西门子EM231CN模块

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1 初学者入门

1.1 必要条件
> 必须有一个S7-300 站，带电源模块、CPU314-2 DP 和SM 338(订货号：6ES7 338-4BC01-0AB0)；
> STEP 7（> 4.0.2.1）必须被正确安装在编程器上；
> 编程器已经按照实际硬件设备，正确建立了一个S7-300 站；
> 编程器已经通过编程介质（如：CP5511、CP5512、CP55611 或者PC Adapte，外加通讯电缆“MPI 电缆”、“RS232 电缆”）正确连接到S7-300 站的CPU 编程口上。

1.2 端子连接图和框图

布线规则：
在对模板进行接线时， 应注意以下事项：
1. 编码器电源的接地与CPU 的接地不隔离。因此，应将SM 338（M）的引脚2 以低阻抗连接到CPU 的接地；
2. 编码器导线（引脚3-14）必须屏蔽，较好使用双绞电缆。并将任一端的屏蔽层进行支承；
3. 为了支承SM 338 的屏蔽层，应使用支承元件（订货号：6ES7 390-5AA00-0AA0）；
4. 如果**出编码器的较大输出电流（900 mA）， 必须连接一个外部电源。

1.3 SM338参数配置
你可以使用STEP 7 对SM 338 进行参数赋值。但必须在CPU 处于“STOP“ 模式下进行。当你设定完所有的参数后，应将参数从编程器下载到CPU 中。当CPU 从“STOP “模式转换为“RUN“ 模式时，CPU 即可将参数传送到SM 338。不能通过用户程序对参数重新赋值。

SM 338 的参数概述：
SM 338 的可编程参数概述及其缺省值，见下表。（如果你没有使用STEP 7 进行参数赋值，将使用缺省设置。） 注意：

参数	数值范围	缺省值
使能“诊断中断“OB82	有/无	使能参数，所有的3 个通道均
		工作
SSI **值编码器类型：	无/13 位/21 位/25 位	无：编码器输入被关掉；
位报文帧长度		SSI 位置检测的数据传输率。
代码类型	格雷码/二进制码	注意电缆长度和波特率之间的关系。
传输速率
		单稳时间是两个SSI 报文桢之间的时间间隔。
单稳时间	125kHz / 250kHz / 500kHz / 1MHz
		所编程的单稳时间必须大于**值编码器的单稳时间。
标准化：		由于标准化，编码器的数值将在地址区内右移。不相关的地址区将被去除
	0 – 12
位置
	Feb 92
步进/分辨率
FREEZE 功能	关闭/ 0 / 1	数字量输入的上升沿信号，触发编码数值的保持

注意：
> 传输速率和单稳时间会影响非等时模式中**值编码器值的精度；
> 在等时模式中传输速率和单稳时间将影响FREEZE 功能的精度(参见编码器制造商的技术规范)；
> 所编程的单稳时间必须大于**值编码器的单稳时间；
> **值编码器的单稳时间将使用以下限制：

(1/传输速率) < “**值编码器的单稳时间” < 64μs + 2 x (1/ 传输速率)

1.4 使能FREEZE 功能
用FREEZE 功能可以“ 保持“SM 338 当前的编码值。FREEZE 功能连接到SM 338 的数字量输入“DI 0“ 和“DI 1“。

通过“DI 0“ 和“DI 1“的沿变化(上升沿)触发“保持“功能。通过判断位31(输入地址) 的状态（0 和1），识别被保持的编码值。一个数字量输入可以“保持”1 个、2 个或3 个编码器值。

必须使能FREEZE 功能，也就是说用STEP 7 进行参数赋值。（如图）

直到FREEZE 功能结束前，将始终保持编码器值，并可以作为结果的一个功能进行评
估。

结束FREEZE 功能可以对每个编码器输入结束FREEZE 功能。可以用STEP 7 运行“T PQBxyz“ ，在用户程序中对0、1 和2 位置位来响应该功能。响应后，相应的编码器值的31 位被删除，并重新刷新。编码器值又可以再次被保持。一旦模板的输出地址的响应位被“复位” ，则编码器值可以再次被保持。

在等时模式中，在To 时间段进行响应。从该时间段，通过数字量输出可以再次保持编码器数值。

1.5 地址分配

1.5.1编码值的数据区
SM 338 的输入和输出都编址为初始模板地址。在使用STEP 7 进行SM 338 组态过程中，可以确定输入和输出地址。

1.5.2输入地址

编码器输入	输入地址（组态）+地址偏移量
0	“初始模板地址“
1	“初始模板地址“+ 4 字节地址偏移量
2	“初始模板地址“+ 8 字节地址偏移量

 

1.5.3编码器输入的数据双字结构：
每个编码器输入的数据双字具有如下结构：

1.5.4输出地址

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1.5.5读取数据区

你可以在用户程序中， 使用STEP 7 运行L PID“xyz“(或者LAD 的“Move“指令)读取数据区。

1.6 程序编制，编码值的存取和保存功能使用实例
假设你想在编码器输入处读取，并且评估编码值。“初始模板地址“ 为“256“。OB1 程序如下：

之后，你可以继续从位存储地址区MD 100、MD 104 和MD 108 读取编码值。编码值保存在存储双字的位0 到位30 中。

1.7 诊断中断程序编制本节将阐述SM 338 的诊断中断行为。
SM 338 可以触发诊断中断。有关下述OB 和SFC，参见STEP 7 的在线帮助， 其中阐述更为详细。

1.7.1使能诊断中断
没有预置中断，换言之，即如果没有相应的参数赋值，中断将被禁止。应使用STEP 7 赋值中断使能的参数。

1.7.2诊断中断OB82 程序编制
如果你已使能诊断中断，当前的错误事件（故障的初始发生）和排除故障事件（ 故障排除后的报文）都可通过中断来报告。

CPU 可以中断用户程序的执行，处理诊断中断块（OB 82）。在用户程序中，你可以调用OB 82 中的SFC 51 或SFC 59，以从模板中获得更为详细的诊断信息。

诊断信息在OB 82 退出之前都是一致的。当OB 82 退出时，将对模板作出诊断中断响应。

OB82 程序如下：

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2 订货号
6ES7 338-4BC01-0AB0

3 特点
位置检测模板SM 338 具有以下特性：
> 连接较多3 个**值编码器(SSI)，2 个数字量输入（用于保留编码器数值）
> 提供位置编码器数值， 用于STEP 7 软件程序的进一步处理；
> 可在用户程序中处理SM 338 采集的编码值；
> 等时模式；
> 24 VDC 额定输入电压；
> 与CPU 隔离；

4 所支持的编码器类型
位置检测模板SM 338 支持以下编码器类型：
> 带13 位报文帧长度的编码器；
> 带21 位报文帧长度的编码器；
> 带25 位报文帧长度的编码器；
> 编码器值的持续时间取决于传输和处理方法；
> 单稳时间**过64μs 的编码器不能用于SM 338 。

5 所支持的数据格式
支持格雷码和二进制码数据格式。

6 等时模式

6.1 硬件需求
> CPU 需要支持时钟功能；
> DP Master 需要支持“ 等时模式“；
> DP 接口模块（IM153-x）需要支持“等时模式“ 。

6.2 特性
> 根据系统参数的设置， 位置检测模板SM 338 既可以工作在“非等时模式“，也可以工作在“等时模式“；
> 在“等时模式“下，“DP Master“和“位置检测模板SM 338“之间，可以在“PROFIBUS DP” 通讯循环中，同步进行数据交换。所有“位置检测模板SM 338 “的16 个信号输入字节，保持一致、协调；
> 如果，当前“PROFIBUS DP“ 通讯循环中，由于“等时模式“失败造成其他的错误。那么， 在下一个“PROFIBUS DP “通讯循环中，“位置检测模板SM 338”可以自动恢复“等时模式“，而没有任何的错误反应；
> 如果“等时模式“失败，“位置检测模板SM 338“的16 个信号输入字节，将无法自动更新。

7 检测编码值
**值编码器以报文桢的形式向SM 338 传送编码值。通过SM 338 启动报文桢的传送。
> “非等时模式“的编码值检测可以随时进行；
> 在“等时模式“的编码值将在PROFIBUS DP 循环中的Ti 时间内同步进行检测。

7.1 “非等时模式“编码值检测
> SM 338 在每个参数化的单元时间间隔内执行报文桢的传送。
> SM 338 在刷新速率的循环中，与自由运行的报文桢异步地处理检测到的编码值。

7.2 “等时模式“编码值检测
> 当在DP 主站系统中的等距离总线循环被激活，以及DP 从站与DP 循环同步时， 将自动执行同步编码值的检测；
> SM 338 在每个PROFIBUS DP 循环的Ti 时间执行报文桢的传送；
> SM 338 以PROFIBUS DP 循环的时钟速率处理所传送的编码值。

8 格雷码与二进制码的转换
当设置为格雷码时，**值编码器以格雷码形式提供的编码值转换为二进制码。当设置为二进制码时，所发送的编码值将不进行转换。

9 传送的编码器值和规格化
被传送的编码器值，包括**值编码器的编码器位置。根据所使用的编码器，位于编码器位置之前和之后的其它位、连同编码器位置一起传送。

为了让SM 338 识别编码器位置， 应*：
> 位置(0 至12)；
> 步/分辨率。

编码器值标准化举例：
例如，当使用单圈编码器时，2（的9 次方幂）步=512 步/分辨率(分辨率/360°)。
在STEP 7 中进行下列参数设置
> 编码器**值：13
> 位标准化：4 个位置
> 步/分辨率：512

10 SM 338 的错误诊断

SM 338 可以提供所有诊断报文，而*其它操作。西门子EM231CN模块

10.1 在STEP 7 中诊断报文后的动作
每个诊断报文都会致使以下动作：

> 诊断报文被输入到模板的诊断中， 并传送到CPU；
> 模板中的SF 指示灯亮；
> 如果你已使用STEP 7 对“使能诊断中断“进行了编程， 将触发一个诊断中断，并调用OB 82。

10.2 读出诊断报文

你可以通过用户程序中的SFC，读出详细的诊断报文（参见附录“信号模板的诊断数据”）。在模板诊断中，你可以查看STEP 7 中的故障原因（参见STEP 7 的在线帮助）。

10.3 SF 指示灯指示的诊断报文
> SM 338 通过SF 指示灯（组故障指示灯）指示错误。只要SM 338 一触发诊断报文，SF 指示灯就亮。当所有错误被排除之后，指示灯就熄灭。
> 如果出现外部故障（传感器电源短路），组故障（SF）指示灯也亮，与CPU 的运行状态无关（如果通电）。
> 在启动时以及SM 338 自测试时，SF 指示灯都亮一下。

10.4 SM 338；POS-INPUT 的诊断报文

下表概述了SM 338 的诊断报文

诊断报文	LED	诊断监测
模板有问题	SF	模板
内部故障	SF	模板
外部故障	SF	模板
通道错误	SF	模板
外部辅助电源故障	SF	模板
模板没有参数化	SF	模板
参数错误	SF	模板
通道信息可用	SF	模板
触发监测	SF	模板
通道错误	SF	通道（编码器输入）
组态/参数赋值出错	SF	通道（编码器输入）
外部通道错误（编码器错误）	SF	通道（编码器输入）

10.5 故障原因及排除

诊断报文	LED	诊断监测
模板故障	模板检测到一个错误
内部故障	模板检测到PLC 中的错误
外部故障	模板检测到PLC 外的错误
通道错误	某些通道有故障
外部辅助电源故障	没有模板的电源电压L+	馈入模板的电源电压L+
模板没有参数化	模板需要使用系统缺省参数，或者你规定的参数。	通电后报文排队，直到CPU 参数传送完毕。根据需要参数化模板。
参数错误	一组或者多组参数不合理	重新赋值模板参数
存在通道信息	通道错误； 或者模板可以提供其他通道信息
看门狗断开	临时的高电磁干扰	排除干扰
通道错误	在编码器输入处检测到模板通道的错误
组态/参数赋值出错	传送给模板的参数非法	重新赋值模板参数
外部通道错误（编码器错误）	编码器电缆断线，没有连接编码器电缆或编码器故障	检查所连接的编码器

西门子MM4系列变频器都集成了串行接口，支持USS通信协议，通过USS协议可以对变频器进行控制和读写变频器参数。使用S7-300PLC有以下两种通讯方案：

1. 按照USS协议要求编写通讯报文，计算BCC校验，适用于从站数量比较少，较简单的应用；
2. 采用DriveES SIMATIC软件提供的S7-300库程序，自动生成从站轮询表程序，适用于从站数量比较多，较复杂的应用。

本文主要介绍通过**种方案实现CPU314-2PtP与MM440的USS通讯。使用S7-300编写USS通讯程序分为以下几个步骤：

1. 依据USS协议编写报文；
2. 使用S7-300提供的串口数据发送程序发送USS报文；
3. 使用S7-300提供的串口数据接收程序接收USS报文；
4. 依据USS协议分析接收到的报文。

本文根据这4个步骤编写了如下内容：*1节简单介绍USS协议内容，了解USS协议报文格式；*2节根据USS协议列举了4条报文；*3节介绍PLC和变频器USS通讯的硬件组态；*4节介绍通过调用PLC中的发送和接收功能块实现USS协议报文的发送和接收。

1 USS协议介绍
USS协议是西门子专为驱动装置开发的通信协议。USS的工作机制是，通信是由主站发起，USS主站不断循环轮询各个从站，从站根据收到的指令，决定是否响应主站。从站不会主动发送数据。从站在以下条件满足时应答主站：接收到主站报文没有错误，并且本从站在接收到主站的报文中被寻址，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。USS的字符传输格式为11位，其中1位起始位、8位数据位、1偶校验、1位停止位。如下表所示：

起始位	数据位								校验位	停止位
1	0	1	2	3	4	5	6	7	偶X1	1
	LSB							MSB

USS字符帧结构

 

USS协议的报文由一连串的字符组成，协议中定义了它们的功能，如下表所示：

STX	LGE	ADR	有效据区					BCC
			1	2	3	…	n

USS报文结构

 

? STX：长度1个字节，总是为02（Hex），表示一条信息的开始；
? LGE：长度1个字节，表明在LGE后字节的数量，上表中黄色区域长度；
? ADR：长度1个字节，表明从站地址；
? BCC：长度1个字节，异或校验和，USS报文中BCC前面所有字节异或运算的结果；
? 有效数据区：由PKW区和PZD区组成，如下表所示。

PKW区						PZD区
PKE	IND	PWE1	PWE2	…	PWEm	PZD1	PZD2	PZD1	PZDn

USS有效数据区

 

PKW区用于主站读写从站变频器参数：
? PKE：长度一个字,结构如下表，任务或应答ID请参考《MM440使用大全》*13章。
Bit15- Bit 12 Bit 11 Bit 10-Bit 0

Bit15- Bit 12	Bit 11	Bit 10-Bit 0
任务或应答ID	0	基本参数号PNU

PKW结构

 

变频器参数号<2000时，基本参数号PNU=变频器参数号，例如P700的基本参数号PNU=2BC（Hex）（700（Dec）=2BC（Hex））。
变频器参数号>=2000时，基本参数号PNU=变频器参数号-2000（Dec），例如P2155的基本参数号PNU=9B（Hex）（2155-2000=155（Dec）=9B（Hex））。

? IND：长度一个字，结构如下表。

Bit15- Bit 12	Bit 11- Bit 8	Bit 7 - Bit 0
PNU扩展	0（Hex）	参数下标

IND结构

变频器参数号<2000时，PNU扩展=0（Hex）。
变频器参数号>=2000时，PNU扩展=8（Hex）。
参数下标，例如P2155[2]中括号中的2表示参数下标为2。
? PWE：读取或写入参数的数值
PZD区用于主站与从站交换过程值数据：
? PZD1： 主站?从站 控制字
主站?从站 状态字
? PZD2： 主站?从站 速度设定值
主站?从站 速度反馈值
? PZDn： MM430/440支持较多8个PZD，MM420支持较多4个PZD

根据传输的数据类型和驱动装置的不同，PKW和PZD区的数据长度不是固定的，可以通过P2012、P2013 设置。本例采用4PKW，2PZD报文格式。

6GT28114AA000AA1
6GT28114AA001AA0
6GT28114AA001AA1
6GT28114AA002AA1
6GT28113BA000AA0
6GT28113BA001AA0
6GT28113BA002AA0
6GT28113BA000XA0
6GT28110AB000AA0
6GT28110AB001AA0
6GT28110AB002AA0
6GT28001CA00
6GT28005BA00
6GT28004BB00
6GT28005BB00
6GT28005BD00
6GT28004AC00
6GT28005AC00
6GT28005BE00
6GT28006BE00
6GT28005DA00
6GT26900AE00
6GT26900AG00
6GT26900AH00
6GT26900AH10
6GT26900AL00
6GT26900AK00
6GT26000AA10
6GT26000AB10
6GT26000AC10
6GT26000AD10
6GT26000AD11
6GT26000AD000AX0
6GT26000AE00
6GT26000AF00
6GT26000AG00
6GT26001AA010AX0
6GT26001AB000AX0
6GT26001AD000AX0
6GT26003AA10
6GT26003AC00
6GT26004AA00
6GT26004AB00
6GT26004AC00
6GT26004AD00
6GT26004AE00
6GT26004AF00
6GT26004AG00
6GT26004AH00
6GT26004AK000AX0
6GT28102AB00
6GT28102AB01
6GT28102AB010AX1
6GT28102AB020AX0
6GT28102AB03
6GT28102AB04
6GT28102AE800AX2
6GT28102AE800AX0
6GT28102AE801AX2
6GT28102AE802AX2
6GT28102AC00
6GT28102AC10
6GT28102AE800AX1
6GT28102AG80
6GT28102AG800AX0
6GT28102AG800AX1
6GT28102AG800AX2
6GT28102AG800AX3
6GT28102AG800AX4
6GT28102AG800AX5
6GT28102AG00
6GT28102AG10
6GT28102BB80
6GT28102BB800AX0
6GT28102BB800AX1
6GT28102HC81
6GT28102EE00
6GT28102EE01
6GT28102EC00
6GT28102EC10
6GT28102DC00
6GT28102DC10
6GT28102HG80
6GT28982AA00
6GT25003BF10
6GT25005BF20
6GT25005CE10
6GT25005CF10
6GT25005JK10
6GT20000CA10
6GT20000CA20
6GT20000CD300AD0
6GT20000DC000AA0
6GT20000DG10
6GT20001CF00
6GT20900CA00
6GT20010AA00
6GT20010AA000AX0
6GT20010AC00

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