Giao thức truyền thông USS

+Là kỹ thuật truy cập theo nguyên tắc Master – Slave cho truyền thông qua 1 Bus nối tiếp và tối đa 31 slave có thể được kết nối với Bus, ở phương pháp này 1 PLC có thể điều khiển tối đa

Mục Lục

Mục Lục 1

I Ghép nối Hệ thống điều khiển PLC - Biến tần thông qua cổng truyền thông 1

II Cấu trúc giao thức USS 3

III Điều kiện để sử dụng giao thức USS 3

IV Thời gian yêu cầu cho việc truyền thông Biến tần 3

V Sử dụng các lệnh USS 4

VI.Các lệnh trong giao thức USS 5

1 Lệnh USS – INIT 5

2 Lệnh USS_CTRIL 6

3 Lệnh USS_RPM_x 9

VII Kết nối và cài đặt biến tần 13

1 Kết nối MM4 13

2 Cài đặt biến tần MM4 14

I Ghép nối Hệ thống điều khiển PLC - Biến tần thông qua cổng truyền thông.

2 Dùng các đầu vào/ra tương tự của PLC để thay đổi giá trị setpoint trong

điều khiển phản hồi, mỗi biến tần mất đi một đầu vào analog và một đầu ra analog Ngoài ra còn phải dùng các đầu vào/ra số để điều khiển biến tần

3 Điều khiển biến tần thông qua mạng Profibus, đối với loại MM3, MM4 của Siemens đã có sắn giao diện Profibus trên RS458 Port Nhưng đối với các ứng dụng nhỏ thì việc thiết kế một mạng Profibus sẽ đưa giá thành lên cao, do đó không kinh tế

4 Dùng Port 0 của PLC để kết nối tới các Port của biến tần, một PLC có thể kết nối tối đa với một mạng 31 biến tần Mạng này gọi là mạng USS Dạng kết nối điểm (Poin to Point) Ta có thể điều khiển toàn bộ chức năng của biến tần thông qua mạng này, ngoài

ra còn có thể giám sát được dòng điện, điện áp, tốc độ, chiều quay dựa vào các vùng nhớ của PLC dành riêng cho mỗi biến tần Chi phí cho mạng là thấp và tối ưu nhất cho các ứng dụng nhỏ và vừa

Biến tần 1

PLC S7 200 Biến tần 2

Biến tần 3

II Cấu trúc giao thức USS

+ Là phương thức truyền thông giữa PLC và biến tần chỉ của Siemen

+Là kỹ thuật truy cập theo nguyên tắc Master – Slave cho truyền thông qua 1 Bus nối tiếp và tối đa 31 slave có thể được kết nối với Bus, ở phương pháp này 1 PLC có thể điều khiển tối đa mạng gồm 31 biến tần, đây là dạng liên kết điểm-điểm Ta có thể điều khiển toàn bộ chức năng của biến tần thông qua mạng này Ngoài ra có thể giám sát các thông số của biến tần thông qua mạng này ví dụ : chiều quay, tốc độ các lỗi thường gặp…vv dựa vào các vùng nhớ của PLC dành cho mỗi biến tần

+ Cho phép truyền thông trực tiếp giữa PLC và biến tần Nghĩa là PLC có thể đọc trực tiếp các tham số từ biến tần

+ Thư viện USS cung cấp bởi Siemen, USS libraries gồm 4 khối chương trình chính(USS_INIT; USS_CTRL; USS_RPM_X; USS_WPM_X)

+ Cấu trúc USS sử dụng 14 chương trình con và 3 chương trình ngắt

+ Cấu trúc USS yêu cầu sử dụng 400-byte block miền nhớ V và 16-byte đệm giao tiếp.Vì vậy khi lập trình cần tránh sử dụng lại những vùng nhớ nằm trong khoảng vùng nhớ đã quy định cho USS

III Điều kiện để sử dụng giao thức USS

+ Thư viện lệnh của Step 7 – Micro/Win cung cấp 14 chương trình con, 3 thủ tục ngắt

và một tập lệnh (gồm 8 lệnh) hỗ trợ cho giao thức USS

+ Cáp kết nối: cáp chuẩn 485 với 1 chân truyền 1 chân nhận

+ Giao thức USS sử dụng Cổng 0 (Port 0) cho truyền thông USS

+ Sử dụng lệnh USS_INIT để lựa chọn Port 0 cho cả USS hoặc PPI Sau khi đã lựa chọn Port 0 cho truyền thông với chuẩn USS, không được sử dụng Port 0 cho bất kì mục đích khác bao gồm cả kết nối với Step 7 Micro/Win

+ Để phát triển các chương trình ứng dụng sử dụng giao thức USS, nên sử dụng CPU 226, CPU 226XM hoặc module EM 277 PROFIBUS – DP kết nối đến card PROFIBUS – CP ở máy tính

IV Thời gian yêu cầu cho việc truyền thông Biến tần

+ Số MM có trong mạng

+ Tốc độ baud

+ Thời gian vòng quét của S7 – 200

Sau khi lệnh USS_INT ấn định Port 0 cho giao thức USS, S7 – 200 sẽ thực hiện hỏi vòng tất cả các biến tần trong những khoảng thời gian sau:

Thời gian yêu cầu cho truyền thông

với MM Tốc độ

Thời gian hỏi vòng giữa các biến tần

PLC sẽ thực hiện quét tất cả các biến tần đang hoạt động với thời gian lấy mẫu

ở bảng bên trên.Ta phải set tham số time-out của mỗi drive phù hợp với thời gian này

V Sử dụng các lệnh USS

Các bước sử dụng các lệnh trong chương trình điều khiển S7 – 200 , cần phải

theo các bước sau:

1 Đưa lệnh USS_ INT vào trong chương trình và thực hiện lệnh này cho mỗi vòng quét Có thể sử dụng lệnh này để thiết lập các giá trị hoặc thay đổi các thông số truyền thông

2 Cấp phát vùng nhớ V cho thư viện lệnh bằng cách kích chuột phải (lấy từ

menu) trên Program Block trong cây thư mục

3 Cài đặt tham số về địa chỉ và tốc độ được sử dụng trong chương trình Drive

4 Dùng cáp để kết nối truyền thông từ S7 – 200 đến các drive

Lưu ý: Chỉ thực hiện một lệnh USS_INT trong chương trình cho mỗi Drive Có thể đưa vào nhiều lệnh USS_RPM_x hay USS_WPM_x khi được yêu cầu, nhưng chỉ một lệnh được làm việc trong một thời điểm

VI.Các lệnh trong giao thức USS

1 Lệnh USS – INIT

Cấu trúc lệnh:

+ Lệnh USS_INIT được sử dụng để thiết lập hoặc các tham số truyền thông, kích hoạt,

khởi tạo giao thức USS Trước khi bất kỳ một lệnh USS nào khác được sử dụng, lệnh USS_INIT phải được thực hiện xong

+ Lệnh này được thực hiện ở mỗi vòng quét đầu vào EN được tác động

+ Khi thay đổi các giá trị ban đầu của tham số thì sẽ thực hiện một lệnh USS_INIT mới

EN: chân kích hoạt USS_INIT(chỉ gọi USS_INIT 1 lần duy nhất).

Mode: giá trị là 010 ấn định Port 0 dùng cho giao thức USS và chỉ cho phép giao thức

này Nếu giá trị là 000 sẽ ấn định giao thức PPI cho Port 0 và không cho phép thực hiện USS

Baud: Tốc độ truyền thông: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600,

115200

Active: Xác định đầu địa chỉ của Drive Địa chỉ những biến tần sẽ được kích hoạt(mã

hóa dưới dạng thanh ghi bit nhị phân).Số địa chỉ hỗ trợ từ 0 đến 31

VD: Active có giá trị 3 thì 2 biến tần có địa chỉ 0 và 1 được kích hoạt

Done: Khi USS_INIT hoàn thành bit Done sẽ được kích lên mức 1.

Error: Byte báo lỗi.

Ðầu vào/ra Kiểu dữ

Mode Byte VB,IB,QB,MB,SB,SMB,LB,AC,Constant,*VD,*AC, *LD

Baud,Active Dword VD,ID,QD,MD,SD,SMD,LD,Constant,AC, *VD,*AC,*LD Done Bool I, Q, M, S, SM, T, C, V, L

Error Byte VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC,*VD,*AC,*LD

+ Khi lệnh USS_INIT kết thúc, đầu ra Done được set lên Đầu ra Error (kiểuByte) chứa kết quả thực hiện lệnh

2 Lệnh USS_CTRIL

Chức năng: Được sử dụng để điều khiển hoạt động của biến tần Mỗi chương trình con

USS_CTRL chỉ điều khiển 1 địa chỉ biến tần duy nhất Lệnh này được gửi tới địa chỉ của biến tần, địa chỉ được xác định tham số Active trong lệnh USS_INIT

- Chỉ có một lệnh USS_CTRIL được đưa vào Drive

Các thông số:

EN: bit phải ON trong quá trình điều khiển biến tần mới cho phép lệnh USS_CTRIL

hoạt động Lệnh này luôn thực hiện ở mức cao

Run (Run/Stop): cho thấy drive là on hoặc off Khi bit RUN ở mức cao, MM

nhận lệnh khởi động ở tốc độ danh định và theo chiều đã chọn trước 1(ON) / 0 (OFF)

Để Drive làm việc, các điều kiện phải theo đúng như sau:

+ Địa chỉ Drive phải được lựa chọn từ đầu vào Active trong lệnh USS_INIT

+ Đầu vào OFF2 và OFF3 phải được set về 0

+ Các đầu ra Failt và Inhibit phải là 0

Khi đầu vào RUN là _OFF_ một lệnh được chuyển đến MM để điều khiển giảm tốc

độ động cơ xuống cho đến khi động cơ dừng

OFF2: được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ chậm.

OFF3: được sử dụng để cho phép điều khiển MM dừng với tốc độ nhanh.

F_ACK(Fault Acknowledge): được sử dụng để báo lỗi từ Drive, khi có lỗi xảy ra fix

lỗi sau đó nhấn F_ACK để clear lỗi Các lỗi từ Drive được xóa thì F_ACK được chuyển từ 0 lên 1

Dir : Direction xác định hướng quay mà MM sẽ điều khiển.

Drive(Drive address): là địa chỉ của MM mà lệnh USS_CTRIL điều khiển tới Địa

chỉ hợp lệ từ 0 đến 31 (1 cấu trúc USS_CTRL chỉ điều khiển 1 biến tần)

Type: dùng để lựa chọn kiểu MM Đối với thế hệ MM3 (hoặc sớm hơn) đầu vào Type

được đặt 0; còn dối với MM4 giá trị đặt là 1

Speed – SP (Speed setpoint) : là tốc độ cần đặt theo tỷ lệ phần trăm Các giá trị âm sẽ

làm động cơ quay chiều ngược lại

Phạm vi đặt: -200% -> +200%

Resp_R (response received): báo nhận phản hồi từ drive Tất cả các hoạt động của

MM được thăm dò thông tin trạng thái Tại mỗi thời điểm S7-200 nhận được một phản hồi

từ drive, bit Resp_R được set lên và tất cả các giá trị tiếp theo được cập nhật

Error: là một byte lỗi chứa kết quả mới nhất của yêu cầu truyền

thông Drive (là byte chứa kết quả của lần truyền thông cuối cùng)

Error code Mô tả

0 No error

1 Drive did not respond

2 A checksum error in the response from the drive

3 A parity error in the response from the drive was

4 An error was caused by interference from the user

5 An illegal command was attempted

6 An illegal drive address was supplied

7 The communications port was not set up for USS

8 The communications port is busy processing an

9 The drive speed input is out of range

10 The length of the drive response is incorrect

11 The first character of the drive response is

12 The length character in the drive response is not

13 The wrong drive responded

14 The DB_Ptr address supplied is incorrect

15 The parameter number supplied is incorrect

16 An invalid protocol was selected

17 USS is active; change is not allowed

18 An illegal baud rate was specified

19 No communications: the drive is not ACTIVE

20 The parameter or value in the drive response is Bảng lỗi:

Status: vùng nhớ word thông báo trạng thái biến tần.

Speed: là tốc độ động cơ theo tỉ lệ phần trăm tốc độ full set Phạm vi : -200% -> +200%

Run_EN:bit thông báo trạng thái động cơ(chạy=1,ngừng=0)

D- Dir: cho biết hướng quay.

Inhibit: cho biết trạng thái hãm của động cơ (0- not inhitbit, 1 - inhitbit).

Để xóa bit inhitbit, bit Fault phải trở về off, và các đầu vào RUN, OFF2, OFF3 cũng phải trờ về off

Fault: cho biết tình trạng của bit lỗi (0 – không có lỗi, 1 – lỗi) Drive sẽ hiển thị

mã lỗi, tra bảng error code ở trên để biết chi tiết lỗi Để xóa bit Fault cần phải sửa lỗi và turn on bit F_ACK

RUN, OFF2, OFF3, F_ACK,

I, Q, M, S, SM, T, C, V, C, L, Power Flow

Resp_R, Run_EN, D_Dir,

Inhibit, Fault

BOOL I, Q, M, S, SM, T, C, V, C, L

VB, IB, QB, MB, SB, SMB,

LB, AC, *VD, *AC, *LD, Constant

LB, AC, *VD, *AC, *LD

VW, T, C, IW, QW, SW, MW, SMW, LW, AC, AQW, *VD,

*AC, *LD

VD, ID, QD, MD, SMD,

LD, AC, *VD, *AC, *LD, Constant

LD, AC, *VD, *AC, *LD

3 Lệnh USS_RPM_x

Cấu trúc lệnh:

Có 3 lệnh đọc giao thức USS:

- USS_RPM_W: là lệnh đọc một tham số Word

- USS_RPM_D : là lệnh đọc mọt tham số Douple Word

- USS_RPM_R: là lệnh đọc một tham số thực

Chỉ một lệnh đọc (USS_RPM_x) hoặc ghi (USS_WPM_x) có thể làm việc một thời điểm

Lệnh USS_RPM_x hoàn thành việc thực hiện lệnh khi MM nhận biết cách thức của lệnh, hoặc khi một lỗi trạng thái được thông báo Vòng quét vẫn tiếp tục thực hiện trong khi quá trình chờ sự phản hồi

EN: phải ON trong quá trình truyền thông để cho phép truyền đi các yêu cầu, và

nên giữ lại ở trạng thái đó cho dến khi bit Done được set lên – tín hiệu hoàn thành quá trình

XMT_REQ: ở dạng xung trong vòng quét yêu cầu truyền thông giữa PLC và biến tần Drive: là địa chỉ của MM mà lệnh USS_RPM_x được chuyển tới Địa chỉ hợp lệ là 0

đến 31

Param: là địa chỉ tham số (là giá trị cần đọc từ MM) Vd: P2000

Index: giá trị danh mục của tham số trong biến tần vd P0004 có 5 index: 0,8,10,12,21 DB_Ptr: được cung cấp bởi địa chỉ của bộ đệm 16 byte Trong lệnh USS_RPM_x,

bộ đệm này dùng để chứa kết quả của lệnh đưa đến từ MM

Done: bit báo khi hoàn thành.

Error: vùng nhớ dạng byte dùng để thông báo lỗi của quá trình truyền thong.

Value: vùng nhớ dùng để lưu giá trị của tham số cần đọc.

Kiểu dữ liệu và toán hạng của các đầu vào/ra trong lệnh USS_RPM_x

LB, AC, *VD, *AC, *LD, Constant

Param, Index WORD VW, IW, QW, MW, SW,

SMW, LW, T, C, AC, AIW,

*VD, *AC, *LD, Constant

DWORD,REAL

VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, AQW,

*VD, *AC, *LD

VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD,

*VD, *AC

LB, AC, *VD, *AC, *LD

Khi lệnh USS_RPM_x đã hoàn tất, đầu ra Done được set lên và đầu ra Error (Kiểu byte) và đẩu ra Value chứa các kết quả của việc thực hiện lệnh Đầu Error và Value sẽ hông hợp lệ cho đến khi đầu ra Done được set lên

4 Lệnh USS_WPM_x

Cấu trúc lệnh:

- USS_WPM_R: là lệnh ghi một tham số thực.

Chỉ một lệnh đọc(USS_RPM_x) hoặc ghi (USS_WPM_x) có thể làm việc tại cùng một thời điểm

Lệnh USS_WPM_x hoàn thành việc thực hiện lệnh khi MM nhận biết cách thức của lệnh, hoặc khi một lỗi trạng thái lỗi được thông báo Vòng quét vẫn tiếp tục thực hiện trong quá trình chờ sự phản hồi

EN: phải được set để cho phép truyền đi các yêu cầu và nên giữ lại cho đến khi

bit Done được set lên – tín hiệu hoàn thành quá trình

Ví dụ: một lệnh USS-WPM-x truyền đến MM ở mỗi vòng quét khi đầu vào XMT_REQ là on) Do đó, đầu vào XMT-REQ nên được kích xung khi nhận được sườn xung lên để truyền một yêu cầu cho mỗi chuyển tiếp dương của đầu vào EN

Drive: là địa chỉ của MM mà lệnh USS_WPM_x được chuyển tới Ðịa chỉ hợp lệ là 0

đến 31

Param: là số tham số.

Index: là biến chỉ vào giá trị đọc

Value: là giá trị của thông số cần ghi đến bộ nhớ RAM trong biến tần Đối với

MM3 cũng có thể ghi giá trị này vào EEPROM, bằng cách cài đặt ở tham số P971

DB- Ptr: được cung cấp bởi địa chỉ của bộ đệm 16 byte Trong lệnh

USS_WPM_x, bộ đệm này dùng chứa kết quả của lệnh đưa đến từ MM

AC, *VD, *AC, *LD, Constant

LW, T, C, AC, AIW, *VD, *AC,

*LD, Constant

Value WORD

DWORD,R EAL

VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, AQW,

*VD, *AC, *LD

VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD,

*VD, *AC

SMB, LB, AC, *VD, *AC, *LD

Khi lệnh USS_WPM_x đã hoàn tất, đầu ra Done được set lên và đầu ra Error(kiểu byte) chứa các kết quả của việc thực hiện lệnh

Khi lệnh EEPROM được set lên, lệnh sẽ ghi vào cả bộ nhớ RAM và EEPROM của biến tần Khi đầu vào EEPROM không được set thì lệnh này sẽ chỉ ghi vào bộ nhớ RAM vì MM3 không hỗ trợ chức năng này, do đó, cần phải chắc chắn rằng đầu vào không được set

để lệnh chỉ làm việc với MM3

VII Kết nối và cài đặt biến tần

1 Kết nối MM4

Để kết nối với MM4, ta sử dụng cáp RS485 nối trực tiếp S7200 với MM4 Ngoài ra, còn có thể dùng cap chuẩn PROFIBUS và các đầu nối để kết nối

+ Chú ý:

Các thiết bị kết nối với điện áp khác nhau có thể là nguyên nhân phát sinh dòng điện không mong muốn chạt trong cáp nối kết nối Dòng điện này sẽ gây ra các lỗi truyền thông, hoặc là làm hỏng thiết bị

Cần phải chắc chắn rẳng tất cả các thiết bị được kết nối vào một cáp truyền thông đều

có cùng dòng điện định mức hoặc được cách ly để ngăn ngừa dòng điện phát sinh không mong muốn

Nếu S7 – 200 là điểm nút cuối trong mạnh, hoặc là nếu kết nối là điểm –

điểm(point to point), cần phải sử dụng đầu A1 và B1(không phải A2 và B2) của đầu cắm

2 Cài đặt biến tần MM4

Trước khi kết nối đến S7-200, cần phải chắc chắn rằng có đủ các thông số của MM

Sử dụng các keypad có sẵn trên biến tần để cài đặt như sau:

1 Reset để cài đặt lại cho hệ thống (tuỳ chọn):

P0010 = 30

P0970 = 1

Nếu bỏ qua bước này, các thông số tiếp theo sẽ được set theo các giá trị:

USS PZD length: P2012 Index0 = 2