USS(通用串行接口)協(xié)議是西門子公司推出的用于控制器(PLC/PG/PC)與驅(qū)動(dòng)裝置之間數(shù)據(jù)交換的通信協(xié)議。早期的 USS 協(xié)議主要用于驅(qū)動(dòng)裝置的參數(shù)設(shè)置，后因其協(xié)議內(nèi)容簡(jiǎn)單、對(duì)硬件的要求比較低，也越來(lái)越多地被用于驅(qū)動(dòng)器/變頻器的通信控制。

  USS 協(xié)議提供了一種低成本的、相對(duì)簡(jiǎn)單的控制方式，可用于一般水平的驅(qū)動(dòng)裝置控制

  USS 協(xié)議主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

  ① 支持多點(diǎn)通信，物理層可使用 RS485 網(wǎng)絡(luò);

  ②采用主-從的通信方式，網(wǎng)絡(luò)中最多可以有1個(gè)主站和31個(gè)從站;

  ③ 單雙工通信方式，可發(fā)送和接收，但不能同時(shí)進(jìn)行;

  ④ 報(bào)文簡(jiǎn)單可靠，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變。

  圖 4-48 是 USS 通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D。

  圖4-48 USS通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

  在 USS 協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中只有1個(gè)主站，主站一旦確定不能更改;每次通信都必須由主站發(fā)起，主站發(fā)出的通信報(bào)文中包含了從站的地址，只有被點(diǎn)名的從站可以應(yīng)答主站的請(qǐng)求;從站與從站之間不能直接進(jìn)行通信。

  主站與從站之間的報(bào)文傳輸有以下三種方式。

  (1)周期性報(bào)文傳輸(Cyclic Telegram Transfer)

  在周期性報(bào)文傳輸過(guò)程中，主站每隔一段時(shí)間就發(fā)送報(bào)文給從站，每一個(gè)從站都可以接收到主站發(fā)送的報(bào)文。對(duì)于從站而言，當(dāng)接收到的報(bào)文沒(méi)有錯(cuò)誤，并且報(bào)文中的地址是本站的地址時(shí)，從站必須應(yīng)答。當(dāng)主站接收到從站的應(yīng)答后，便與從站建立了邏輯上的連接。在周期性報(bào)文傳輸中，主站與從站之間都會(huì)設(shè)置一個(gè)監(jiān)控時(shí)間，當(dāng)超時(shí)沒(méi)有接收到報(bào)文時(shí)，會(huì)提示通信錯(cuò)誤。

  (2)非周期性報(bào)文傳輸(Acyclic Telegram Transfer)

  一般來(lái)講，報(bào)文的傳輸都是周期性的，但一些用于診斷和服務(wù)的報(bào)文可以非周期性的方式進(jìn)行。在非周期性報(bào)文傳輸中，無(wú)法設(shè)置監(jiān)控時(shí)間。

  (3)廣播(Broadcast)

  主站通過(guò)將通信報(bào)文中的廣播位置1來(lái)實(shí)現(xiàn)廣播通信(詳見(jiàn)后續(xù)報(bào)文結(jié)構(gòu))。在廣播通信中，所有的從站都能收到廣播報(bào)文，并且不需要應(yīng)答。

  接下來(lái)我們來(lái)看看 USS 協(xié)議的報(bào)文結(jié)構(gòu)，如圖 4-49 所示。

  圖4-49 USS 協(xié)議報(bào)文結(jié)構(gòu)

  STX：起始字節(jié)，值為 02 Hex，表示報(bào)文的開(kāi)始。 LGE：第二個(gè)字節(jié)，表示報(bào)文的長(zhǎng)度。

  ADR：第三個(gè)字節(jié)，表示從站的地址及其他信息。

  凈數(shù)據(jù)區(qū)：n 個(gè)字節(jié)，表示數(shù)據(jù)的內(nèi)容(n ≤ 252)，包括 PKW 和 PZD 兩部分。 BCC：最后一個(gè)字節(jié)，BCC 校驗(yàn)碼。

  報(bào)文的長(zhǎng)度 LGE 是指數(shù)據(jù)長(zhǎng)度n 加上 ADR 和 BCC，也就是 n 2 個(gè)字節(jié)。地址字節(jié)

  ADR的第0~4位用來(lái)表示從站地址，第5位是廣播標(biāo)志位，第6位是鏡像標(biāo)志位，第7位是特殊用途標(biāo)志位，如圖 4-50 所示。

  圖4-50 ADR的結(jié)構(gòu)

  由于從站地址的范圍是5個(gè)二進(jìn)制位，因此能夠表示的最大值為十進(jìn)制數(shù)31，這也決定了USS協(xié)議最多能支持31個(gè)從站。廣播報(bào)文是把ADR的第5位置1。鏡像報(bào)文是把ADR 的第 6 位置 1。當(dāng)從站接收到主站的鏡像報(bào)文后，會(huì)原封不動(dòng)地將其發(fā)回給主站。鏡像報(bào)文功能可在調(diào)試時(shí)用于測(cè)試網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量。

  USS 協(xié)議允許主站與從站之間傳遞不同于標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)裝置的報(bào)文。這些非標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文被稱為特殊報(bào)文。這樣一來(lái)，在同一條總線上，就可能同時(shí)存在標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文和特殊報(bào)文兩種情況。為了進(jìn)行區(qū)分，特殊報(bào)文的 ADR 地址的第7位被置1。具有特殊報(bào)文處理能力的從站可以接收特殊報(bào)文并進(jìn)行處理，而普通從站會(huì)忽略特殊報(bào)文。

  USS 報(bào)文幀中的凈數(shù)據(jù)區(qū)包括 PKW 數(shù)據(jù)和 PZD 數(shù)據(jù)。

  ①PKW數(shù)據(jù)區(qū) 用來(lái)讀取或修改變頻器的參數(shù)，包括以下三個(gè)部分。

  a. PKE：無(wú)符號(hào)整型，表示變頻器參數(shù)代碼。

  b. b.IND：無(wú)符號(hào)整型，表示變頻器的參數(shù)索引。

  c. c.PWE：無(wú)符號(hào)整數(shù)，表示參數(shù)的值。

  PKW 數(shù)據(jù)區(qū)的長(zhǎng)度由變頻器參數(shù) P2013 確定。例如，當(dāng)P2013=3 時(shí)，PKW總共有3個(gè)字(6 個(gè)字節(jié))長(zhǎng)度;PKW=127 表示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變。

  ② PZD 數(shù)據(jù)區(qū) 變頻器的循環(huán)過(guò)程字，用來(lái)控制電機(jī)的啟停及調(diào)速。PZD 的數(shù)據(jù)類型為無(wú)符號(hào)整型，取值可以是 2、4、6、8，默認(rèn)是 2。

  PZD 的長(zhǎng)度由變頻器的參數(shù) P2012 確定。例如，當(dāng) P2012=2時(shí)，PZD包括PZDI和 PZD2

  兩個(gè)字。PZD1 表示變頻器的控制字/狀態(tài)字;PZD2 表示速度的設(shè)定值/速度的反饋值。

  PKW=3 及 PZD=2 的 USS 報(bào)文幀如圖 4-51 所示。

  圖4-51 USS協(xié)議報(bào)文結(jié)構(gòu)