西门子S7-1200 紧凑型plc在当前的市场中有着广泛的应用，作为经常与SINAMICS G120系列变频器共同使用的PLC，其USS通信协议的使用一直在市场上有着非常广泛的应用。本文将主要介绍如何使用USS通信协议来实现S7-1200与G120变频器的通信。 下图是本例中所使用的原理和接线图。
本例中使用的PLC硬件为： 本例中使用的G120变频器硬件为：
1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)
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 在Step7 Basic V10.5中建立一个项目，如图1所示。 在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模块CM1241 RS485模块，如图2所示。 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。 4. 2 G120参数设置 变频器的参数设置如下表所示。 序号功能参数设定值1工厂设置复位P0010302工厂设置复位P97013快速启动设置P001014电机额定电压P0304380V5电机额定功率P03075.5KW6电机额定频率P031050Hz7电机额定转速 P03111350r/min8USS命令源P070059频率设定源P01000510小电机频率P10800.0Hz11大电机频率P108150.0Hz12启动斜坡时间P112010.0S13延迟斜坡时间P112110.0S14结束快速启动设置P3900115 激活专家模式P0003316参考频率P200050.0Hz17USS数据传输速度P2010918USS从站地址P2011119USSPZD长度P2012220USS PKW长度P2013421 通信监控P2014022在E2PROM保存数据P0971123激活专家模式P0003324激活参数模式P00103025从G120中传输参数到BOPP08021 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一致。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. 1 S7 1200 PLC与G120 通过USS通信的基本原理 S7 1200提供了专用的USS库进行USS通信，如下图所示： USS_DRV 功能块是S7-1200USS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。 这些专用功能块与变频器之间的控制关系如下图所示： 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S7-1200PLC CM1241RS485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S7-1200CPU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。用户在一个S7-1200CPU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_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CM1241RS485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。 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。S7-1200USS 协议库默认的通信错误超时尝试次数是2次。 2．USS_DRV功能块的编程 USS_DRV功能块用来与变频器进行交换数据，从而读取变频器的状态以及控制变频器的运行。每个变频器使用唯一的一个USS_DRV功能块，同一个CM1241RS485模块的USS网络的所有变频器（多16个）都使用同一个USS_DRV_DB。 USS_DRV_DB：指定变频器进行USS通信的数据块。 ERROR： 程序输出错误。 DRIVE： 变频器的USS站地址。变频器参数P2011设置。 注意：变频器的PKW的长度在这里是特殊需要注意的，在使用USS通信时必须是4，如果改成3或者127都将不能读取反馈回来的过程值。
USS_RPM功能块的编程 如下图所示。 USS_RPM功能块用于通过USS通信从变频器读取参数。 REQ： 读取参数请求。 DONE： 读取参数完成。 注意：进行读取参数功能块编程时，各个数据的数据类型一定要正确对应。如果需要设置变量读取参数时，注意该参数变量的初始值不能为0，否则容易产生通信错误。
USS_WPM功能块的编程如下图所示。 USS_WPM 功能块用于通过USS通信设置变频器的参数。 DONE： 读取参数完成。 注意：对写入参数功能块编程时，各个数据的数据类型一定要正确对应。如果需要设置变量进行写入参数值时，注意该参数变量的初始值不能为0，否则容易产生通信错误。
S7-1200 PLC 通过CM1241 RS485模块与变频器进行USS通信时，需要注意如下几点：
在S7-1200 PLC 与变频器的USS通信的实际使用过程中，需要根据网络的现场情况，对问题进行具体的解决。 |
1、前言
我们都知道，使用传统的普通平头设备的进行工件的平头操作，平头面的光滑度和平面度，会受到刀具的程度以及操作人员的熟练程度等诸多因素的影响。鉴于存在这种问题，我们研制了数控平头机，它可以按照输入的进刀曲线连续工作，始终保持高精度和高效率，从而充分保证平头质量。
2、控制要求
数控平头机控制要求为：
（1）控制系统应可调整刀头加工程序；
（2）不同的加工阶段可以选择不同的加工速度和加工深度。空程的时候的进刀曲线如图1所示，加工时的进刀曲线如图2所示；
（3）主轴转速应可调节，且范围应宽广；
（4）加工度高，加工材料平面的光滑度要求为Ra≤1.6μm；
（5）定尺尺寸精度：±0.5mm
3、系统的硬件设计
根据系统的控制要求配置硬件如下：
可编程控制器：1个西门子公司的S7-200系列CPU222PLC；
人机界面：1个DP210；
外设：2个步进电动机、2个步进电机驱动器、2个三相电动机、1台变频器、1个EM222、8个电磁开关、4个光电传感器和1个霍尔传感器。系统的硬件结构如图3所示。
3.1 系统的I/O点分配
由硬件结构图可知,系统需要5个输入点和14个输出点.CPU222PLC有8个输入点和6个输出点,需要增加一个扩展模块,选用8点输出的数字量扩展模块EM222.输入点是I0.0-I0.7;输出点是Q0.0-Q0.5和Q1.0-Q1.7,分配情况见下表1和表2:
3.2 控制器
系统的关键的设备部分是PLC。PLC是以单片机为核心专门用于工业过程自动化控制的电脑器件，具有极高的可靠性和稳定性。本系统选用西门子公司的S7-200系列CPU222PLC作为控制的核心，利用CPU222的2路独立的20KHz的高速脉冲输出来控制步进电动机的运动。此高速脉冲信号不能直接驱动步进电动机，需通过步进电机驱动器将功率放大后才能起作用。5路数字量输入分别与5个传感器相连接，用来判断步进电机的位置、工件的位置、刀头的位置。14路数字量输出中，有6路用来控制步进电机驱动器，8路用来控制电磁阀开关。
PLC本机有一个通讯口，为标准的RS-485借口，在PLC与上位机进行通讯时需将RS-485接口转换成标准的RS-232接口，可以采用四门子提供的隔离型PLC/PPI电缆进行转换。该电缆有拨码开关可以进行设置。在上位几上将控制软件编写好后，通过此线下载程序并监视程序的运行情况。为了降低成本，在程序调试好以后就可以不必用上位机进行操作和控制，而是用简单的操作面板即可。本系统选择是DP210操作面板。
3.3 系统的外设
根据系统对刀具加工精度的高要求，选用步进电机来控制加工程序。步进电机可以到一个脉冲，在本系统中一个脉冲的精度是0.005mm。步进电机驱动器用于驱动步进电机,从而控制刀头的动作,完成平头。步进电机驱动器接收到PLC的信号,包括CP步进脉冲信号,DIR方向信号,FREE脱机信号,经过其内部的功放电路和处理电路后输出到后面连接的两相步进电机。步进电机根据信号的编号来产生相应的动作。电磁阀直接接受来自PLC的控制信号产生动作。PLC直接接受传感器的信号,通过内部程序的运算和逻辑判断来决定输出。
变频器用来控制主轴三相电机的转速。本系统中变频器采用基本参数运行模式,由电位器来设定运行频率,变频器的启动和停止由外部端子控制.根据不同工件的特点,通过旋转电位器来改变主轴电机的转速,外部端子的信号由PLC的第12路数字量输出控制。
4、 系统的软件设计
系统的软件包括人机交互界面DP210程序和系统的主控程序。DP210程序完成操作人员同PLC之间的对话，主要是各个操作画面之间的相互转换和每个操作画面当中各个按键动作所对应的PLC程序的控制位。程序画面要与生产现场的工作流程相适应，越是前面的画面就越是使用率高的画面。
PLC程序接收到DP210的操作信号后，按照工作要求进行整个刀头工作的控制。主程序的流程图如图4所示。PLC主控程序中的核心控制是对步进电机的控制，启动1#步进电机的程序如图5，控制电机方向的程序如图6。
5、结束语
本文所设计的系统操作简单，加工产品范围广，加工精度高，已经成功应用于生产实践中。该平头机目前已经在某材料生产厂进行规则几何体的平头。自从开始生产以来，该系统运行稳定，产品质量显著提高，废品率明显下降。极大的减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率，还可以用于其它器件的平头。我们设计一定范围内的刀头尺寸以适应不同工件尺寸的平头动作，且具有可更换功能。