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西門子CPU模塊6ES7 212-1AB23-0XB8
西門子CPU模塊6ES7 212-1AB23-0XB8
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西門子CPU模塊6ES7 212-1AB23-0XB8
西門子CPU模塊6ES7 212-1AB23-0XB8西門子模塊代理商
1. USS通信介紹
1.1. USS協(xié)議特點
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。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 等網絡上）
? 采用單主站的“主－從”訪問機制
? 每個網絡上多可以有 32 個節(jié)點（多 31 個從站）
? 簡單可靠的報文格式，使數據傳輸靈活高效
? 容易實現，成本較低
USS 的工作機制是，通信是由主站發(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)送數據。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發(fā)回響應。否則主站將視為出錯。
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 在串行數據總線上的字符傳輸幀為 11 位長度，如表1所示：
表1：USS字符幀
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，表2所示：
表2：USS報文結構
每小格代表一個字符（字節(jié)）。其中：
STX： 起始字符，是 02 h
LGE： 報文長度
ADR：從站地址及報文類型
BCC： BCC 校驗符
凈數據區(qū)由 PKW 區(qū)和 PZD 區(qū)組成，如表3所示：
表3：USS凈數據區(qū)
PKW： 此區(qū)域用于讀寫參數值、參數定義或參數描述文本，并可修改和報告參數的改變 。其中：
PZD： 此區(qū)域用于在主站和從站之間傳遞控制和過程數據?？刂茀蛋丛O定好的固定格式在主、從站之間對應往返。如：
根據傳輸的數據類型和驅動裝置的不同，PKW 和 PZD 區(qū)的數據長度都不是固定的，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；而 PZD 僅能訪問特定的控制和過程數據；
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。
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。該庫提供 1 個 FB 和 3 個 FC 來支持 USS 協(xié)議。 每個 CM1241 RS485 通信模塊多支持 16 個MM440。連接到一個 CM 1241 RS485 的所有MM440（多 16 個）是同一 USS 網絡的一部分。連接到另一 CM 1241 RS485 的所有MM440是另一 USS 網絡的一部分。 因為 S7-1200多支持三個 CM 1241 RS485 設備，所以用戶多可建立三個 USS 網絡，每個網絡多 16 個MM440，共支持 48 個 USS MM440。各 USS 網絡使用各自一的數據塊進行管理（使用三個 CM 1241 RS485 設備建立三個 USS網絡需要三個數據塊）。 同一USS 網絡相關的所有指令必須共享該數據塊。 這包括用于控制網絡上所有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絡插頭和PROFIBUS電纜。在 S7-1200 CPU 通信口上使用西門子網絡插頭。
PROFIBUS 電纜的紅色導線B 即 RS 485 信號 +，此信號應當連接到 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 電纜不需要網絡插頭，而是剝出線頭直接壓在端子上。如果還要連接下一個驅動裝置，則兩條電纜的同色芯線可以壓在同一個端子內。PROFIBUS 電纜的紅色芯線應當壓入端子 29；綠色芯線應當連接到端子 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 網絡插頭，內置偏置和終端電阻。
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，以下幾點對網絡的性能有極為重要的影響。幾乎所有網絡通信質量方面的問題都與未考慮到下列事項有關：
? 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動時保持穩(wěn)定；終端電阻用于吸收網絡上的反射信號。一個完善的總線型網絡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，設置以太網的IP地址，建立PG與PLC的連接，如圖5所示。
圖5： S7 1200 IP地址的設置
3.2. MM440參數設置
我們假定已經完成了驅動裝置的基本參數設置和調試（如電機參數辨識等等），以下只涉及與 S7-1200 控制器連接相關的參數。
MM 440 的參數分為幾個訪問級別，以便于過濾不需要查看的部分。 與 S7-1200 連接時，需要設置的主要有“控制源”和“設定源”兩組參數。要設置此類參數，需要“”參數訪問級別，即首先需要把 P0003 參數設置為 3。
控制源參數設置：
控制命令控制驅動裝置的啟動、停止、正/反轉等功能。控制源參數設置決定了驅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 P0700 設置
此參數有分組，在此僅設組，即 P0700[0]。
設定源控制參數：
設定值控制驅動裝置的轉速/頻率等功能。設定源參數決定了驅動裝置從接受設定值（即給定），如表6所示。
表6：設定源由參數 P1000 設置
此參數有分組，在此僅設組，即 P1000[0]。
控制源和設定源之間可以自由組合，根據工藝要求可以靈活選用。我們以控制源和設定源都來自 COM Link 上的 USS 通信為例，簡介 USS 通信的參數設置。
主要參數有：
1. P0700： 設置 P0700[0] = 5，即控制源來自 COM Link 上的 USS 通信；
2. P1000： 設置 P1000[0] = 5，即設定源來自 COM Link 上的 USS 通信；
3. P2009： 決定是否對 COM Link 上的 USS 通信設定值規(guī)格化，即設定值將是運轉頻率的百分比形式，還是頻率值。為0，不規(guī)格化 USS 通信設定值，即設定為MM440中的頻率設定范圍的百分比形式；為1，對 USS 通信設定值進行規(guī)格化，即設定值為的頻率數值；
4. P2010： 設置 COM Link 上的 USS 通信速率。根據 S7-1200 通信口的限制，支持的通信波特率如表7所示。
表7：通信波特率西門子開關量模塊
5. P2011： 設置 P2011[0] = 0 至 31，即驅動裝置 COM Link 上的 USS 通信口在網絡上的從站地址；
6. P2012： 設置 P2012[0] = 2，即 USS PZD 區(qū)長度為 2 個字長；
7. P2013： 設置 P2013[0] = 4；
8. P2014： 設置 P2014[0] = 0 至 65535，即 COM Link 上的 USS 通信控制信號中斷時時間，單位為 ms；如設置為 0，則不進行此端口上的時檢查；
9. P0971： 設置 P0971 = 1，上述參數將保存入MM 440 的 EEPROM 中。
1.1 S7-1200 的PROFINET 通信口
S7-1200 CPU 本體上集成了一個 PROFINET 通信口，支持以太網和基于 TCP/IP 的通信標準。使用這個通信口可以實現 S7-1200 CPU 與編程設備的通信，與HMI觸摸屏的通信，以及與其它 CPU 之間的通信。這個PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持電纜交叉自適應，因此一個標準的或是交叉的以太網線都可以用于這個接口。
1.2 S7-1200支持的協(xié)議和大的連接資源
S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口支持以下通信協(xié)議及服務
? TCP
? ISO on TCP ( RCF 1006 )
? S7 通信 (服務器端)
通信口所支持的大通信連接數
S7-1200 CPU PROFINET 通信口所支持的大通信連接數如下：
? 3個連接用于HMI (觸摸屏) 與 CPU 的通信
? 1個連接用于編程設備（PG）與 CPU 的通信
? 8個連接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP) 的編程通信，使用T-block 指令來實現
? 3個連接用于S7 通信的服務器端連接，可以實現與S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太網S7 通信
S7-1200 CPU可以同時支持以上15個通信連接，這些連接數是固定不變的，不能自定義。
TCP（Transport Connection Protocol）
TCP是由 RFC 793描述的標準協(xié)議，可以在通信對象間建立穩(wěn)定、安全的服務連接。如果數據用TCP協(xié)議來傳輸，傳輸的形式是數據流，沒有傳輸長度及信息幀的起始、結束信息。在以數據流的方式傳輸時接收方不知道一 條信息的結束和下一條信息的開始。因此，發(fā)送方必須確定信息的結構讓接收方能夠識別 。在多數情況下TCP應用了IP (Internet protocol) ，也就是“TCP/IP 協(xié)議”， 它位于 ISO-OSI 參考模型的第四層。
協(xié)議的特點：
? 與硬件綁定的高效通信協(xié)議
? 適合傳輸中等到大量的數據 (<=8192 bytes)
? 為大多數設備應用提供
– 錯誤恢復
– 流控制
– 可靠性
? 一個基于連接的協(xié)議
? 可以靈活的與支持TCP協(xié)議的第三方設備通信
? 具有路由兼容性
? 只可使用靜態(tài)數據長度
? 有確認機制
? 使用端口號進行應用尋址
? 大多數應用協(xié)議，如TELNET、FTP都使用TCP
? 使用 SEND/RECEIVE 編程接口進行數據管理需要編程來實現
1.3 硬件需求和軟件需求
硬件：
① S7-1200 CPU
② S7-300 CPU + CP343-1（支持S7 Client）
③ PC（帶以太網卡）
④ TP以太網電纜
軟件：
① STEP 7 Basic V10.5
② STEP 7 V5.4
2. ISO on TCP 通信
S7-1200 CPU 與S7-300/400 之間通過ISO on TCP 通信，需要在雙方都建立連接，連接對象選擇“Unspecified”。
所完成的通信任務為：
① S7-1200將DB3里的100個字節(jié)發(fā)送到S7-300的DB2中
② S7-300將輸入數據IB0發(fā)送給S7-1200的輸出數據區(qū)QB0。
2.1 S7-1200 CPU 的組態(tài)編程
組態(tài)編程過程與 S7-1200 CPU 之間的通信基本相似 （見 6.3 ），這里簡單描述一下步驟：
① 使用STEP 7 Basic V10.5 軟件新建一個項目
在STEP 7 Basic 的“Portal View”中選擇 “Create new project”創(chuàng)建一個新項目
② 添加新設備
然后進入“Project view”，在“Project tree”下雙擊“Add new device”，在對話框中選擇所使用的S7-1200 CPU添加到機架上，命名為 PLC_1。
③ 為 PROFINET 通信口分配以太網地址
在“Device View”中點擊 CPU 上代表PROFINET 通信口的綠色小方塊，在下方會出現PROFINET 接口的屬性，在 “Ethernet addresses”下分配IP 地址為 192.168.0.1 ，子網掩碼為255.255.255.0。
④ 在 S7-1200 CPU 中調用“TSEND_C”通信指令并配置連接參數和塊參數
在主程序中調用發(fā)送通信指令，進入“Project tree” > “ PLC_1”>“Program blocks”>“Main”主程序中，從右側窗口“Instructions”> “Extended Instructions”>“Communications”下調用“TSEND_C”指令，并選擇“Single Instance”生成背景 DB塊。然后單擊指令塊下方的“下箭頭”，使指令展開顯示所有接口參數。
然后，創(chuàng)建并定義發(fā)送數據區(qū) DB 塊。通過“Project tree”>“ PLC_1”> “Program blocks” >“Add new block” ，選擇 “Data block”創(chuàng)建 DB 塊，選擇尋址，點擊“OK”鍵，定義發(fā)送數據區(qū)為 100個字節(jié)的數組。
根據所使用的參數創(chuàng)建符號表，如圖1所示。
配置連接參數，如圖2所示。
配置塊接口參數，
7單邊通信，僅需在客戶端側進行組態(tài)編程；服務器側CPU無需組態(tài)編程。
所以在編程組態(tài)和建立連接方面，S7-300PN口做客戶端，只需要在 S7-300CPU 側建立單邊連接，使用單邊編程方式 PUT，GET 指令進行通信。
所完成的通信任務：
S7-300 集成PN口CPU 作為客戶端讀取 對方S7 CPU中 DB1 的數據到 S7-300 的 DB3 中。
S7-300 集成PN口CPU 作為客戶端將本地 DB4 中的數據寫到 對方 S7 CPU中 DB2 中。
項目創(chuàng)建環(huán)境：TIA V13 SP1
S7-300集成PN口側組態(tài)編程
圖1. 組態(tài)設置子網
打開 “Network View（網絡視圖）” 配置網絡，首先點中左上角的“Connections（網絡）”圖標，選擇“S7 Connection（S7連接）”，然后選中300 CPU，右鍵選擇“Add new connection（添加新連接）”如圖所示。
圖2. 添加連接
然后在“Create new connection（連接）”窗口中，選擇“Unspecified”，然后點擊“Add”建立 S7 連接，如圖2.所示。
圖3.建立 S7 連接
“S7_Connection_1（S7_連接_1）”為建立的連接，選中連接，在屬性的“General(常規(guī))”條目中填寫對方設備的IP地址，如下圖4.所示。
圖4. 定義連接對方的 IP 地址
圖5. 定義通訊雙方的 TSAP 號
通信的對方設備為
圖6. 連接 ID 號
配置完網絡連接，編譯保存并下載。
圖7. 通訊連接狀態(tài)
在 OB1 中，從“Instruction（指令）” >“Communication（通信）” >“S7 Communication（S7通信）”下，調用Get、Put通信指令，創(chuàng)建接收和發(fā)送數據塊 DB3 和 DB4，定義成 101 個字節(jié)的數組，程序調用如下圖8.所示。
圖8. 程序調用功能
功能塊管腳說明：
通過在 S7-300 側編程進行 S7 通訊，實現兩個 CPU 之間數據交換，以S7-1200為例，結果如下圖。
圖9. 監(jiān)控結果
服務器側：S7-1200/1500CPU注意事項
當通信的對方CPU為S7-1200或S7-1500時，有如下步驟必須設置。
1. S7-1200，S7-1500用于通信存放數據的DB塊，必須設置為“非優(yōu)化”（即默認的勾選取消掉）如圖10所示:
圖10. S7-1x00的數據塊非優(yōu)化設置
2. S7-1200CPU固件V4.0以上和S7-1500CPU，在CPU屬性--->保護--->連接機制中，
勾選“允許從遠程伙伴...”，如圖11所示，
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