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1、骞、l 违止訇矽。匕 西门子U S S 通讯协议研究 姜红，李学会 ( 河北科技大学信息学院) 摘要：本文对西门子的U S S 通讯协议定义、报文结构、总线结构等进行了阐述，并以西门子M A S T E RD R I V E 为例介绍了协议的具体应用。 关键字：U S S 协议；报文； 过程数据；M A S T E RD R I V EE M C T H ER E S E A R C Ho FT H EU S SC O M M U N I C A T I o NP R o T O C A L J I A N GH o n g ，L IX u e - h u i ( H e b e iU n i
2、 v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) A b s t r a c t ：T h i sp a p e re l a b r a t e st h eU S Sc o m m u n i c a t i o np r o t o c a ld e f i n i t i o n 、m e s s a g es t r u c t u r e 、b u st o p o l o g ya n dS O o n ，a n di n t r o d u c e si t sp r a c t i c a la p p l i
3、c a t i o n sb yp r e s e n t i n gs o m ee x a m p l e so fs i e m e n sm a s t e rd r i v e K e y w o r d s ：U S Sp r o t o c a l ；m e s s a g e ；p r o c e s sd a t a ；m a s t e rd r i v ee m c O 引言 U S S 协议是由S I E M E N SA G 定义的串行数据 通讯协议，该协议以其简单的报文构成，可靠的通 讯性能，在P L C ( P C ) 与传动系统构成的单主站 自动化系统中获得了较
4、为广泛的应用。 1 协议说明 U S S 协议( U n i v e r s a lS e r i a lI n t e r f a c eP r o t o c o l 通用串行接口协议) 是一种基于串行总线进行数据 通讯的协议。U S S 协议是主从结构的协议，规定 了在U S S 总线上可以有一个主站和最多3 2 个从 站；总线上的每个从站都有一个站地址( 在从站参 数中设定) ，主站依靠它识别每个从站。已经分配 了地址的从站执行顺序可以在主站轮循表中定义 ( 若有必要使一些从站的通讯比其他子站快一些， 可使其站号在轮循表中多次出现) 。每个从站也只 对主站发来的报文做出响应并回送报文，
5、若主站在 最大允许延时应答时间内没有响应( 允许延时时间 为最大2 0 m s ，但应大于等于应答报文和发送报文 之间的启动间隔时间。该起动间隔时间以通讯速率 的不同而不同) ，则主站产生一个错误信息。从站 之间不能直接进行数据通讯。另外，还有一种广播 通讯方式，主站可以同时给所有从站发送报文，从 收稿日期：2 0 0 8 0 3 2 0 作者简介：姜红，女，讲师，河北科技大学信息学院。 【1 1 4 】第3 0 卷增刊2 0 0 8 0 7 站在接收道报文并做出相应的响应后可不回送报 文。 U S S 协议报文有固定长度和可变长度两种，限 于篇幅，本文只介绍前者。 1 1 报文结构 图1U
6、S S 报文结构 U S S 报文结构如图1 所示说明如下： ( 1 ) S T X 为报文的起始标志( = 0 2 H E X ) ，为了防 止于报文中的0 2 H E X 区分，U S S 协议采用了一种较 简单的策略；主站在每一个S T X 前定义了一个至少 2 个标志执行时间的启动间隔( 通讯的传输速率不 同，启动间隔亦不同) 。 ( 2 ) L G E 为定义的报文长度，一个字节。 ( 3 ) A D R 为地址字节( 一个字节) ，包括从站地 址和电报形式。B I T 0 4 位为从站地址( 0 3 1 ) 。 B I T 5 = I 时，通讯采用广播方式，此情况下o - 4 位不
7、 进行识别；B I T 5 = 0 时为轮循方式。B I T 6 = 1 时，报 文为镜像报文；B I T 6 = O 时，无镜像报文。B I T 7 = I 时，为特殊报文；为0 时为标准报文。 ( 4 ) B C C 为报文的结束标志。 ( 5 ) 有用数据区可以分为两部分如图2 所示：参 参I 注业匐矽化 数标志值( P K W ) 和过程数据部分( P Z D ) 。有用 数据区中的单字节数据，高字节先发送，低字节 后发送。同样，对于双字数据，先发送高位字，再 低位字。 P K w 区P Z D 区 P K E帅P W r EP Z D lP Z D 2 P Z D l 6 图2 有用
8、数据区结构 1 1 1P K W 区域 P K W 区关系到参数标志值接口的控制，它包 含了参数的读和写、读取参数注释及相关电文。在 控制设备调试期间，常常通过P C 机与各控制设备 进行点对点的通讯来实现对设备参数的设置、修 改、读取操作。它共有三部分组成见图2 。 O P K E ( 参数标志字) I B i t l 5 1 2 1 1 B i t l 0 0 I A KS P MP N U 图3 参数标志字结构 B i t 0 1 0 组成参数号P N U 。S P M 为参数变更报 告处理触发位。当控制对象为M A S T E RD R I V E 时， S P M 与B i t 0
9、1 0 组成扩展参数号。A K 为任务应答辩 识编码。任务标志由主站在电报中发给从站；而应 答标志则在电报的同一位置由从站发给主站。 I N O ( 参数索引号) I N D 是一个1 6 位单字数值，在实际应用中，为满足 不同情况下的控制要求，同一个参数往往需要有不 同的数值，各数值之间就是通过不同的I N D 来区分 的。 P W E ( 参数数值) P W E 是以单字还是双字传送，要依据P K W 区域参 数化字的长度。若P K W 区域规定为固定3 个字 ( P K E 和I N D 各占一个字) ，则P w E 只能传输单字， 若P K W 区域规定固定4 个字，则P W E 传送
10、双字。 每个电报只能有一个参数数值可以传送。 1 1 2P K W 应用举例 例如：改变西门子变频器M A S T E RD v E 启 停参数P 5 5 4 ( 2 2 AH E x ) 索引l 数值为2 1 0 0 ( 代表 串口1 ) 即设定变频器的第一套参数( 索引1 ) 中 的启，停命令来自设备的S C O M l ，并将参数保存在 E E P R O M 中。 则P K E 为C 2 2 A 。A K 数值“C ”代表改变设备参 数的数值并将其保存在C U V C ( M A S T E RD R I V E 的控制单元) 的E E P R O M 中的任务代码( 各任务 代码参见
11、U S S 手册) ；，因M A S T E RD R I V E 不支持 参数变更报告，所以S P M 可为任意B O O L 量，这里 取0 。P N U 为参数号2 2 A ( 5 5 4 的1 6 进制形式) 。 I N D 为0 0 0 1 。P W E 为0 8 3 4 ( 2 1 0 0 的1 6 进制形 式) 。 1 2 过程数据区( P Z D ) 1 2 1 自动化系统所需的控制字，状态字、固定值实 际值以及其他过程控制数据就是在这个区域被传 送的。过程数据区可以根据设备控制的要求来确定 需要传输的字数( 最多有1 6 个字，最少为0 ) 。 下表是M A S T E RD
12、 R I V E 的1 6 字过程数据的分 布情况： P Z D lP Z D 2 ，P Z D 3P Z D 4P Z D 5 P Z D l 6 工作报文控制字1 3 2 位给定值给定值给定值 ( 由主站1 6 位给定值控制字2 到从站) 应答报文控制字1主给定的实实际值实际值 ( 从站到际值状态字2 主站) 1 2 2P Z D 实例 我们以P Z D 由一个控制字和一个1 6 位给定值 来控制M A S T E RD R I V E 为例来说明，比如要求变 频器以1 0 0 0 H Z 的频率运行，则相应P Z D 为8 4 7 F ( P Z D l 控制字) 0 3 E 8 ( P
13、 z D 2 频率值) 。 2 总线结构 U S S 协议的物理接口是以R S 4 8 5 为基础，对于 点对点连接，接口可以是E I AR S 2 3 2 ( C C I T T V 2 4 ) ，T r Y ( 2 0 m A 电流环) 或光纤通讯电缆。 U S S 总线是以无分支的线性拓朴为基础，总线 两端均终止于一个站，最大电缆长度受限于电缆性 能、环境条件以及数据传输速率( 可参考相关资 料) ，如果传输速率小于1 0 0 K b i t s ，最长距离可到 1 2 0 0 m ，站的数量限制为3 3 个( 1 个主站，3 2 个从 下转第1 2 6 页 第3 0 卷增刊2 0 0
14、8 = 0 7 【1 1 5 1 骞、I 篷妇勺动地 1n nj 1ni 1 1 一r 一1 一i - - - i 。一1 ：； I 9 七一db I ：0 ：一r 了il _ i r 一一、 ，一、 l + 一一一一、L 一7 。- LI ： ：一J L 二， 耳- 67 j i 一 每次同时读取第三行校验位。校验位是第二行信 号的反码。由于编码为二进制数，并且最高位总 是1 ，所以编码范围是1 2 8 到2 5 6 。 3 6 批号跟踪 根据P F 线区域中C 形钩的运行特性( 不能后 退) ，我们在P L C 中建立了若干个影像区，分别对应 上接第1 1 5 页 站) 首站和末站必须加终
15、端电阻。电缆通常使用性 能良好的0 5 屏蔽双绞线作为通讯介质。 3 E M C 措施 为了确保网络通讯的传输质量，就必须采取可 靠的抑制干扰措施。 3 1 屏蔽层要通过设备外壳可靠接地，为干扰电 流提供泄放回路。 3 2 等电位连接 为了避免接地体电位的差异，各个总线站之间 进行等电位连接是非常必要的。 3 3 电缆布置 总线电缆不应与动力线平行布置或太近。若交 叉，则须成9 0 4 角。 4U S S 协议的启动 U S S 协议的启动需进行通讯接口参数化和过 程数据内部连接两个过程。 4 1 接口参数化 接口参数化就是对站点的通讯协议类型、通讯 地址、传输波特率、P K W 和P Z D
16、 字数进行规定的 过程。 对于M A S r I E RD R E 则需对P 6 9 8 ( 协议种 类) 、P 7 0 0 ( 总线地址) 、P 7 0 1 ( 波特率) 、P 7 0 2 ( P K W 字数) 以及f r 7 0 4 ( 通讯故障后，从站的反应方式) 【1 2 6 第3 0 卷增刊2 0 0 8 0 7 C 形钩在P F 线区域中的积放位置( 存放钩号) 、有 卷标志、检验标志、线卷批号每个区域都设置一 个计数器，负责统计该区域C 形钩的数目。P F 线 区域之间是停止器，C 形钩进入该区域计数器加一， c 形钩离开该区域计数器减一当某个c 形钩进入 下一区域后，与其对应的钩号、有卷标志、检验标 志、线卷批号也被带入下一区域。 盘卷在集卷站挂卷上C 形钩后，P F 线控制系 统将C 形钩识别号( 1 2 8 2 5 6 ) 通过工业以太网送 给轧线P L C 。物理检验室通过0 P 1 7
