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USS 通信協(xié)議簡介

USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口) 是西門子專為驅動裝置開發(fā)的通信協(xié)議,，多年來也經(jīng)歷了一個不斷發(fā)展、完善的過程,。初 USS 用于對驅動裝置進行參數(shù)化操作,，即更多地面向參數(shù)設置。在驅動裝置和操作面板,、調試軟件（如 DriveES/STARTER）的連接中得到廣泛的應用。近來 USS 因其協(xié)議簡單,、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,，比較簡易的通信控制途徑,，由于其本身的設計，USS 不能用在對通信速率和數(shù)據(jù)傳輸量有較高要求的場合,。在這些對通信要求高的場合,，應當選擇實時性更好的通信方式，如 PROFIBUS-DP 等,。在進行系統(tǒng)設計時,，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用場合（如造紙生產(chǎn)線）,，對十幾甚至數(shù)十臺變頻器采用 USS 通信控制，其效果可想而知,。

USS 協(xié)議的基本特點如下：

• 支持多點通信（因而可以應用在 RS 485 等網(wǎng)絡上）
• 采用單主站的“主－從”訪問機制
• 一個網(wǎng)絡上多可以有 32 個節(jié)點（多 31 個從站）
• 簡單可靠的報文格式,，使數(shù)據(jù)傳輸靈活高效
• 容易實現(xiàn)，成本較低

USS 的工作機制是,，通信總是由主站發(fā)起,，USS 主站不斷循環(huán)輪詢各個從站，從站根據(jù)收到的指令,，決定是否,、以及如何響應。從站永遠不會主動發(fā)送數(shù)據(jù),。從站在以下條件滿足時應答：

• 接收到的主站報文沒有錯誤,，并且
• 本從站在接收到主站報文中被尋址

上述條件不滿足，或者主站發(fā)出的是廣播報文,，從站不會做任何響應,。

對于主站來說，從站必須在接收到主站報文之后的一定時間內(nèi)發(fā)回響應,。否則主站將視為出錯,。

 

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 位長度,，包括：

起始位	數(shù)據(jù)位								校驗位	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 報文。 在一條報文中,，字符幀之間的間隔延時要小于兩個字符幀的傳輸時間（當然這個時間取決于傳輸速率）,。

 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,，實現(xiàn) USS 協(xié)議報文的發(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動裝置所要求的*,，這是實現(xiàn) S7-200 SMART和西門子驅動裝置通信的基礎,。

 

USS 報文幀格式

USS 協(xié)議的報文簡潔可靠,，高效靈活。報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字符（字節(jié)）,。其中：

• STX： 起始字符，總是 02 h
• LGE： 報文長度西門子V20變頻器售后維修中心
• ADR：從站地址及報文類型
• BCC： BCC 校驗符

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字（兩個字節(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的信息，以及參數(shù)號等
  • 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),。控制參數(shù)按設定好的固定格式在主,、從站之間對應往返,。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/從站返回主站的實際反饋
• PZDn： ……

根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和驅動裝置的不同，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具體的需要,。但是，在用于與控制器通信的自動控制任務時,，網(wǎng)絡上的所有節(jié)點都要按相同的設定工作,，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 在許多驅動裝置中是作為后臺任務處理,，因此 PZD 的實時性要比 PKW 好

 以上僅是對 USS 協(xié)議的簡單介紹,，以幫助讀者更好地理解控制任務和選擇對策。如需要了解詳細的信息,，請參考相應驅動產(chǎn)品的手冊,。

脈沖編碼器模板

脈沖編碼器模板用于MM440變頻器實現(xiàn)閉環(huán)矢量控制和閉環(huán)轉矩控制功能，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與差分信號兩種類型編碼器。

訂貨號：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）和長線驅動（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,，上拉或下拉電阻的阻值與編碼器的參數(shù)有很大關系，需用戶自行確認,。

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,。

例1：長線線驅動（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,，僅連接A和B信號即可,，編碼器供電采用編碼器模塊24V電源供電

例3：長線驅動或推挽輸出編碼器，編碼器供電采用外部電源供電

編碼器接線注意事項和指導原則：

1.  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,；
2.  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；
3. 信號電纜的安裝位置一定不要緊靠動力電纜,；

編碼器模板的屏蔽夾

編碼器模板的DIP開關設置

編碼器模板上的DIP開關是供用戶正確地選擇與編碼器模板連接的編碼器的設定值(單端輸入或差動輸入),。

撥碼開關撥到上面為ON 
例如使用HTL電平單端輸入編碼器設置的撥碼開關位置為：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)設置及下載項目等。

設置連接參數(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)設置窗口將在其下方自動顯示,。設置觸摸屏的IP地址為192.168.2.5，該IP地址必須與Smart 1000 IE設備的IP地址相同。 在“PLC設備”窗口設置CPU的IP地址,，此處設置CPU的 IP地址為192.168.2.1,，如圖1所示。

注意：為Smart 1000 IE設置的IP地址必須不同于CPU的IP地址,，二者不能重復,。

圖1. 設置通信參數(shù)

連接參數(shù)設置完成之后還需設置Smart 1000 IE設備的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,。輸入完成后單擊對話框右上角的“OK”按鈕保存設置，如圖2所示,。

圖2. Smart 1000 IE的IP地址

下載項目文件

要將配置好的項目下載到Smart 1000 IE設備上,，需要保證HMI設備的通信口處于激活狀態(tài)，可通過HMI設備的“Control Panel”>“Transfer”進行設置,。選擇以太網(wǎng)方式下載項目時,，需要勾選“Ethernet”右側的“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“項目”>“傳送”>“傳輸”,，單擊“傳輸”即可打開“選擇設備進行傳送”窗口，如圖4所示,。在“選擇設備進行傳送”窗口,，選擇傳輸模式為“以太網(wǎng)”，“計算機名或IP地址”處輸入HMI設備的IP地址,，參考上文在此設置IP地址為192.168.2.5,。

圖4. 傳輸設置

IP地址設置完成后，點擊圖4中的“傳送”按鈕,，待傳送狀態(tài)顯示為“傳輸完成”時,，至此已成功通過以太網(wǎng)模式將項目傳送到HMI設備。