变频器的USS控制协议

    计算机及通信技术已成为工业环境中大部分解决方案的核心部分，其在系统中的比重正在迅速增加。在工业控制中，交流电机的拖动控制越来越多地采用变频器完成，而它也不仅仅作为一个单独的执行机构，而是随着其不断的智能化，可以同上位计算机之间可以通过各种通信方式结合成一个有机的整体。    在实际工程实施时，变频器的启动、停止、方向、告警、故障指示以及故障复位等控制通常为开关量控制方式，速度控制采用模拟量给定值控制方式来完成。由于变频器的输出端会产生强烈的干扰信号，控制器有时会造成误动作的情况。    随着基于现场总线的底层控制网络的发展，许多电气传动的生产厂家推出了具有数据通信功能的产品，可以采用基金会总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN等现场总线技术，以方便系统的组态。但是，这些一般是作为附件，需要另外购置。很多情况下，可以采用RS485通信接口用于系统配置和监控，这是一种低成本的连接方案。    采用基于RS-485通信接口对有关拖动设备进行控制，无疑是具有吸引力的选择，可以极大地减少线路连接的复杂性，避免现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。本例采用PLC通过RS-485接口，使用USS协议实现对SIEMENS变频器进行控制，包括对变频器的启／停、故障检测、故障复位、速度和转向的控制。    1．USS协议的特点    USS是西门子公司为变频器开发的通信协议，可支持变频器同PC或PLC之间建立通信联接，常常适用于规模较小的自动化系统。它以主从方式构成工业监控网站，在网络内有一个主站，1～31个从站，各站点由惟一的标识码识别。    这种系统结构有以下特点。    ·用单一的、完全集成的系统来解决自动化问题。所有的西门子变频器都可采用USS协议作为通信链路。    ·数字化的信息传递，提高了系统的自动化水平及运行的可靠性，解决了模拟信号传输所引起的干扰及漂移问题。    ·其通信介质采用RS-485屏蔽双绞线，最远可达1km，因此可有效地减少电缆的数量，从而可以大大减少开发和工程费用，并极大地降低客户的启动和维护成本。    ·通信速率较高，可达187.5Kbit/s。对于有10个调速器，每个调速器有6个过程数据需刷新的系统，PLC的典型扫描周期为几百毫秒。    ·它采用与PROFIBUS相似的操作模式，总线结构为单主站、主从存取方式。报文结构具有参数数据与过程数据，前者用于改变调速器的参数，后者用于快速刷新调速器的过程数据，如启动停止、速度给定，力矩给定等。具有极高的快速性与可靠性。    ·西门子调速器的主机上大都提供USS接口，因此不需任何附加板，仅在上位机中插入一块RS-485通信板，就可实现调速器数据的存取。所以采用USS，就能以低廉的成本实现一个小型的自动化系统。    2．USS协议的通信数据格式    USS协议的通信字符格式为一位起始位、一位停止位、一位偶校验位和八位数据位。数据报文最大长度为256个字节，它包括3字节的头部、一字节的校验码和主数据块，数据块按照字的方式组织，高字节在前。通信数据报文格式如图10.34所示。
    图10.34    USS协议的通信数据报文格式    其中：    ·STX:起始字符，为02Hex。    ·LGE:报文长度，为n+2，其中3≤n≤254。    ·ADR:从站地址码，其中bit0~ bit4表示从站地址，bit5为1表示广播发送，bit6为1表示镜像发送，用于网络测试，bit7为1表示特殊报文。    ·BCC:校验字符，为从STX开始所有字节的异或和。    在一帧内完成过程控制数据传输的同时，可以通过指定参数号完成设备控制参数的读写。数据块由参数值域(PKW)和过程数据域(PZD)组成，二者都为变长数据，其格式如图10.35所示。
    图10.35    数据块的格式    其中：    ·PKW域：参数值域，由参数识别码、子参数号和参数值构成，参数个数根据设备的定义最大可有124个字。    ·PZD域：过程控制数据域，包括控制字／状态字。设定值／实际值，不同的驱动产品定义不同，最多可有16个字。    ·PKE:参数标识码，PNU( bit0~ bit10)表示参数号，SP( bit11)为参数改变标志，由从站设置；AK( bit12~ bit15)为报文类型，主站一从站和从站一主站各有16种不同的报文类型。例如，PKE='00010000000101101'(012DHex)表示读变频器工作方式（V/F、FCC、Vector等）命令，PKE='000100000000101101'(022DHex)设置变频器工作方式命令，工作方式由PWE1的值指定。    ·IND:用来指定某些数组型设备参数的子参数号。对于SIEMENS的MMV/MDV变频器，协议有所简化，如下所示。    ·IND固定为0。    ·PKW为3字格式，即只有PWE1。    ·PZD域的PZD1是控制字／状态字，用来设置和监测变频器的工作状态，如运行／停止、方向、故障复位／故障指示。    ·PZD域的PZD2为设定频率，按有符号数设置，正数表示正转，负数表示反转。当PZD2为4000Hex时，设置变频器输出频率等于参数P013的值；为7FFFHex时，等于参数P013值的两倍频率输出。当PZD2为8000Hex~ FFFFHex时，是反向转动，速度按P013值的0%～200%变化。