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| 产地类别 | 进口 | 应用领域 | 化工,电子/电池 |
|---|---|---|---|
| 产地 | 德国 | 品牌 | 西门子 |
USS （Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口） 是西门子专为驱动装置开发的通信协议。USS 协议的基本特点如下：
• 支持多点通信（因而可以应用在 RS 485 等网络上）
• 采用单主站的“主－从"访问机制
• 每个网络上zui多可以有 32 个节点（zui多 31 个从站）
• 简单可靠的报文格式
产品简介
详细介绍
西门子变频器6SE6440-2UD31-8DB1
1. USS通信介绍
1.1. USS协议特点
USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口) 是西门子专为驱动装置开发的通信协议。USS 协议的基本特点如下：
• 支持多点通信（因而可以应用在 RS 485 等网络上）
• 采用单主站的“主－从"访问机制
• 每个网络上zui多可以有 32 个节点（zui多 31 个从站）
• 简单可靠的报文格式，使数据传输灵活高效
• 容易实现，成本较低
USS 的工作机制是，通信总是由主站发起，USS 主站不断循环轮询各个从站，从站根据收到的指令，决定是否以及如何响应。从站永远不会主动发送数据。从站在以下条件满足时应答：
-- 接收到的主站报文没有错误，并且
-- 本从站在接收到主站报文中被寻址
上述条件不满足，或者主站发出的是广播报文，从站不会做任何响应。对于主站来说，从站必须在接收到主站报文之后的一定时间内发回响应。否则主站将视为出错。
USS 的字符传输格式符合 UART 规范，即使用串行异步传输方式。USS 在串行数据总线上的字符传输帧为 11 位长度，如表1所示：
表1：USS字符帧
USS 协议的报文简洁可靠，高效灵活。报文由一连串的字符组成，协议中定义了它们的特
定功能，表2所示：
表2：USS报文结构
每小格代表一个字符（字节）。其中：
STX： 起始字符，总是 02 h
LGE： 报文长度
ADR：从站地址及报文类型
BCC： BCC 校验符
净数据区由 PKW 区和 PZD 区组成，如表3所示：
表3：USS净数据区
PKW： 此区域用于读写参数值、参数定义或参数描述文本，并可修改和报告参数的改变 。其中：
PKE： 参数 ID。包括代表主站指令和从站响应的信息，以及参数号等
IND： 参数索引，主要用于与 PKE 配合定位参数
PWEm：参数值数据
PZD： 此区域用于在主站和从站之间传递控制和过程数据。控制参数按设定好的固定格式在主、从站之间对应往返。如：
PZD1：主站发给从站的控制字/从站返回主站的状态字
PZD2： 主站发给从站的给定/从站返回主站的实际反馈
根据传输的数据类型和驱动装置的不同，PKW 和 PZD 区的数据长度都不是固定的，它们可以灵活改变以适应具体的需要。但是，在用于与控制器通信的自动控制任务时，网络上的所有节点都要按相同的设定工作，并且在整个工作过程中不能随意改变。
注意：
对于不同的驱动装置和工作模式，PKW 和 PZD 的长度可以按一定规律定义。 一旦确定就不能在运行中随意改变 ；
PKW 可以访问所有对 USS 通信开放的参数；而 PZD 仅能访问特定的控制和过程数据；
PKW 在许多驱动装置中是作为后台任务处理，因此 PZD 的实时性要比 PKW 好。
1.2. S7-1200 USS通信简介
CM 1241 RS485 模块通过 RS485 端口与MM440进行通信。 可使用 USS 库控制MM440和读/写MM440参数。该库提供 1 个 FB 和 3 个 FC 来支持 USS 协议。 每个 CM1241 RS485 通信模块zui多支持 16 个MM440。连接到一个 CM 1241 RS485 的所有MM440（zui多 16 个）是同一 USS 网络的一部分。连接到另一 CM 1241 RS485 的所有MM440是另一 USS 网络的一部分。 因为 S7-1200zui多支持三个 CM 1241 RS485 设备，所以用户zui多可建立三个 USS 网络，每个网络zui多 16 个MM440，总共支持 48 个 USS MM440。各 USS 网络使用各自*的数据块进行管理（使用三个 CM 1241 RS485 设备建立三个 USS网络需要三个数据块）。 同一USS 网络相关的所有指令必须共享该数据块。 这包括用于控制网络上所有MM440的 USS_DRV、USS_PORT、USS_RPM 和USS_WPM 指令。
2. 硬件需求及接线
2.1. 硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU：
1）S7-1211C CPU。
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MM440变频器的通信。
本例中使用的PLC硬件为：
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变频器硬件为：
1） MM440 （ 6SE6440 - 2AB11 - 2AA1 ）
2） MICROMASTER 4 ENCODER MODULE （ 6SE6400 - 0EN00 - 0AA0 ）
3） SIEMENS MOTOR （ 1LA7060 - 4AB10 - Z ）
4） USS 通信电缆 ( 6XV1830 - 0EH10 )
2.2. 接线
建议使用西门子的网络插头和PROFIBUS电缆。在 S7-1200 CPU 通信口上使用西门子网络插头。
PROFIBUS 电缆的红色导线B 即 RS 485 信号 +，此信号应当连接到 MM 440 通信端口的 P+；绿色导线A 即 RS 485 信号 -，此信号应当连接到 MM 440 通信端口的 N-。
图1： MM440接线端子 表4：MM440端子定义
因为MM 440 通信口是端子连接，所以 PROFIBUS 电缆不需要网络插头，而是剥出线头直接压在端子上。如果还要连接下一个驱动装置，则两条电缆的同色芯线可以压在同一个端子内。PROFIBUS 电缆的红色芯线应当压入端子 29；绿色芯线应当连接到端子 30，如图1、表4所示。完整接线图如图2所示。
图2： S7-1200与MM440接线图
a. 屏蔽/保护接地母排，或可靠的多点接地。此连接对抑制干扰有重要意义。
b. PROFIBUS 网络插头，内置偏置和终端电阻。
c. MM 440 端的偏置和终端电阻。
d. 通信口的等电位连接。可以保护通信口不致因共模电压差损坏或通信中断。
e. 双绞屏蔽电缆（PROFIBUS）电缆，因是高速通信，电缆的屏蔽层须双端接地（接 PE）。
注意，以下几点对网络的性能有极为重要的影响。几乎所有网络通信质量方面的问题都与未考虑到下列事项有关：
• 偏置电阻用于在复杂的环境下确保通信线上的电平在总线未被驱动时保持稳定；终端电阻用于吸收网络上的反射信号。一个完善的总线型网络必须在两端接偏置和终端电阻。
• 通信口 M 的等电位连接建议单独采用较粗的导线 ，而不要使用 PROFIBUS 的屏蔽层，因为此连接上可能有较大的电流，以致通信中断。
• PROFIBUS 电缆的屏蔽层要尽量大面积接 PE。一个实用的做法是在靠近插头、接线端子处环剥外皮，用压箍将裸露的屏蔽层压紧在 PE 接地体上（如 PE 母排或良好接地的裸露金属安装板）。
• 通信线与动力线分开布线；紧贴金属板安装也能改善抗干扰能力。驱动装置的输入/输出端要尽量采用滤波装置，并使用屏蔽电缆。
功能
控制功能 | ||
控制模式 |
| |
速度控制模式 | 转速控制范围 | 模拟量转速命令：1:2000 内部转速命令：1:5000 |
模拟量转速输入 | -10 V DC ... +10 V DC/额定转速 | |
转矩限制 | 使用参数或模拟量输入命令进行设定 | |
脉冲串输入位置控制 | 输入脉冲频率 | 高速差分线路驱动器 (5 V)，1 MHz |
倍数 | 电子齿轮比 (A/B)，A：1-65535；B：1-65535；1/50 < A/B < 200 | |
就位范围 | 0 ... ±1000 脉冲（命令脉冲单位） | |
转矩限制 | 使用参数或模拟量输入命令进行设定 | |
转矩控制 | 模拟量转矩输入 | -10 V DC ... +10 V DC/转矩（输入阻抗 >25 kΩ） |
转速限制 | 使用参数或模拟量输入命令进行设定 | |
控制功能 | 实时自动调谐 | 估算机器特性并连续实时设定闭环控制参数（增益、积分等），无需用户干预 |
共振抑制 | 抑制机械共振，如工件和基础的振动 | |
单按钮调谐 | 只需按操作员面板或 SINAMICS V-ASSISTANT 上的一个按钮，即可优化控制参数，如位置环增益、转速环增益、转速环积分时间、机械共振频率等 | |
增益开关 | 使用外部信号或内部操作条件在各种增益间切换，以降低噪音、缩短定位时间并提高伺服系统的运行稳定性。 | |
PI/P 控制开关 | 使用外部信号或内部操作条件，从 PI 控制切换到 P 控制 | |
转速和转矩限制 | 使用外部模拟量转速限制命令 | |
DI/DO 参数化 | 将控制信号任意分配给 8 个数字量输入和 6 个数字量输出 | |
外部制动电阻 | 当内部制动电阻器不能处理再生能量时，可使用外部制动电阻器 | |
位置滤波 | 将来自脉冲串输入设定值的位置特性转换为具有设定的时间常数的 S 曲线 | |
测量机器功能 | 使用 SINAMICS V-ASSISTANT 分析机器频率特性 | |
零转速箝位信号 | 当电机转速设定值低于某一设置的阈值电平时，将电机停止并锁死电机轴 | |
SD 卡 | 用于参数复制和固件更新的 SD 卡 | |
安全功能 | 通过端子实现安全扭矩断开 (STO) | |
ІЩЧчФ±Гж°е (OP) | 集成式 6 位/7 段显示屏，5 个按钮 | |
PC 工具 | SINAMICS V-ASSISTANT 组态工具，专门用于 SINAMICS V90 | |
西门子变频器6SE6440-2UD31-8DB1
控制功能 | ||
控制模式 |
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速度控制模式 | 转速控制范围 | 模拟量转速命令：1:2000 内部转速命令：1:5000 |
模拟量转速输入 | -10 V DC ... +10 V DC/额定转速 | |
转矩限制 | 使用参数或模拟量输入命令进行设定 | |
脉冲串输入位置控制 | zui大输入脉冲频率 | 高速差分线路驱动器 (5 V)，1 MHz |
倍数 | 电子齿轮比 (A/B)，A：1-65535；B：1-65535；1/50 < A/B < 200 | |
就位范围 | 0 ... ±1000 脉冲（命令脉冲单位） | |
转矩限制 | 使用参数或模拟量输入命令进行设定 | |
转矩控制 | 模拟量转矩输入 | -10 V DC ... +10 V DC/zui大转矩（输入阻抗 >25 kΩ） |
转速限制 | 使用参数或模拟量输入命令进行设定 | |
控制功能 | 实时自动调谐 | 估算机器特性并连续实时设定闭环控制参数（增益、积分等），无需用户干预 |
共振抑制 | 抑制机械共振，如工件和基础的振动 | |
单按钮调谐 | 只需按操作员面板或 SINAMICS V-ASSISTANT 上的一个按钮，即可优化控制参数，如位置环增益、转速环增益、转速环积分时间、机械共振频率等 | |
增益开关 | 使用外部信号或内部操作条件在各种增益间切换，以降低噪音、缩短定位时间并提高伺服系统的运行稳定性。 | |
PI/P 控制开关 | 使用外部信号或内部操作条件，从 PI 控制切换到 P 控制 | |
转速和转矩限制 | 使用外部模拟量转速限制命令 | |
DI/DO 参数化 | 将控制信号任意分配给 8 个数字量输入和 6 个数字量输出 | |
外部制动电阻 | 当内部制动电阻器不能处理再生能量时，可使用外部制动电阻器 | |
位置滤波 | 将来自脉冲串输入设定值的位置特性转换为具有设定的时间常数的 S 曲线 | |
测量机器功能 | 使用 SINAMICS V-ASSISTANT 分析机器频率特性 | |
零转速箝位信号 | 当电机转速设定值低于某一设置的阈值电平时，将电机停止并锁死电机轴 | |
SD 卡 | 用于参数复制和固件更新的 SD 卡 | |
安全功能 | 通过端子实现安全扭矩断开 (STO) | |
?ЩЧчФ±Гж°е (OP) | 集成式 6 位/7 段显示屏，5 个按钮 | |
PC 工具 | SINAMICS V-ASSISTANT 组态工具，专门用于 SINAMICS V90 | |
产品名称 | SINAMICS V90 | ||||||||
6SL3210-5FE... | 10-4UA0 | 10-8UA0 | 11-0UA0 | 11-5UA0 | 12-0UA0 | 13-5UA0 | 15-0UA0 | 17-0UA0 | |
机座号 | FSAA | FSA | FSB | FSC | |||||
额定输出功率 P额定 | kW (hp) | 0.40 (0.54) | 0.75 (1.02) | 1.00 (1.36) | 1.50 (2.04) | 2.00 (2.72) | 3.50 (4.76) | 5.00 (6.80) | 7.00 (9.52) |
输出电流 | |||||||||
| A | 1.2 | 2.1 | 3.0 | 5.3 | 7.8 | 11.0 | 12.6 | 13.2 |
| A | 3.6 | 6.3 | 9.0 | 15.9 | 23.4 | 33.0 | 37.8 | 39.6 |
线路电源电压 | V 3 AC | 380 ... 480, (-15 %/+10 %) | |||||||
线路频率 | Hz | 50/60, (-10 %/+10 %) | |||||||
线路容量 | kVA | 1.7 | 3.0 | 4.3 | 6.6 | 11.1 | 15.7 | 18.0 | 18.9 |
冷却 | 自然冷却 | 冷却风机 | |||||||
控制电源 | |||||||||
| V DC | 24 (-15 %/+20 %) | |||||||
| A | 1.6（不带抱闸） | |||||||
进线电源系统 | TN、TT、IT、TT 接地线路 | ||||||||
过载能力 | 300 % x 额定电流 300 ms，每隔 10 s | ||||||||
控制系统 | 侍服控制 | ||||||||
制动电阻器 | 集成 | ||||||||
环境温度 | |||||||||
| °C (°F) | -40 ... +70 (-40 ... 158) | |||||||
| °C (°F) | 0 ... 45 (32 ... 113) 无功率降额， | |||||||
环境湿度 | |||||||||
| 90 %（无冷凝） | ||||||||
| < 90 %（无冷凝） | ||||||||
污染等级 | 2 | ||||||||
振动强度 | |||||||||
| ≤ 2 g (g = 9.81 m/s2) | ||||||||
| ≤ 1 g (g = 9.81 m/s2) | ||||||||
防护等级 | IP20 | ||||||||
安装海拔高度 | m (ft) | ≤ 1000 (3281) 无功率降额， | |||||||
重量，约 | kg (lb) | 1.5 (3.3) | 2.1 (4.6) | 2.7 (5.9) | 5.9 (13) | ||||
尺寸 2) | |||||||||
| [mm] | 60 (2.36) | 80 (3.15) | 100 (3.94) | 140 (5.51) | ||||
| [mm] | 180 (7.09) | 180 (7.09) | 180 (7.09) | 260 (10.24) | ||||
| [mm] | 200 (7.87) | 200 (7.87) | 220 (8.66) | 240 (9.45) | ||||
标准 | CE, cULus, c-tick | ||||||||
接口 | |||||||||
USB | 微型 USB | ||||||||
脉冲串输入 | 2 个通道，一个只用于 5 V 差分信号，一个用于 24 V 单端信号 | ||||||||
脉冲串编码器输出 | 5 V 差分信号，相 A、B、Z | ||||||||
数字量输入/输出 | 10 个输入，NPN/PNP；6 个输出，漏型 | ||||||||
模拟量输入 | 2 个模拟量输入，输入电压范围 ±10 V，13 位 | ||||||||
模拟量输出 | 2 个模拟量输出，输出电压范围 ±10 V，10 位 | ||||||||
S7-200 SMART PLC 将微处理器、集成电源、输入和输出电路、运动控制、RS-485 通讯口以及以太网通讯口组合到一个设计紧凑的外壳中形成了功能强大的控制器。S7-200 SMART PLC 集成的 RS-485 口支持 PPI、modbus RTU 、USS 等通讯协议，扩展 SB CM01 RS485/232 通信板可以使用 RS-485 或 RS-232 连接方式。
SIMATIC RF200R 系列是一种紧凑型低成本读写装置，尤其适合在工业小型装配线和内部系统中使用。通过 RF200R 极为经济有效地实现 HF 范围（13.56 MHz，ISO 15693）内的中等性能识别任务。RF200R 读写装置可与 MOBY D 产品系列 (MDS Dxxx) 中的 ISO 数据载体一起使用。
S7-200 SMART PLC 使用 SB CM01 RS485/232 通信板可与 RF200R 读写器通过 RS-232 连接方式，采用 RFID_smart_library 指令库实现与 RF200R 进行通信来实现对数据载体的读写。
解决方案
本文以 ST40 CPU 和 RF260R 为例，具体讲解了S7-200 SMART PLC 采用 RFID_smart_library 指令库实现与 RF260R 的编程和调试过程。
图01. S7-200 SMART 与RF260R 设备的基本连接 1. RF260R读写器
2. SB CM01 RS485/232 通信板
3. S7-200 SMART PLC
4. MDS DXX数据载体
5. 电源末端开路的RS-232连接电缆
