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上海腾斯工业自动化设备有限公司 苏工

1.1 S7-1200 的PROFINET 通信口
S7-1200 CPU 本体上集成了一个 PROFINET 通信口，支持以太网和基于 TCP/IP 的通信标准。使用这个通信口可以实现 S7-1200 CPU 与编程设备的通信，与HMI触摸屏的通信，以及与其它 CPU 之间的通信。这个PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此一个标准的或是交叉的以太网线都可以用于这个接口。

1.2 S7-1200支持的协议和大的连接资源

S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口支持以下通信协议及服务
? TCP
? ISO on TCP ( RCF 1006 )
? S7 通信 (服务器端)

通信口所支持的大通信连接数
S7-1200 CPU PROFINET 通信口所支持的大通信连接数如下：
? 3个连接用于HMI (触摸屏) 与 CPU 的通信
? 1个连接用于编程设备（PG）与 CPU 的通信
? 8个连接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP) 的编程通信，使用T-block 指令来实现
? 3个连接用于S7 通信的服务器端连接，可以实现与S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太网S7 通信
S7-1200 CPU可以同时支持以上15个通信连接，这些连接数是固定不变的，不能自定义。

TCP（Transport Connection Protocol）
TCP是由 RFC 793描述的标准协议，可以在通信对象间建立稳定、安全的服务连接。如果数据用TCP协议来传输，传输的形式是数据流，没有传输长度及信息帧的起始、结束信息。在以数据流的方式传输时接收方不知道一 条信息的结束和下一条信息的开始。因此，发送方必须确定信息的结构让接收方能够识别 。在多数情况下TCP应用了IP (Internet protocol) ，也就是“TCP/IP 协议”， 它位于 ISO-OSI 参考模型的第四层。
协议的特点：
? 与硬件绑定的通信协议
? 适合传输中等到大量的数据 (<=8192 bytes)
? 为大多数设备应用提供
– 错误恢复
– 流控制
– 可靠性
? 一个基于连接的协议
? 可以灵活的与支持TCP协议的第三方设备通信
? 具有路由兼容性
? 只可使用静态数据长度
? 有确认机制
? 使用端口号进行应用寻址
? 大多数应用协议，如TELNET、FTP都使用TCP
? 使用 SEND/RECEIVE 编程接口进行数据管理需要编程来实现

1.3 硬件需求和软件需求
硬件：
① S7-1200 CPU
② S7-300 CPU + CP343-1（支持S7 Client）
③ PC（带以太网卡）
④ TP以太网电缆
软件：
① STEP 7 Basic V10.5
② STEP 7 V5.4

2. ISO on TCP 通信
S7-1200 CPU 与S7-300/400 之间通过ISO on TCP 通信，需要在双方都建立连接，连接对象选择“Unspecified”。
所完成的通信任务为：
① S7-1200将DB3里的100个字节发送到S7-300的DB2中
② S7-300将输入数据IB0发送给S7-1200的输出数据区QB0。

2.1 S7-1200 CPU 的组态编程
组态编程过程与 S7-1200 CPU 之间的通信基本相似 （见 6.3 ），这里简单描述一下步骤：
① 使用STEP 7 Basic V10.5 软件新建一个项目
在STEP 7 Basic 的“Portal View”中选择 “Create new project”创建一个新项目
② 添加新设备
然后进入“Project view”，在“Project tree”下双击“Add new device”，在对话框中选择所使用的S7-1200 CPU添加到机架上，命名为 PLC_1。
③ 为 PROFINET 通信口分配以太网地址
在“Device View”中点击 CPU 上代表PROFINET 通信口的绿色小方块，在下方会出现PROFINET 接口的属性，在 “Ethernet addresses”下分配IP 地址为 192.168.0.1 ，子网掩码为255.255.255.0。
④ 在 S7-1200 CPU 中调用“TSEND_C”通信指令并配置连接参数和块参数
在主程序中调用发送通信指令，进入“Project tree” > “ PLC_1”>“Program blocks”>“Main”主程序中，从右侧窗口“Instructions”> “Extended Instructions”>“Communications”下调用“TSEND_C”指令，并选择“Single Instance”生成背景 DB块。然后单击指令块下方的“下箭头”，使指令展开显示所有接口参数。
然后，创建并定义发送数据区 DB 块。通过“Project tree”>“ PLC_1”> “Program blocks” >“Add new block” ，选择 “Data block”创建 DB 块，选择寻址，点击“OK”键，定义发送数据区为 100个字节的数组。
根据所使用的参数创建符号表，如图1所示。
配置连接参数，如图2所示。
配置块接口参数，如图3所示。

图1 创建所使用参数的符号表图PLC tag

图2 配置连接参数

图3 配置 TSEND_C 块参数

⑤ 调用“TRCV”通信指令并配置块参数如图6 47所示。
因为与发送使用的是同一连接，所以使用的是不带连接的发送指令“TRCV”，连接“ID”使用的也是“TSEND_C”中的“Connection ID”号，如图4所示。

图4 配置 T_RCV 块参数

1．控制系统原理和接线图

下图是本例中所使用的原理和接线图。

图1:控制系统原理和接线图

2．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。西门子可编程控制器CPU1211C
2）S7-1212C CPU。
3）S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以使用USS通信协议通过通信模块CM1241 RS485来实现S7-1200与G120变频器的通信。

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

本例中使用的G120变频器硬件为：
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 通信电缆 ( 6XV1830-0EH10)

3．软件需求

1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．组态

我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和G120变频器的USS通信。

4. 1 PLC 硬件组态

首先在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图1所示。

图2： 新建S7 1200项目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模块CM1241 RS485模块，如图2所示。

图3： S7 1200硬件配置

在CPU的属性中，设置以太网的IP地址，建立PG与PLC的连接，如下图所示。

图4： S7 1200 IP地址的设置

4. 2 G120参数设置

变频器的参数设置如下表所示。

表1 ：G120变频器的参数设置

注意：表1中的17，18，19，20 这四项参数值的设置必须使PLC的参数值与变频器的参数值相*。而19，20这两个参数值必须设置成如表1中的值，否则有可能变频器与S7-1200通信有如下问题：可能不能读出从变频器反馈回来的参数值。

5．USS通信原理与编程的实现

5. 1 S7 1200 PLC与G120 通过USS通信的基本原理

S7 1200提供了的USS库进行USS通信，如下图所示：

图5： S7 1200 的USS库

        USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受变频器的信息和控制变频器的指令都是通过这个功能快来完成的。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_PORT功能块是S7-1200与变频器USS通信的接口,主要设置通信的接口参数。可在主OB或中断OB中调用。
        USS_RPM功能块是通过USS通信读取变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
        USS_WPM功能块是通过USS通信设置变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。

这些功能块与变频器之间的控制关系如下图所示：

图6： USS 通信功能块与变频器的控制关系

        USS_DRV功能块通过USS_DRV_DB数据块实现与USS_PORT功能块的数据接收与传送，而USS_PORT功能块是S7-1200 PLC CM1241 RS485模块与变频器之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与变频器的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。

        每个S7-1200 CPU多可带3个通信模块，而每个CM1241 RS485通信模块多支持16个变频器。因此用户在一个S7-1200 CPU中多可建立3个USS网络，而每个USS网络多支持16个变频器，总共多支持48个USS变频器。

5. 2 S7 1200 PLC进行USS通信的编程

1．USS通信接口参数功能块的编程
USS通信接口参数功能块的编程如下图所示。

图7： USS通信接口参数功能块的编程

USS_PORT功能块用来处理USS网络上的通信，它是S71200 CPU与变频器的通信借口。每个CM1241 RS485模块有且必须有一个USS_PORT功能块。

PORT：指的是通过哪个通信模块进行USS通信。
BAUD：指的是和变频器进行通行的速率。 变频器的参数P2010种进行设置。
USS_DB：指的是和变频器通信时的USS数据块。每个通信模块多可以有16个USS数据块，每个CPU多可以有48个USS数据块，具体的通信情况要和现场实际情况相联系。每个变频器与S7-1200进行通信的数据块是一的。
ERROR：输出错误。
STATUS：扫描或初始化的状态。
S7-1200 PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多个扫描。
USS_PORT通信的时间间隔是S7-1200与变频器通信所需要的时间，不同的通信波特率对应的不同的USS_PORT通信间隔时间。下图列出了不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间。

图8：不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间

        USS_PORT在发生通信错误时，通常进行3次尝试来完成通信事件，那么S7-1200与变频器通信的时间就是USS_PORT发生通信超时的时间间隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT与变频器通信的时间间隔应当大于小的调用时间间隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 协议库默认的通信错误超时尝试次数是2次。  常熟西门子S7-200/300/400/1500模块代理商
        基于以上的USS_PORT通信时间的处理，我们建议在循环中断OB块中调用USS_PORT通信功能块。在建立循环中断OB块时，我们可以设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。循环中断OB块的扫描时间的设置如下图所示：  常熟西门子S7-200/300/400/1500模块代理商

图9：循环中断OB块的扫描时间的设置