西门子CPU221中央控制单元

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串行接口USS通信

USS(通用串行接口)协议是西门子公司推出的用于控制器(PLC/PG/PC)与驱动装置之间数据交换的通信协议。早期的 USS 协议主要用于驱动装置的参数设置，后因其协议内容简单、对硬件的要求比较低，也越来越多地被用于驱动器/变频器的通信控制。

  USS 协议提供了一种低成本的、相对简单的控制方式，可用于一般水平的驱动装置控制

  USS 协议主要有如下几个特点：

  ① 支持多点通信，物理层可使用 RS485 网络;

  ②采用主-从的通信方式，网络中*多可以有1个主站和31个从站;

  ③ 单双工通信方式，可发送和接收，但不能同时进行;

  ④ 报文简单可靠，数据长度可变。

  图 4-48 是 USS 通信网络的拓扑图。

  图4-48 USS通信网络拓扑图

  在 USS 协议中，网络中只有1个主站，主站一旦确定不能更改;每次通信都必须由主站发起，主站发出的通信报文中包含了从站的地址，只有被点名的从站可以应答主站的请求;从站与从站之间不能直接进行通信。

  主站与从站之间的报文传输有以下三种方式。

  (1)周期性报文传输(Cyclic Telegram Transfer)

  在周期性报文传输过程中，主站每隔一段时间就发送报文给从站，每一个从站都可以接收到主站发送的报文。对于从站而言，当接收到的报文没有错误，并且报文中的地址是本站的地址时，从站必须应答。当主站接收到从站的应答后，便与从站建立了逻辑上的连接。在周期性报文传输中，主站与从站之间都会设置一个监控时间，当超时没有接收到报文时，会提示通信错误。

  (2)非周期性报文传输(Acyclic Telegram Transfer)

  一般来讲，报文的传输都是周期性的，但一些用于诊断和服务的报文可以非周期性的方式进行。在非周期性报文传输中，无法设置监控时间。

  (3)广播(Broadcast)

  主站通过将通信报文中的广播位置1来实现广播通信(详见后续报文结构)。在广播通信中，所有的从站都能收到广播报文，并且不需要应答。

  接下来我们来看看 USS 协议的报文结构，如图 4-49 所示。

  图4-49 USS 协议报文结构

  STX：起始字节，值为 02 Hex，表示报文的开始。 LGE：第二个字节，表示报文的长度。

  ADR：第三个字节，表示从站的地址及其他信息。

  净数据区：n 个字节，表示数据的内容(n ≤ 252)，包括 PKW 和 PZD 两部分。 BCC：*后一个字节，BCC 校验码。

  报文的长度 LGE 是指数据长度n 加上 ADR 和 BCC，也就是 n 2 个字节。地址字节

  ADR的第0~4位用来表示从站地址，第5位是广播标志位，第6位是镜像标志位，第7位是特殊用途标志位，如图 4-50 所示。

  图4-50 ADR的结构

  由于从站地址的范围是5个二进制位，因此能够表示的*大值为十进制数31，这也决定了USS协议*多能支持31个从站。广播报文是把ADR的第5位置1。镜像报文是把ADR 的第 6 位置 1。当从站接收到主站的镜像报文后，会原封不动地将其发回给主站。镜像报文功能可在调试时用于测试网络通信的质量。

  USS 协议允许主站与从站之间传递不同于标准驱动装置的报文。这些非标准报文被称为特殊报文。这样一来，在同一条总线上，就可能同时存在标准报文和特殊报文两种情况。为了进行区分，特殊报文的 ADR 地址的第7位被置1。具有特殊报文处理能力的从站可以接收特殊报文并进行处理，而普通从站会忽略特殊报文。

  USS 报文帧中的净数据区包括 PKW 数据和 PZD 数据。

  ①PKW数据区 用来读取或修改变频器的参数，包括以下三个部分。

  a. PKE：无符号整型，表示变频器参数代码。

  b. b.IND：无符号整型，表示变频器的参数索引。

  c. c.PWE：无符号整数，表示参数的值。

  PKW 数据区的长度由变频器参数 P2013 确定。例如，当P2013=3 时，PKW总共有3个字(6 个字节)长度;PKW=127 表示数据长度可变。

  ② PZD 数据区 变频器的循环过程字，用来控制电机的启停及调速。PZD 的数据类型为无符号整型，取值可以是 2、4、6、8，默认是 2。

  PZD 的长度由变频器的参数 P2012 确定。例如，当 P2012=2时，PZD包括PZDI和 PZD2

  两个字。PZD1 表示变频器的控制字/状态字;PZD2 表示速度的设定值/速度的反馈值。

  PKW=3 及 PZD=2 的 USS 报文帧如图 4-51 所示。

  图4-51 USS协议报文结构