1  引言
    計算機及通訊技術(shù)已成為工業(yè)環(huán)境中大部分解決方案的核心部分，其在系統中的比重正在迅速增加。在工業(yè)控制中，交流電機的拖動(dòng)越來(lái)越多的采用變頻器完成，不僅作為一個(gè)單獨的執行機構，而是隨著(zhù)不斷的智能化，同遠程計算機之間可以通過(guò)各種通訊方式結合成一個(gè)有機的整體。在實(shí)際工程實(shí)施時(shí)，變頻器的啟動(dòng)、停止、方向、告警、故障指示以及故障復位等控制通常為端子排開(kāi)關(guān)信號控制方式，速度控制采用模擬量給定值控制方式來(lái)完成。由于變頻器的輸出端會(huì )產(chǎn)生強烈的干擾信號，控制器有時(shí)會(huì )造成誤動(dòng)作的情況。當控制距離遙遠時(shí)，還存在敷線(xiàn)工程量過(guò)大的問(wèn)題。隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)的底層控制網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)家推出了具有數據通信功能的產(chǎn)品，采用RS-485通信接口用于系統配置和監控是一種低成本的連接方案。

2  西門(mén)子變頻器的USS控制協(xié)議
2.1  USS協(xié)議的特點(diǎn)
    USS是西門(mén)子公司為變頻器開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議，可以支持變頻器同PC或PLC之間建立通信連接，常適合于規模較小的自動(dòng)化系統。它以主從方式構成工業(yè)監控網(wǎng)站，在網(wǎng)絡(luò )內有一個(gè)主站，1～31個(gè)從站，各站點(diǎn)有唯一的標識碼識別。
    這種結構的特點(diǎn)是:用單一的、完全集成的系統來(lái)解決自動(dòng)化問(wèn)題。所有的西門(mén)子變頻器都可以采用USS協(xié)議作為通信鏈路。數字化的信息傳遞，提高了系統的自動(dòng)化水平及運行的可靠性，解決了模擬信號傳輸所引起的干擾及漂移問(wèn)題。通信介質(zhì)采用RS-485屏蔽雙絞線(xiàn)，最遠可達1000m，因此可有效地減少電纜的數量，從而可以大大減少開(kāi)發(fā)和工程費用，并極大地降低客戶(hù)的啟動(dòng)和維護成本;通信效率較高，可達187.5kbit/s。對于有10個(gè)調速器，每個(gè)調速器有6個(gè)過(guò)程數據需刷新的系統，PLC的典型掃描周期為幾百毫秒，采用與PROFIBUS相似的操作模式，總線(xiàn)結構為單位站、主從存取方式，報文結構具有參數數據與過(guò)程數據，前者用于改變調速器的參數，后者用于快速刷新調速器的過(guò)程數據，如啟動(dòng)停止、速度給定、力矩給定等。具有極高的快速性和可靠性。利用西門(mén)子變頻器的主機上提供的USS接口，僅在終端機中插入一RS-485通信板，就可實(shí)現變頻器的全部遠程控制。

2.2  USS協(xié)議的通信數據格式
    USS協(xié)議的通信字符格式為一位起始位、一位停止位、一位偶校驗位和八位數據位。數據報文最大長(cháng)度位256個(gè)字節，包括3字節的頭部、1字節的校驗碼和主數據塊，數據塊按照字的方式組織，高字節在前。通信數據報文格式如表1所示。
表1     USS協(xié)議的通信數據報文格式

3  PLC控制變頻器的程序設計
    PLC通訊程序采用子程序方式編制，主控程序對變頻器的控制通過(guò)調用有關(guān)子程序發(fā)送命令完成。數據接受由后臺中斷程序完成。發(fā)送命令子程序將變頻器目標速度值和命令參數加工為USS協(xié)議格式，發(fā)送出去，并設置發(fā)送標志，復位接受完成標志，并開(kāi)允許接受中斷和定時(shí)中斷。
當變頻器發(fā)送響應報文時(shí)，激活后臺中斷程序接受變頻器的狀態(tài)值和當前速度值，存入接受緩沖區，并復位發(fā)送標志，設置接受完成標志。
3.1  主控程序
    按照采樣時(shí)間間隔，主控程序根據發(fā)送標志和接受完成標志，檢查變頻器接受緩沖區內容，并進(jìn)行相應的處理。通訊程序由通信口初始化、運行、停止、速度設定等5個(gè)子程序和一系列中斷服務(wù)子程序構成，主控程序的流程如圖1所示。

圖1     主控程序流程

3.2  通訊子程序
    通訊子程序如下:
    SBR0  
    //通訊初始化程序
    MOVB 16#49，SMB30
    //初始化P0為9600kb，8bit，偶校驗
    MOVB 14，“P0－ST-LEN” 
    //設置發(fā)送緩沖區，發(fā)送字符數
    MOVB 16＃2，“P0－ST-STX”    //STX
    MOVB 12，“P0－ST-LGE” //LGE
    MOVB 0，“P0－ST-ADR” //主站地址
    MOVB 255，“TO”
    ENI
    ATCH 4，25
    ATCH 6，11
    RET
    SBR2     
    //電機啟動(dòng)子程序
    MOVB BPADR，，“P0－ST－ADR”  
    //取主控緩沖區的從機地址
    MOVW 16＃0C7F，“P0－ST－PZD0”
    //設定停止電機啟動(dòng)、正轉
    CALL “Send-BP”    
    //調用發(fā)送程序
    RET
    SBR 4   
    //設定電機速度電機運行子程序
    MOVB“BPADR”，“P0－ST－ADRS”    
    //取主控緩沖區的從機地址
    MOVW 16＃0C7F，“P0－ST-PZD0”
    //設定電機啟動(dòng)、正轉
    MOVW “BIT/SP”，“P0－ST-PZD1”     
    //取主控緩沖區的速度值
    LDW＞＝“P0－ST－PZD1”，16＃4000    

//判斷是否超過(guò)最大速度
    MOVW 16＃4000，“P0－ST-PZD1”
    CALL “Send-BP”   
    //調用發(fā)送程序
    RET
    SBR5    
    //發(fā)送程序Send-BP
    MOVD &VB3500，ACO     
    //計算BCC
    MOVB 14，AC1   
    //循環(huán)計算BCC，存入“P0－ST-BCCS”置位重發(fā)次數計數器
    XMT “P0-ST－LEN”，0   
    //發(fā)送
    ATCH 0，9    
    //發(fā)送結束中斷的中斷服務(wù)程序號
    MOVB 100，“h”   
    //定時(shí)時(shí)間100ms
    ATCH 1，10  
    //定時(shí)中斷處理，未接受倒數據，重發(fā)數據
    RET
3.3  中斷接收子程序
    中斷接收子程序由一系列服務(wù)程序組成，包括3種情況。
    (1) 判斷中斷接收的起始3個(gè)字符是否為制定字符，是將接收中斷指針指向下一個(gè)中斷程序，復位定時(shí)器，同時(shí)異或計算BCC值;否則將關(guān)閉接收中斷，等待定時(shí)中斷進(jìn)行錯誤處理。
    (2) 對于數據塊的接收，采用計數方式控制，當計數為零時(shí)，計算的BCC值應為0，否則關(guān)閉接收中斷。
    (3) 定時(shí)中斷激活時(shí)表示接收超時(shí)，重發(fā)次數值減1，如果不為0，則自動(dòng)將發(fā)送緩沖區的內容重新發(fā)送;為0，置位錯誤標志。

4  結束語(yǔ)
    在變頻拖動(dòng)工程應用中，傳統的方法是采用開(kāi)關(guān)量和模擬量信號對變頻器進(jìn)行控制，信號容易受到干擾，出現控制上的錯誤。采用基于RS-485接口的USS通信協(xié)議對變頻器進(jìn)行控制的方法，大大 減少了系統布線(xiàn)，可以避免現場(chǎng)可能的各種電磁干擾對控制設備的影響，有效地提高系統的抗干擾能力。