變頻器時(shí)，這個(gè)時(shí)候通信的USS_DB是同一個(gè)，USS_DRV功能塊調(diào)用多次，每個(gè)USS_DRV功能塊調(diào)用時(shí)，相對應(yīng)的USS站地址與實(shí)際的變頻器要一致，而其它的控制參數(shù)也要一致。

2. 當(dāng)同一個(gè)S7-1200 PLC 帶有多個(gè)CM1241 RS485模塊（1多3個(gè)）時(shí)，這個(gè)時(shí)候通信的USS_DB相對應(yīng)的是3個(gè)，每個(gè)CM1241 RS485模塊的USS網(wǎng)絡(luò)使用相同的USS_DB,不同的USS網(wǎng)絡(luò)使用不同的USS_DB。

3. 當(dāng)對變頻器的參數(shù)進(jìn)行讀寫操作時(shí)，注意不能同時(shí)進(jìn)行USS_RPM和USS_WPM的操作，并且同一時(shí)間只能進(jìn)行一個(gè)參數(shù)的讀或者寫操作，而不能進(jìn)行多個(gè)參數(shù)的讀或者寫操作。