TRUYỀN THÔNG USS LÀ GÌ?

CHUYÊN ĐỀ : TRUYỀN THÔNG GIAO THỨC USS
4.1: Khái quát chung về USS:
Giao thức USS được xây dựng bởi hãng Siemens là một giao thức truyền thông nối
tiếp đơn giản, nó phù hợp với mục đích và điều kiện truyền thông của các thiết bị điều
khiển.
Giao thức USS cung cấp phương tiện truyền thông nối tiếp cho hệ thống một trạm
chủ và một vài trạm tớ. Các bộ điều khiển PLC hoặc PC được sử dụng một cách linh hoạt
và thuận tiện trong truyền thơng USS.
Giao thức USS có thể sử dụng cho hệ thống truyền thông kiểu đa điểm (như phần
cứng RS485) hoặc truyền thông kiểu điểm - điểm (như giao diện EIA RS232).
Ưu điểm của giao thức USS:
+ Sử dụng phương pháp truy nhập bus chủ - tớ.
+ Chỉ sử dụng một trạm chủ.
+ Sử dụng được tối đa 32 trạm trên một đoạn mạng.
+ Giao tiếp đơn giản.
+ Phù hợp về hình dáng, dịch vụ và mụch đích tự động hố.
+ Dịch vụ cung cấp được tích hợp bằng phần mềm trên máy tính cá nhân.
Giao diện chuẩn của USS:
Thơng thường giao diện chuẩn của USS có hai đầu vào cấp nguồn và hai đường tín
hiệu để thiết lập đường dữ liệu đầu cuối. Đường tín hiệu này sẽ truyền dữ liệu tới biến
tần, biến tần truyền lệnh tới các bộ hãm cơ khí để điều khiển thay đổi các thơng số hoạt
động của nó theo đúng yêu cầu và mong muốn của người vận hành.
Ngoài ra đầu vào tín hiệu của giao diện này cịn có thể được sử dụng cho chức năng
dừng nhanh trong tình trạng có sự cố khẩn cấp.
Tất cảc các thơng số sử dụng cho việc lựa chọn phương pháp điều khiển theo chuẩn
vào ra của giao diện chuẩn USS phải được cài đặt một cách đầy đủ trên biến tần trước khi
đưa hệ thống đi vào hoạt động.


Khi đã hoàn thành việc kết nối biến tần với card truyền thông cũng như đã cài đặt
đầy đủ những thông số cần thiết cho việc truyền thông với biến tần thông qua giao diện

USS ta thu được một mạng truyền thơng đơn giản. Khi đó ta có thể điều khiển và giám
sát hoạt động của biến tần một cách dễ dàng thơng qua máy tính cá nhân.
4.2. Kiến trúc giao thức:
Giao thức USS cung cấp phương pháp truyền thông tin trên nhiều hệ thống bus cơ
bản dựa trên nguyên tắc chủ - tớ. Giao thức USS sử dụng phương pháp truyền tin theo
kiểu điểm - điểm, nó cho phép kết nối một trạm chủ với số lượng tối đa 31 trạm tớ trên
cùng một đoạn mạng. Trạm chủ sẽ lựa chọn các trạm tớ riêng lẻ thông qua địa chỉ trong
bức điện hay nói cách khác trạm tớ sẽ lựa chọn các bản tin của mình thơng qua địa chỉ
trong bức điện mà trạm chủ gửi đi. Giao thức USS không cung cấp phương pháp giao
tiếp giữa các trạm tớ với nhau.
Hệ thống bus hoạt động theo chế độ truyền tải là chế độ hai chiều gián đoạn, tức là
tại cùng một thời điểm thì một trạm chỉ có thể gửi hoặc nhận thông tin mà không thể thực
hiện được 2 việc này một cách đồng thời. Ở đây vai trò của trạm chủ được phân biệt một
cách rõ ràng căn cứ vào cấu hình dịch vụ cũng như các chức năng điều khiển.
4.3 Cấu trúc bức điện
Trong giao thức USS, mỗi một bức điện bao gồm 14 byte. Bức điện được bắt đầu
bởi byte khởi đầu STX tiếp theo đó là byte LGE, ADR, N 1,..., Nn, và cuối cùng là byte
kết thúc BCC.
STX

LGE

ADR

N1

N2

...

...

Nn

BCC

+ STX: Là byte đánh dấu điểm khởi đầu của mỗi bức điện. Bằng cách kết hợp với
việc kiểm soát khoảng thời gian truyền tin thì byte STX cho phép ta nhận thấy một cách
chính xác khi bức điện bắt đầu được truyền đi. Giá trị của byte STX được quy định một
cách cụ thể và thông thường là giống nhau trong mọi bức điện ứng với mỗi loại biến tần.
+ LEG: Là byte có nội dung thể hiện chiều dài của một bức điện, thông tin này sẽ
cung cấp sự giống và khác nhau giữa các bản tin. Ngồi ra trạm tớ có thể căn cứ vào


thơng tin này để kiểm tra xem bản tin có được truyền và nhận một cách chính xác hay
khơng.
+ ADR: Là byte có nội dung thể hiện địa chỉ của trạm tớ và có thể có thêm một số
thơng tin phụ trợ khác. Giao thức USS cho phép địa chỉ của trạm tớ có thể được xác định
hoặc thay đổi, địa chỉ của 31 trạm tớ (từ 0 đến 30) sử dụng trên cùng một đoạn mạng phải
được được mã hoá theo cùng một kiểu sao cho tối ưu nhất.
+ N1, ..., Nn: Là các byte có nội dung thể hiện các cơng việc cần thực hiện trên trạm
tớ. Nó bao gồm các thông số hoạt động, các chế độ điều khiển và phương pháp vận hành
sẽ được cài đặt trên trạm tớ. Thông tin này do người vận hành xây dựng lên tuỳ theo nhu
cầu sử dụng của hệ thống trong từng trường hợp cụ thể.
+ BCC: Là byte đánh dấu sự kết thúc của mỗi bản tin. Căn cứ vào thơng tin này trạm
chủ khẳng định nó đã hồn thành vệc gửi một bản tin, cịn trạm tớ hoàn thành việc nhận
xong một bản tin. Khác với byte khởi đầu STX, byte kết thúc BCC cũng được quy định
và tính tốn một cách cụ thể tuỳ thuộc vào các thơng tin trước nó.
4.4 Q trình truyền tin:
Trong giao thức USS, quá trình truyền bản tin được thực hiện một cách tuần tự từ

byte khởi đầu đến byte kết thúc. Khi các từ thơng tin có chiều dài 2 byte (từ kép) thì quá
trình truyền tin sẽ được đáp ứng theo mức ưu tiên: byte cao được truyền trước, sau đó là
byte thấp.
Dữ liệu được truyền đi trên đường truyền theo phương pháp truyền bít nối tiếp qua
khung UART, việc truyền dữ liệu được thực hiện bằng cách truyền từng byte một. Mỗi
byte dữ liệu trước khi truyền đi được bổ sung thêm 2 bít đánh dấu khởi đầu (start), kết
thúc (stop) và 1 bít kiểm tra lỗi chẵn lẻ (parity bít) Việc điều khiển truyền dữ liệu trên
đường bus (gửi và nhận) được thực hiện bởi trạm chủ.
Ban đầu trạm chủ có thể gửi một bản tin yêu cầu biến tần hoạt động với các giá trị
danh định sau đó nhận bản tin trả lời từ biến tần để kiểm tra xem quá trình truyền cũng
như nhận một bản tin có chính xác hay khơng.


Do thiết bị điều khiển cũng như card truyền thông được đặt trong cùng sự vận động
với giao thức và sự hoạt động của biến tần, vì vậy để hạn chế xảy ra rủi ro cho các thiết bị
khi sự kết nối gặp thất bại ta cần lưu ý một số điểm sau:
+ Biến tần cung cấp phương tiện là giao diện USS kết nối với card truyền thông và
bộ đIều khiển thông qua sự kết nối về điện.
+ Việc truyền và nhận bản tin được thực hiện một cách có chu kỳ, đồng thời có sự kiểm tra
truyền tin thông qua bản tin trả lời.
+ Ngừng việc truyền tin cho biến tần nếu không nhận được bản tin trả lời hoặc xảy
ra lỗi trong bản tin trả lời. Khi đó ta cần kiểm tra lại đường truyền, nội dung bản tin và
tiến hành gửi lại bản tin khi các điều kiện cần đã thoả mãn, hệ thống đã sẵn sàng.
4.5 Cách thức xây dựng một bản tin:
Tất cả các bản tin được truyền đi giữa trạm chủ và trạm tớ đều bao gồm 14 byte.
Mỗi byte dữ liệu được truyền đi theo một khung chuẩn UART bao gồm 1 bít start, 8 bít
dữ liệu, 1 bít chẵn lẻ và 1 bít stop.
Trạm chủ gửi bức điện yêu cầu tới trạm tớ với nội dung:
STX

LGE

ADR

PKE

IND

VAL

STW

HSW

BCC

ZSW

HIW

BCC

Trạm tớ gửi bức điện trả lời về trạm chủ với nội dung:
STX

LGE

ADR

PKE

IND

VAL

Các byte dữ liệu trong bản tin được xây dựng như sau:
+ STX có chiều dài 1 byte, nó thường có giá trị là 02 áp dụng cho tất cả các bản tin
sử dụng để biểu thị sự khởi đầu của một bản tin.
+ LGE có chiều dài 1 byte biểu thị số lượng byte (hay còn gọi là chiều dài) của một
bức điện. Đối với biến tần MicroMaster thì LGE thường có giá trị là 12.
+ ADR có chiều dài 1 byte với nội dung là địa chỉ của các trạm tớ. Cấu trúc của
ADR được chỉ ra cụ thể như sau:
7

6

5

4

3

2

1

0


Khơng sử dụng

Địa chỉ

Bít mở rộng
Cấu trúc của ADR
Từ bít 0 đến bít 4 được sử dụng để mã hố địa chỉ của 32 trạm bao gồm 1 trạm chủ
và 31 trạm tớ trên cùng một đoạn mạng.
Bít 5 là bít truyền thơng mở rộng, nếu bít này được đặt lên 1 thì bản tin là bản tin mở
rộng, bản tin này sẽ được truyền thông và thực hiện trên tất cả các biến tần.
Các bít 6 và 7 khơng được sử dụng thì thường được đặt là 0.
+ BCC có chiều dài 1 byte, nó được dùng để kiểm tra và đánh dấu sự kết thúc của
một bản tin. Giá trị của BCC được xác định tuỳ thuộc vào từng loại bản tin và được tính
theo phương pháp cộng dồn khơng nhớ 13 byte trước nó trong bản tin.
+ IND có chiều dài 2 byte, nó khơng được sử dụng trong biến tần Micro Master nên
thường được đặt là 0.
+ VAL có chiều dài 2 byte, nó chứa các giá trị cho các thông số đặc biệt trong PKE.
Giá trị của dữ liệu sẽ được đặt với hệ số là 1 hoặc 0,1. Thơng thường thì các tham số
được điều chỉnh theo hệ số 0,1 (ví dụ với giá trị 232 thì trong trường VAL sẽ là 23,2).
+ PKE có chiều dài 2 byte, nó được sử dụng để cài đặt các thông số điều khiển và
hoạt động cho biến tần. PKE được cấu trúc cụ thể như sau:

15

14

13

Điều khiển

12

11
0

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Thơng số
Cấu trúc của PKE

Từ bít 0 đến bít 10 được sử dụng để mã hố các hàm và thơng số cần chuyển đổi trên

biến tần.
Bít 11 khơng được sử dụng nên thường được đặt là 0.
Từ bít 12 đến bít 15 là các bít xác định chế độ điều khiển trên biến tần.
Ví dụ đối với biến tần Micromaster Vecter thì các bít điều khiển có ý nghĩa như sau:


0000
Không hoạt động
0001
Đọc thông số
0010
Ghi thông số tới RAM và EEPROM
1110
Không thi hành
Trong bản tin trạm tớ gửi về trạm chủ thì các bít điều khiển có ý nghĩa như sau:
0000
0001
0111
1000

Không hoạt động
Thông số theo trường VAL
Lỗi nhận tin
Biến tần được điều khiển tại chỗ

Tất cả các giá trị mã hố khác của các bít điều khiển khơng được sử dụng.
+ STW có chiều dài 2 byte, nó được sử dụng để điều khiển các chế độ hoạt động của
biến tần. STW được cấu trúc như sau:
0
1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

OFF1
OFF2
OFF3
RUN
Fast Stop
Ramp Hold
Ramp Inhibit
Fault Acknowledge
Jog Right
Jog Left
Control Valid
ON Right
ON Left
0
0

Read Current
Cấu trúc của STW

Đối với biến tần MicroMaster thì các bít 13, 14, 15 không được sử dụng nên thường
được đặt là 0.
OFF1
0: Biến tần hoạt động ở trạng thái OFF1.
1: Cho phép biến tần hoạt động.


OFF2
0: Biến tần hoạt động ở trạng thái OFF2.
1: Cho phép biến tần hoạt động.
OFF3
0: Biến tần hoạt động ở trạng thái OFF3.
1: Cho phép biến tần hoạt động.
RUN
0: Dừng biến tần.
1: Cho phép biến tần hoạt động .
( Biến tần MicroMaster cịn có phương pháp điều khiển khác là On Right )
Fast Stop
0: Dừng nhanh biến tần.
1: Cho phép biến tần hoạt động.
Ramp Hold
0: Bộ phát tốc độ ramp được giữ ở tần số hiện tại của nó.
1: Cho phép biến tần hoạt động với tốc độ ramp thông thường.
Ramp Inhibit
0: Tốc độ ramp 0.0 Hz.
1: Tốc độ ramp thơng thường.
Fault Acknowledge

Khi có sự chuyển tiếp từ 0 lên 1 giữa hai bít liên tiếp thì bản tin sẽ được xố.
Jog Right
0: Khơng sử dụng nút Jog Right.
1: Sử dụng nút Jog Right.
Jog Left
0: Không sử dụng nút Jog Left.
1: Sử dụng nút Jog Left.
Control Valid
0: Không sử dụng các bít điều khiển.


1: Các bít điều khiển được xác định.
On Right
0: Khơng sử dụng nút On Right.
1: Có sử dụng nút On Right.
On Left
0: Khơng sử dụng nút On Left.
1: Có sử dụng nút On Left.
+ ZSW có chiều dài 2 byte, nó được sử dụng để biểu thị trạng thái dịng điện của
biến tần. ZSW được cấu trúc như sau:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15

Initialised
Ready
Running
Fault
OFF2 Available
OFF3 Available
Switch On Inhibit
Warning
1
Control Mode
Frequency at Setpoint
Right
Left
0
0
0
Cấu trúc của ZSW

Bít 8 khơng được sử dụng và thường được đặt là 1.
Bít 13,14,15 không được sử dụng và thường được đặt là 0.
Ý nghĩa của từng trạng thái bít được chỉ ra cụ thể như sau:
Initialised
0: Biểu thị biến tần đang khởi động.

1: Biểu thị biến tần đã được khởi động.


Ready
0: Biểu thị biến tần chưa sẵn sàng để hoạt động.
1: Biểu thị biến tần đã sẵn sàng để hoạt động.
Running
0: Khơng sử dụng đầu ra của biến tần..
1: Có sử dụng đầu ra của biến tần.
Fault
0: Biến tần không có lỗi.
1: Biến tần có lỗi.
OFF2 Available
0: Sử dụng trạng thái OFF2.
1: Không sử dụng trạng thái OFF2.
OFF3 Available
0: Sử dụng trạng thái OFF3.
1: Không sử dụng trạng thái OFF3.
Switch On Inhibit
0: Không bật công tắc điều kiện hạn chế.
1: Bật công tắc điều kiện hạn chế.
Warning
0: Không sử dụng phương pháp cảnh báo.
1: Có sử dụng phương pháp cảnh báo (ví dụ như báo q dịng).
Control Mode
0: Điều khiển biến tần tại chỗ.
1: Điều khiển biến tần từ xa.
Frequency at Setpoint
0: Tần số đầu ra của biến tần thấp hơn so với yêu cầu điểm đặt .
1: Tần số đầu ra của biến tần lớn hơn so với yêu cầu điểm đặt.

Right
0: Không sử dụng nút Right.


1: Điều khiển đầu ra là nút Right.
Left
0: Không sử dụng nút Left.
1: Điều khiển đầu ra là nút Left.
+ HSW có chiều dài 2 byte, nó chứa các yêu cầu về tần số cho biến tần. HSW được
chia tỉ lệ theo từng giá trị, giả sử giá trị 16348 (4000H) tương ứng với 100%, giá trị
32767 tương ứng với 200%. Trên biến tần MicroMaster thì thơng số chia tỉ lệ này được
đặt trong P094. Khi đó tần số đầu ra của biến tần MicroMaster được tính tốn như sau:
Output frequency = ( HSW*P094) / 16384
+ HIW có chiều dài 2 byte, nó đại diện cho tần số đầu ra của biến tần.
+ Một vài ví dụ về bản tin dược gửi tới biến tần:
Khởi động biến tần số 3 với 50% tần số
STX
LGE
ADR
PKE
IND
VAL
STW
02
0C
03
0000
0000
0000
0C7F

Đặt tần thông số cho hàm 12 trong biến tần số 15 là 30 Hz

HSW
2000

BCC
5E

STX
LGE
ADR
PKE
IND
02
0C
0F
200C
0000
Truyền thông tắt tất cả các biến tần

VAL
012C

STW
0400

HSW
0000

BCC

04

STX
02

VAL
0000

STW
0C7D

HSW
0000

BCC
5F

LGE
0C

ADR
20

PKE
0000

IND
0000