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USS通信协议功能 USS协议功能遵循主-从通信机制。主站根据USS站地址发请求报文访问变频器从站，从站返回应答报文。USS总线上较多可以连接31个变频器，较大波特率57.6kbit/s（对于S7-200，只能达到19.2kbit/s）。 ......

本文档仅适用于SINAMICS G110变频器

如何建立与G110变频器的USS 通信？


1.USS通信协议功能介绍

USS协议功能遵循主-从通信机制。主站根据USS站地址发请求报文访问变频器从站，从站返回应答报文。USS总线上较多可以连接31个变频器，较大波特率57.6kbit/s（对于S7-200，只能达到19.2kbit/s）。

2.如何建立USS通信？

硬件:

  • 三芯屏蔽电缆，用于连接变频器和主站。
  • USS通信必须连接在主站的接口0。
  • 电缆依次连接变频器直到较后一个 。
  • 变频器连接端子8 (P+), 9 (N-) 和 10 (M/0V)。
  • 为了保证通信稳定，在总线上**个和较后一个节点需要安装终端电阻。主站上，在端子P+和N-上安装终端电阻。
  • 在SINAMICS G110变频器上，通过前端的DIP开关设置终端电阻连接。.

关于 SIMATIC S7-200:

  • 在S7-200侧，使用带PROFIBUS连接头的PROFIBUS电缆。
  • 需要注意， 信号地和M (0V)端子已经在内部提供连接
  • M (0V)端子应和S7-200的电源M (0V)端子连接。不允许把总线电缆的屏蔽用作M(0V)。
  • S7-200侧的终端电阻通过PROFIBUS连接头上的拨码开关进行设置。
  • 更多详细信息请参考S7-200系统手册*11章。（链接见文末）

与SIMATIC S7-1200的USS通讯的相关信息请参考S7-1200系统手册*12.4章。（链接见文末） 

3.如何调试和设置参数？

以和S7-200通信为例

G110 参数*:
通讯电缆连接完毕后，需要在变频器中设置USS参数。

请设置如下参数：
  • 总线地址(P2011 = 0-31)，
  • 波特率(P2010 = 7)，
  • 报文长度(P2012 = 2 / P2013 = 127)
  • 报文监控时间(P2014 = 根据现场系统要求设置)。

以上操作可以通过选件操作面板或者免费的软件调试工具STARTER完成。STARTER软件能够在PC机上运行，支持的系统为Windows NT/2000/XP Professional/Vista.Win 7。如果通过PC连接组件连接，取下操作面板，在变频器相同位置插上和面板相同尺寸的PC适配器即可。 

S7-200 编程环境

S7-200编程环境是使用Step7 Micro/WIN软件。

同样，请参考S7-200系统手册*11章。

该软件需要补充安装一个协议库，使其能通过USS协议控制变频器。在软件中新建一个项目，在指令-> 库-> USS Protocol中调用USS通信的初始化和控制功能块。

  • 初始化功能块"USS_INIT"设置S7-200的interface 0使用USS协议通信。
  • 用控制模块"USS_CTRL"发送控制字和速度设定值给变频器。控制字的每一位——例如ON/OFF，反转，故障应答——都是直接控制。其中，速度设定值用变频器的参考频率（参数P2000）进行换算。

在应答报文里，变频器同时返回状态字和变频器实际运行频率。这样使得已经发生的报警和故障可以被识别，变频器的运行状态可以被诊断。对这两个功能块编程，就可以独立控制总线上的变频器，允许他们运行于不同的频率设定值。

读写变频器参数：

编程软件还提供了6个附加功能块进行读写操作——3个读功能块和3个写功能块。 

注意：

在SINAMICS G110的参数表里有三种不同的参数显示方式：WORD/U16, DOUBLE/U32， REAL/float。用户应该根据不同的参数类型选择相应的功能块。当执行一个写操作时，需要关注变频器的运行状态。例如，有些参数诸如电机额定数据只能在调试模式下修改，而另外一些参数，诸如斜坡上升时间（加速时间）甚至可以在变频器运行中修改。

SINAMICS G110 和USS 协议的可能应用

  • 生成一个程序块，描述所有特定应用的参数和值。总线地址使用一个S7-200计数器递增，程序块可以非常简单的访问所有总线上的G110。如果在以后需要更改参数，只要在程序块里做相应的简单修改就行，更改后的新值仍然可以写入总线上的所有变频器。通过写操作，操作面板里存储的参数也可以被装载回变频器里。如果参数被意外修改需要恢复，或者用户定制的参数集需要重新载入，这个功能就很必要了。
  • 通过附加S7-200模块，扩展通信能力，连接到PROFIBUS, ASI-Bus, GSM, Ethernet（以太网）或者Internet。 S7-200的通信扩展选件允许Sinamics G110——作为Sinamics家族的较小的变频器——被集成到Siemens AG的“全集成自动化”（TIA）概念之中。
  • 使用具有WEB 服务器功能的IT 模块将定制的Java小应用程序保存到WEB 服务器，可以通过Ethernet（以太网） 或 Internet浏览这些网页。就可以实现变频器的交互控制，也可以实现参数的读写。
  • 在S7-200上评估变频器运行状态。当发生故障时，相应的故障号通过参数读出。并可以通过GSM或者Internet（e-mail）传递该故障。这样用户就能收到每个故障的详细信息，并采取相应的防范措施。

问题

当V20变频器出现A0501时该如何解决?

A0501

变频器输出电流限幅，当变频器的输出电流达到r0067参数的数值时，变频器给出A0501报警，r0067的大小受P640（电动机过载倍数）、变频器较大输出电流、电动机和变频器热保护功能影响。当出现A0501报警时，变频器会启动较大电流控制器并保持或降低输出频率来抑制电流继续增大。

常见原因

1.电机负载大，由负载大导致电机电流较大达到了电流限幅值，变频器出现A0501

·           电动机过载

·           大惯量负载加速时间太短需要较大启动转矩的设备的启动过程（包括电动机堵转）

·           PID控制，反馈信号受到干扰波动较大，PI参数不合适

·           启动正在旋转的电机

2.变频器过温

·           变频器过载（过温），由变频器过温导致变频器输出能力下降。引起A0501

3.电机参数问题

·           电机参数不准确

常见处理办法

1.由电机负载大引起的A0501请检查以下几点

·           检查电动机是否过载，通过变频器r0027查看电机当前电流是否已经**过电机额定电流

·           如果在大惯量负载加速过程中出现A0501，请适当延长斜坡上升时间P1120

·           需要较大启动转矩的重载应用时，启动出现A0501电机不转，请适当增大电压提升P1310,P 1311,P 1312

·           PID控制经常出现A0501，请检查模拟量反馈信号是否受到干扰波动很大，适当增大模拟量信号滤波时间，适当调整PI参数P2280和P2285

·           如果变频器启动本身就在旋转的电机，启动时有可能出现A0501，严重情况可能导致F0001，激活捕捉再启动功能p1200

·           注意：潜水泵、压缩机、罗茨风机不同于普通的供水泵和离心风机,属于重负载应用

2.由变频器过温引起的A0501请检查以下几点

·           变频器的输出电流是否已经**过变频器额定电流

·           变频器工作环境温度是否过高

·           变频器风扇是否工作正常

3.由电机参数问题引起的A0501

·           检查设置的电机铭牌数据与电机接线方式（星接/角接）是否一致

 

案例集

序号

报警现象描述

可能的故障原因及处理措施

 

1

 

V20驱动离心风机，加速过程中出现A0501

 

原因：风机为大惯量负载，机械特性决定需要长的加速时间P1120

 

措施：延长斜坡上升时间

2

潜水泵（深井泵），启动、加速过程中出现A0501

原因：潜水泵并不是普通泵类负载， 类似恒转矩负载， 启动转矩要求较大

 

措施：P1300=0，适当增大电压提升P1310

3

V20驱动罗茨风机，启动过程中出现A0501报警， 频率不能上升。

原因：潜水泵并不是普通泵类负载， 类似恒转矩负载， 启动转矩要求较大

 

措施：P1300=0，适当增大电压提升P1310

4

V20变频器用于恒压供水，经常出现A0501报警

原因：模拟量反馈信号受干扰波动较大或PI参数设置不合适

 

措施：排出干扰增加模拟量滤波时间，调整PI参数

5

V20驱动风机、水泵**50Hz运行，出现A0501

原因：变频器**频运行 ，风机泵类负载导致电机轴功率按照3次方关系加大。电机过载。

 

措施：限制频率上限避免变频器**速运行

6

电动机空载运行报A0501，检查电机良好无机械问题

原因：电机采用角形接法，电机参数按照星形接法输入

 

措施：正确设置电机参数

 

注意

以上内容仅作为故障报警排查的指导，不具有**性，导致变频器故障报警的原因很多，情况也较复杂，本文只是对常见的故障报警原因和处理方法进行说明，供参考。  

1.硬件接线
西门子基本型变频器 SINAMICS V20 可应用于恒压供水系统，本文提供具体的接线及简单操作流程。
通过BOP设置固定的压力目标值，使用 4~20mA管道压力反馈仪表构成的PID控制恒压供水系统的接线如下图所示：


图1-1.V20变频器用于恒压供水典型接线 

2调试步骤

2.1 工厂复位

当调试变频器时，建议执行工厂复位操作：
    P0010 = 30
    P0970 = 1西门子LOGO模块总代理
    (显示50? 时 按下OK按钮选择输入频率，直接转至P304进入快速调试。)

2.2 快速调试

表2-1 快速调试参数操作流程

参数 功能 设置
P0003 访问级别 =3 （*级）
P0010 调试参数 = 1 （快速调试）
P0100 50 / 60 Hz 频率选择 根据需要设置参数值：
=0: 欧洲 [kW] ， 50 Hz （工厂缺省值）
=1: 北美 [hp] ， 60 Hz
P0304[0] 电机额定电压 [V] 范围： 10 ... 2000
说明：输入的铭牌数据必须与电机接线
（星形 / 三角形）一致
P0305[0] 电机额定电流 [A] 范围： 0.01 ... 10000
说明： 输入的铭牌数据必须与电机接线
（星形 / 三角形）一致
P0307[0] 电机额定功率 [kW / hp] 范围： 0.01 ... 2000.0
说明： 如 P0100 = 0 或 2 ，电机功率
             单位为 [kW]
        如 P0100 = 1 ，电机功率单位为 [hp]
P0308[0] 电机额定功率因数（ cosφ ） 范围： 0.000 ... 1.000
说明： 此参数仅当 P0100 = 0 或 2 时可见
P0309[0] 电机额定效率 [%] 范围： 0.0 ... 99.9
说明： 仅当 P0100 = 1 时可见
此参数设为 0 时内部计算其值。
P0310[0] 电机额定频率 [Hz] 范围： 12.00 ... 599.00
P0311[0] 电机额定转速 [RPM] 范围： 0 ... 40000
P0314[0] 电机较对数 设置为0时内部计算其值。
P0320[0] 电机磁化电流[%] 定义相对于电机额定电流的磁化电流。
设置为0时内部计算其值。
P0335[0] 电机冷却 根据实际电机冷却方式设置参数值
= 0: 自冷（工厂缺省值）
= 1: 强制冷却
= 2: 自冷与内置风扇
= 3: 强制冷却与内置风扇
P0507 应用宏 =10: 普通水泵应用
P0625 电机环境温度 范围： -40... 80℃（工厂设置20）
P0640[0] 电机过载系数 [%] 范围： 10.0 ... 400.0 （工厂缺省值： 150.0 ）
说明： 该参数相对于 P0305 （电机额定电
         流）定义电机过载电流极限值。建议
         保留工厂缺省值。
P0700 选择命令源 = 2: 端子启动
P0717 连接宏  =8: PID 控制与模拟量参考组合
P0727 2/3线控制方式选择 =0: 西门子标准控制（启动 / 方向）
P1000[0] 频率设定值选择 =0: 无主设定值
P1080[0] 较小频率 [Hz] 范围： 0.00 … 599.00 （工厂缺省值： 0.00 ）
说明： 此参数中所设定的值对正转和反转
            都有效。 例如可设置为30Hz。
P1082[0] 较大频率 [Hz] 范围： 0.00 … 599.00 （工厂缺省
            值： 50.00 ）
说明： 此参数中所设定的值对正转和反转
            都有效。
P1120[0] 斜坡上升时间 [s] 范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省     
             值： 10.00 ）
说明： 此参数中所设定的值表示在不使用
             圆弧功能时使电机从停车状态加速
             至电机较大频率（ P1082 ）所需的
             时间。
P1121[0] 斜坡下降时间 [s] 范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省
            值： 10.00 ）
说明： 此参数中所设定的值表示在不使用
             圆弧功能时使电机从电机较大频率
           （ P1082 ）减速至停车状态所需的
             时间。
P1135[0] OFF3 斜坡下降时间 范围： 0.00 … 650.00 （工厂缺省值： 5.00 ）
P1300[0] 控制方式 = 0: 具有线性特性的 V/f 控制（潜水泵适用）
= 2: 具有平方特性的 V/f 控制 （离心循环泵
       适用）
P1900 电机识别 = 0 : 暂时跳过电机辨识
P3900 快速调试结束 = 3: 仅对电机数据结束快速调试
说明：
在计算结束之后， P3900 及 P0010
自动复位至初始值0 。
变频器显示 “8.8.8.8.8” 表明其正在执行
内部数据处理。
P1900 选择电机数据识别 = 2: 静止时识别所有参数
此时变频器屏幕出现三角报警符号。报警号A541。
此时通过端子启动变频器，开始电机数据识别，待报警符号消失后，
电机识别完成。

 
  
 

2.3 输入输出端子相关参数设置

2.3.1 DI端子设置
            P0700[0]＝2             端子启动
            P0701[0]＝1             DI1 作为启动信号
            P0703[0]＝9             DI3作为故障复位

2.3.2 DO端子设置
            P0731[0]＝52.2             DO1设置为运行信号
            P0732[0]＝52.3             DO2设置为故障信号
            P0748.1＝1                   DO2作为故障输出，有故障时NO触点闭合，
                                                  无故障时NO触点断开。

2.3.3 AI端子设置
            P0756[0] ＝2             模拟量输入通道1，电流信号
            P0757[0] ＝4             模拟量输入通道1定标X1=4mA
            P0758[0] ＝0             模拟量输入通道1定标Y1=0%
            P0759[0] ＝20           模拟量输入通道1定标X2=20mA
            P0760[0] ＝100         模拟量输入通道1定标Y2=**
            P0761[0] ＝4             模拟量输入通道1死区宽度4mA

2.3.4 AO端子设置
            P0771[0]＝21            模拟量输出通道1，设置为实际频率输出
            P0773[0]＝50            模拟量输出通道1，滤波时间50ms
            P0777[0]＝0              模拟量输出通道 定标X1=0%
            P0778[0]＝4              模拟量输出通道 定标Y1=4mA
            P0779[0]＝100          模拟量输出通道 定标X2=**
            P0780[0]＝20            模拟量输出通道 定标Y2=20mA
            P0781[0]＝4              模拟量输出通道死区宽度4mA

2.4 PID恒压控制功能调试
            P2200[0]＝1             使能PID控制器
            P2240[0]＝X             依用户需求设置压力设定值的百分比
            P2253[0]＝2250        BOP作为PID目标给定源
            P2264[0]＝755.0       PID反馈源于模拟通道1
            P2265＝1                  PID反馈滤波时间常数
            P2274＝0                  微分时间设置。通常微分需要关闭，设置为0
            P2280＝P参数          比例增益设置（需要根据现场调试）
            P2285＝I参数           积分时间设置（需要根据现场调试）

2.5 其他可选功能

2.5.1 斜坡启动、自由停车 设置
            P0701[0]＝99             端子DI1使用BICO连接功能
            P0840[0]＝722.0        端子DI1设置为启动功能
            P0852[0]＝722.0        端子DI1设置为脉冲使能

2.5.2 使用2线制压力反馈仪表的接线


图2-1 压力反馈使用2线制仪表的接线

2.5.3 休眠功能
V20变频器具有简单休眠功能：当需求频率低于阈值时电机停转，当需求频率**阈值时电机启动。


图2-2 简单休眠模式下要求的响应

            P2365[0]＝1 休眠使能 / 禁止 此参数使能或禁止休眠功能。
            P2366[0]＝t1 电机停止前的延迟 [s] 在休眠使能的情况下，此参数
                                   定义变频器进入休眠模式之前的延迟时间。
                                   范围： 0 ... 254 （工厂缺省值： 5 ）
            P2367[0]＝t2 电机启动前的延迟 [s] 在休眠使能的情况下，此参数定义变频器
                                    退出休眠模式之前的延迟时间。
                                    范围： 0 ... 254 （工厂缺省值： 2 ）

2.5.4捕捉启动功能
        水泵启动前可能处在自由旋转状态，为避免启动时出现过电流，可设置捕捉启动功能：

            P1200＝1             始终激活捕捉启动 双方向有效；
            P1202[0]＝50      以电机额定电流P305表示的搜索电流大小。
            P1203[0]＝100    较大600ms的搜索时间

2.5.5 BOP设置目标值记忆
            P2231[0]＝1 设定值存储激活

 

3常见故障和报警

表3-1 常见故障及处理

故障代码 故障分析 诊断及处理
F1

过电流 		? 电机功率（ P0307 ）与
   变频器功率（ r0206 ）
   不一致
? 电机导线短路
? 接地故障
r0949 = 0 ： 硬件报告
r0949 = 1 ： 软件报告 		检查下列各项：
? 电机功率（ P0307 ）必须与变频器功率（ r0206 ）一致
? 电缆长度不得**过允许的极限值
? 电机电缆和电机内部不得有短路或
   接地故障
? 电机参数必须与实际使用的电机相配
? 定子电阻值（ P0350 ）必须正确误
? 电机不得出现堵转或过载现象
? 增大斜坡上升时间（ P1120 ）
? 减小启动提升强度（ P1312 ）
F2
过电压 		? 电源电压过高
? 电机处于再生模式
r0949 = 0 ： 硬件报告
r0949 = 1 或 2 ： 软件报告 		检查下列各项：
? 电源电压（ P0210 ）必须在铭牌规定的
   范围以内
? 斜坡下降时间（ P1121 ）必须与负载惯量
   相匹配
? 需要的制动功率必须处于规定范围内。
? Vdc 控制器必须使能（ P1240 ）且参数
   设置正确

说明：
斜坡下降过快或者电机由激活负载驱动
可能导致电机处于再生模式。
惯量越高，需要的斜坡时间越长；否则
需连接制动电阻。

F3
欠电压 		? 电源故障。
? 冲击负载**过了规定的
   限定值
r0949 = 0 ： 硬件报告
r0949 = 1 或 2 ： 软件报告 		检查电源电压。
F4
变频器
过热 		? 变频器过载
? 通风不足
? 脉冲频率过高
? 环境温度过高
? 风扇不工作 		检查下列各项：
? 负载或负载循环是否过高？
? 电机功率（ P0307 ）必须匹配变频器
   功率（ r0206 ）。
? 脉冲频率必须设为缺省值
? 环境温度是否过高？
? 变频器运行时风扇必须旋转
F5
变频器
I 2 t 		? 变频器过载。
? 负载循环需求过高。
? 电机功率（ P0307 ）**过
   变频器功率（ r0206 ） 		检查下列各项：
? 负载循环必须处于规定范围内。
? 电机功率（ P0307 ）必须匹配变频器
   功率（ r0206 ）。
F6
芯片温度**过临界值 		电机过载 检查下列各项：
? 负载或负载阶跃是否过高？
? 电机标称过热参数（ P0626 - P0628 ）
   必须设置正确
? 电机温度报警阈值（ P0604 ）必须匹配
F20
直流波动过高 		计算出的直流波动阈值已**过安全阈值。 这通常是因为电源输入的一相丢失引起的 检查电源接线
F41
电机数据识别故障 		电机数据识别故障。
? r0949 = 0 ： 无负载
? r0949 = 1 ： 识别中达到
  电流极限值
? r0949 = 2 ： 识别出的
  定子电阻小于 0.1% 或
  大于**
? r0949 = 30 ： 电压极限值
  时的电流控制器
? r0949 = 40 ： 识别出的
  数据
  集不一致，至少一个识别
  故障基于阻抗
  Zb = Vmot,nom / sqrt(3) /
  Imot,nom 的百分比值 		检查下列各项：
? r0949 = 0 ： 电机是否已连接到变频器？
? r0949 = 1 - 49 ： P0304 - P0311 中的
  电机数据是否正确？
? 检查需要的电机接线类型（星形，
  三角形连接）
F221
PID 反馈
信号低于较小值 		PID 反馈信号低于较小值P2268 ? 更改 P2268 的值
? 调整反馈增益
F222
PID 反馈
信号**较大值 		PID 反馈信号**较大值P2267 ? 更改 P2267 的值
? 调整反馈增益

  

表3-1 常见报警及处理

报警代码 报警分析 诊断及处理
A501
电流极限值 		? 电机功率与变频器功率不一致
? 电机导线太长
? 接地故障 		检查下列各项：
参见 F1
A502
过电压
极限值 		达到过电压极限值。 如果
禁止Vdc控制器( P1240 = 0 ) ,
则该报警可能在斜坡下降时出现 		如该报警总是显示，请检查变频器输入电 压
A503
欠电压
极限值 		? 电源故障。
? 电源电压及直流母线电压（ r0026 ）低于规定极限值 		检查电源电压
A504
变频器过热 		已**过变频器散热器温度的报警阈
值、芯片结温的报警阈值，或芯片
结点上的温度可允许变化值，从而
导致脉冲频率降低和 / 或输出频率
降低（取决于 P0290 中的参数设
置） 		说明：
r0037 = 0 ： 散热器温度
r0037 = 1 ： 芯片结温（包括散热器）

检查下列各项：
? 环境温度必须处于规定极限值内
? 负载条件及负载阶跃必须恰当
? 变频器运行时风扇必须旋转

A505
变频器
I 2 t 		已**出报警阈值，如已设置相应参
数（ P0610 = 1 ）则电流会降低 		检查负载循环是否处于规定极限值内
A506
IGBT 结温升高报警 		过载报警。 散热器和 IGBT 结温的差值**出报警极限值 检查负载阶跃及冲击负载是否在规定极限值内
A507
变频器温度信号丢失 		变频器散热器温度信号丢失 ;
传感器可能脱落 		联系技术服务部门或更换变频器
A511
电机过热
 I 2 t 		? 电机过载。
? 负载循环或负载阶跃过高 		无论是哪种温度确定形式，都应检查下列各项：
? P0604 电机温度报警阈值
? P0625 电机环境温度
? 检查铭牌数据是否正确。 不正确的
  话，进 行快速调试。 通过执行电机
  数据识别 （ P1900 = 2 ），可获得
  准确的等效电路 数据。
? 检查电机重量（ P0344 ）是否
  合理。 有必 要的话，更换电机。
? 如电机非西门子标准电机，则通过
   P0626 、 P0627 及 P0628 改变
  标准过热温度
A541
电机数据
识别激活 		电机数据识别（ P1900 ）已选择或 正在运行  
A910
Vdc-max 控制器被禁止 		可能在以下情况下出现
? 电源电压（ P0210 ）持续
  过高。
? 电机由激活负载驱动，从而
  使 电机进入再生模式。
? 斜坡下降时，在很高的
  负载惯 量下。
如果在变频器待机（输出脉冲禁 止）时出现报警 A910 并且随后给 出 ON 命令，则在排除 A910 报警
原因之前不会激活 Vdc-max 控制
器（ A911 ） 		检查下列各项：
? 输入电压处于范围内
? 负载必须匹配
? 在某些情况下，使用制动电阻
A911
Vdc-max 控制器
激活 		Vdc-max 控制器的作用是保持直流
母线电压（ r0026 ）低于 r1242 中
定义的阈值 		检查下列各项：
? 电源电压必须在铭牌规定的
  范围以内
? 斜坡下降时间（ P1121 ）必须与
  负载惯量相匹配

说明：
惯量越高，需要的斜坡时间越长；
否则需连接制动电阻

A912
Vdc-min 控制器
激活 		如果直流母线电压（ r0026 ）低于
r1246 中定义的阈值，则 Vdc-min
控制器会被激活；
此后，电机的动能用来缓冲直流母
线电压，从而使变频器减速。 因
此短路故障不一定会引起欠电压跳
闸。
请注意该报警可能在快速斜坡上升
时出现 		 
A922
变频器无负载 		变频器无负载。
因此，在常规负载条件下，
某些功能可能无法实现 		检查电机是否连到变频器
西门子LOGO模块总代理



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