辽宁西门子分公司

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1 PWM功能简介
PWM(脉冲宽度可调)是一种周期固定，脉宽可调节的脉冲输出，如图1示，PWM功能虽然使用的是数字量输出，但其在很多方面类似于模拟量，比如它可以控制电机的转速，阀门的位置等。S7-1200 CPU提供了两个输出通道用于高速脉冲输出，分别可组态为PTO或PWM，PTO的功能只能由运动控制指令来实现，PWM功能使用CTRL_PWM指令块实现，当一个通道被组态为PWM时，将不能使用PTO功能，反之亦然。
图1所示为PWM原理

脉冲宽度可表示为脉冲周期的百分之几（0-**），千分之几（0-1000），万分之几（0-10000）或S7 analog(模拟量)形式，脉宽的范围可从0（无脉冲，数字量输出为0）到全脉冲周期（无脉冲，数字量输出为1 ） 。

1 脉冲周期 2 脉冲宽度

图1 PWM原理

2 PWM功能组态
CPU的两路脉冲发生器，使用特定的输出点，如图2所示，用户可使用CPU集成输出点或信号板的输出点，表中所示为默认情况下的地址分配，用户也可自己更改输出地址，无论点的地址如何变化，PTO1/PWM1总是使用**组输出，PTO2/PWM2使用紧接着的一组输出，对于CPU集成点和信号板上的点都是如此。PTO在使用脉冲输出时一般占用2个输出点，而PWM只使用一个点，另个没有使用的点可用作其它功能。

脉冲功能输出点占用如图2

图2 脉冲功能输出点占用

组态步骤
1. 进入Device Configuration（设备组态）界面，选中CPU,点击属性，选中Pulse Generator(PTO/PWM)。如图3

图3进入设备组态

2. 组态脉冲发生器参数，如图4。

图4 脉冲发生器组态

1 Pulse generator used as（脉冲输出类型）：用于选择PTO或PWM输出。
2 Output source（输出源）：选择是CPU集成点输出或信号板输出。
3 Time Based（时基）：Milliseconds（毫秒），Microseconds（微秒）
4 Pulse width format（脉宽形式）:Hundredths(百分比),Thousandths（千分比）,ten thousandths（万分比）,S7 analog format（S7模拟量）。
5 Cycle time（周期）：脉冲的周期值只能在此修改。
6 Intial pulse width(初始脉宽)。
图5所示为系统*的硬件输出点

图5 PWM硬件输出点

图6为PWM所分地址

图6 PWM脉宽调制地址

1 Start address（起始地址）:此地址为WORD类型，用于存放脉宽值，用户可在系统运行中实时修改此值达到修改脉宽的目的，默认情况下，PWM1使用QW1000，PWM2使用QW1002。
2 Process Image（过程映像区）：由于脉宽值存放地址为过程映像区，这里选择更新方式，默认为周期更新。
3 HW ID（硬件识别号）。

3 PWM指令块
S7-1200 CPU使用CTRL_PWM指令块实现PWM输出，如图7.在使用此指令块时需要添加背景数据块，用于存储参数信息。

图7 PWM指令块

PWM指令块参数如表1

参数	数据类型	描述
PWM	WORD	填写硬件识别号，即组态参数中的HW ID
Enbale	BOOL	1= 使能指令块
		0= 禁止指令块
Busy	BOOL	功能应用中
Status	WORD	状态显示

表1 PWM指令块参数

当EN端变为1时，指令块通过Enable端使能或禁止脉冲输出，脉冲宽度通过组态好的QW来调节，当CTRL_PWM指令块正在运行时，BUSY位将一直为0。
有错误发生时ENO端输出为0，同时STATUS显示错误状态，如图2

Status 值	描述
0	无错误
80A1	硬件识别号（HW ID）非法

表2 错误状态

4 应用举例
使用模拟量控制数字量输出，当模拟量值发生变换时，CPU输出的脉冲宽度随之改变，但周期不变，可用于控制脉冲方式的加热设备。此应用通过PWM功能实现，脉冲周期为1S，模拟量值在0-27648之间变化。

1硬件组态
在硬件组态中定义相关输出点，并进行参数组态，双击硬件组态选中CPU
定义IW64为模拟量输入，输入信号为0-10V DC。
PWM 参数组态如下

图8所示为硬件参数组态

图8 硬件参数组态

图9所示为硬件输出点与脉宽地址定义

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图9 硬件输出点与脉宽地址

2建立变量
在变量表中建好变量，如图10

图10 PWM示例建立变量

3程序编制
在定义完变量后，打开OB1，从指令列表中将CTRL_PWM指令块拖入编辑器中，并定义背景数据块，最后添加模拟量赋值程序。如图11

图11 PWM示例程序编制

4监控
在状态表中监控变量如图12，使能PWM_Enable，通过外部模拟电位计，改变输入电压“Analog_input”值，脉冲以1S的固定周期，脉宽随“Pulse Width”变化。

图12 PWM示例监控变量

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。

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。
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。

序号	功能	参数	设定值
1	工厂设置复位	P0010	30
2	工厂设置复位	P970	1
3	快速启动设置	P0010	1
4	电机额定电压	P0304	380V
5	电机额定功率	P0307	5.5KW
6	电机额定频率	P0310	50Hz
7	电机额定转速	P0311	1350r/min
8	USS命令源	P0700	5
9	频率设定源	P01000	5
10	较小电机频率	P1080	0.0Hz
11	较大电机频率	P1081	50.0Hz
12	启动斜坡时间	P1120	10.0S
13	延迟斜坡时间	P1121	10.0S
14	结束快速启动设置	P3900	1
15	激活*模式	P0003	3
16	参考频率	P2000	50.0Hz
17	USS数据传输速度	P2010	9
18	USS从站地址	P2011	1
19	USS PZD长度	P2012	2
20	USS PKW长度	P2013	4
21	通信监控	P2014	0
22	在E2PROM 保存数据	P0971	1
23	激活*模式	P0003	3
24	激活参数模式	P0010	30
25	从G120中传输参数到BOP	P0802	1

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．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。

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