隨著電力電子技術、微電子技術的發(fā)展，變頻器已廣泛應用于交流電動機的速度控制上，尤其是近年來越來越多地利用rs232/rs485串行通訊和工業(yè)現(xiàn)場總線技術進行變頻器的網絡通訊和遠程監(jiān)控，以實現(xiàn)生產線設備之間的實時自動控制及生產流程的實時監(jiān)控。為滿足應用的需要，變頻器大多都帶有通訊接口。由于rs485網絡具有設備簡單、容易實現(xiàn)、傳輸距離遠、維護方便等優(yōu)點而被許多變頻器廠家所采用，用戶可通過上位機開發(fā)通訊程序，監(jiān)控變頻器的運行。本文以emerson(原 avansys)公司 td3000變頻器為例，介紹基于rs485總線的計算機對多臺變頻器的實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計。

　　2 系統(tǒng)的硬件連接

　　td3000是 emerson公司推出的高性能矢量控制變頻器，能以很高的控制精度進行寬范圍的調速運行，它帶有內置的標準rs485通訊口，通過轉換器可方便地與上位機進行串行通訊，實現(xiàn)上位機對變頻器功能碼的快速修改及運行狀態(tài)的直觀監(jiān)控，并實現(xiàn)組網監(jiān)控運行[2]。本系統(tǒng)組成如圖1。

　　圖1 系統(tǒng)配置圖

　　計算機的rs-232口通過一個rs232/rs485轉換器轉換為rs-485構成通訊網絡，以td3000變頻器作為從機組成“單主多從”通訊控制網(單監(jiān)控主機多變頻器從機)，通訊介質為屏蔽雙絞線，屏蔽層一點接地。變頻器串行通訊接口端子的接線如圖2。

　　圖2 通訊端口接線圖

　　3 td3000變頻器的串行通訊協(xié)議及相關參數(shù)設置

　　td3000的通訊協(xié)議中，其上位機與變頻器的通信，通過上位機與變頻器之間交換命令和應答實現(xiàn)的。

　　(1) 物理接口

　　rs485總線接口:異步、半雙工;

　　總線上每段最多32個站(最多31個從站)，可用中繼器擴展至127個站(包含中繼器)。

　　(2) 數(shù)據(jù)格式

　　1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗;

　　1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、奇校驗;

　　1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、偶校驗;

　　默認:1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗。

　　(3) 波特率

　　9600bps、19200bps、38400bps、125kbps。

　　默認: 9600bps。

　　(4) 通信地址

　　從機的本機地址設置范圍2～126。

　　127號為廣播地址，主機廣播時，從機不允許應答。

　　(5) 通信方式

　　上位機為主機，變頻器為從機。采用主機“輪詢”，從機“應答”方式。

　　(6) 協(xié)議類型

　　協(xié)議采用長短幀結構:

　　短幀—用于獨立傳送自動控制系統(tǒng)所需的控制字和狀態(tài)字;

　　長幀—既包括控制字和狀態(tài)字又含有涉及到操作控制、觀測、維護以及診斷等的內容(所具有的內容受變頻器自身功能的限制);

　　特殊報文—用于獲取從站的軟件版本和機器型號[3]。

　　表1 數(shù)據(jù)幀結構

　　(7) td3000變頻器的參數(shù)設置

　　使用通訊方式控制變頻器時，應對變頻器的通訊數(shù)據(jù)格式、波特率、通訊地址等進行設置，具體通過設置相應的功能碼來完成。下面是對td3000變頻器的參數(shù)設置:

　　f0.03=6 頻率設定方式選擇“通訊給定”

　　f0.05=2 運行命令選擇“通訊控制”

　　f9.00=3 串行通訊時的波特率設定為9600bps

　　f9.01=0 串行通訊時的數(shù)據(jù)格式采用“n，8，1”，即1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗

　　f9.02=2 本機地址設置2號從機

　　4 數(shù)據(jù)幀結構描述

　　(1) 數(shù)據(jù)幀結構為:幀頭、用戶數(shù)據(jù)、幀尾(見表1)。

　　幀頭包括:起始字節(jié)(特殊報文:68h;短幀:7eh;長幀:02h)

　　從機地址(范圍2-126，127為廣播地址，0、1號地址保留)。

　　幀尾包括:校驗數(shù)據(jù)(異或校驗，計算方法為本幀數(shù)據(jù)字節(jié)的連續(xù)異或結果)。

　　用戶數(shù)據(jù)包括:參數(shù)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)兩部分(在短幀中沒有參數(shù)數(shù)據(jù))。其中參數(shù)數(shù)據(jù)包括:功能碼操作命令/響應、功能碼號、功能碼設定/實際值。過程數(shù)據(jù)包括:主機控制命令/從機狀態(tài)響應、主機運行主設定/從機運行實際值。當主機發(fā)送時為“命令”或“設定值”，如對變頻器進行開機、關機、正反轉、頻率設置、參數(shù)讀取等，當從機(變頻器)發(fā)送時為對主機命令的“響應”或工作狀態(tài)及參數(shù)“實際值”的反饋。數(shù)據(jù)遵循先發(fā)高字節(jié)，再發(fā)低字節(jié)的原則;如果功能碼操作不正確，則用低字節(jié)返回操作錯誤代碼，此時高字節(jié)為0。

　　(2) 變頻器的運行控制既可以用長幀實現(xiàn)，也可以用短幀實現(xiàn)。本文中僅以長幀為例進行說明，其幀格式如下:

　　● 計算機到變頻器:

　　●變頻器到計算機:

　　5 通訊程序及監(jiān)控界面的設計

　　目前監(jiān)控系統(tǒng)上位機一般采用windows平臺，windows平臺下的串行通訊程序設計一般有2種途徑:一是直接調用windowsapi函數(shù)，響應速度快，但程序設計較復雜;二是采用mscomm串行通訊控件，靈活性稍差，但控件的使用使得通訊程序設計大為簡單。在一般控制要求并不太高的情況下，通過第二種途徑進行程序開發(fā)既能滿足控制要求，又能簡化程序設計。

　　visual basic以其面向組件的新技術及對硬件控制能力強而著稱，vb提供的mscomm控件是grescent sortware inc公司提供的activex控件，它通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應用程序提供串行通訊功能[1]。應用時首先要求注冊它，把它放到表單上，然后設置其屬性:

　　commport=1, 通訊端口號

　　inbuffersize=1024, 收緩沖大小

　　inputlen=0,

　　outbuffersize=1024 發(fā)緩沖大小

　　rthreshold=18, 串口接字符觸發(fā)事件

　　rtsenable=false,

　　setting=9600,n,8,1 (波特率為9600，校驗碼為無校驗，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位)。

　　圖3 人機界面

　　圖3是監(jiān)控系統(tǒng)的主控制界面，對td3000的開機、關機、正轉、反轉、點動正轉、點動反轉、自由停車、緊急停車、故障復位等控制，通過點擊窗口上相應的運行控制按鈕來實現(xiàn);如果點擊右邊的“運行參數(shù)”按鈕，即可進入變頻器運行參數(shù)監(jiān)控界面，實時監(jiān)視變頻器的運行頻率、設定頻率、運行轉速、設定轉速、輸出電流、輸出電壓、閉環(huán)反饋、閉環(huán)設定、變頻器當前狀態(tài)等。

　　下面以分別以“設定發(fā)送數(shù)據(jù)長幀格式子函數(shù)”、“計算校驗和子函數(shù)”以及“以50hz運行2#變頻器”程序段為例加以說明。

　　表2　計算機向變頻器發(fā)送數(shù)據(jù)幀

　　(1) 設定發(fā)送數(shù)據(jù)長幀格式子函數(shù)

　　public function sendlcode2(a as string)

　　長幀發(fā)送函數(shù)

　　dim outdatabyte() as byte

　　dim i as integer

　　sendlcode2 = "02" + a

　　redim outdatabyte(len(sendlcode2)/2)

　　重新定義發(fā)送數(shù)組長度

　　for i = 1 to len(sendlcode2)/2

　　outdatabyte(i) = cbyte(val("&h" & mid(sendlcode2, i * 2 - 1, 2)))

　　把字符串變成字節(jié)數(shù)組

　　next

　　form1.mscomm1.output=outdatabyte 發(fā)送

　　end function

　　(2) 計算校驗和子函數(shù)

　　public function fcs(sendstr as string)

　　校驗和函數(shù)

　　dim str

　　dim i as integer

　　str = val("&h" & mid(sendstr, 1, 2))

　　i = 3

　　do

　　str = str xor val("&h" & mid(sendstr, i, 2))

　　i = i + 2

　　loop while i < len(sendstr)

　　fcs = hex$(str)

　　end function

　　(3)以50hz運行2#變頻器。

　　td3000頻率的定標為1:100，要使變頻器以50hz運轉，主設定應為1388h(5000)，故計算機向變頻器發(fā)送數(shù)據(jù)幀為(見表2):

　　其對應部分程序段為:

　　private sub command1_click() 開機命令

　　mscomm1.portopen=true 打開端口接入總線

　　dim str1, sendstring,bcc 定義變量

　　str1="0200000000047f1388" 賦值以50hz運行2#變頻器的數(shù)據(jù)變量

　　bcc=cstr(fcs(str1)) 調用異或校驗函數(shù)生成校驗碼

　　sendstring=str1+bcc 生成完整待發(fā)送字符串

　　sendlcode2 (sendstring) 調用長幀格式函數(shù)把字

　　符串變成字節(jié)并發(fā)送

　　end sub

　　6 結束語

　　本系統(tǒng)通過基于rs485總線的計算機對變頻器通訊，實現(xiàn)了上位機對多臺變頻器的控制及實時監(jiān)控功能，利用vb編制的人機界面使操作簡便，取得了良好的實用效果。針對通訊過程中應注意的事項總結如下:

　　(1) 在實際的運行過程中，長幀和短幀的發(fā)送，有時會出現(xiàn)不能同時發(fā)送的情況，這是因為變頻器對指令的處理時間與我們所設置的波特率不協(xié)調，以至不能辨認數(shù)據(jù)幀，這時可以改變一下波特率，使之協(xié)調。

　　(2) 兩個通信幀之間要保證有2個字節(jié)以上傳輸時間的間隔，確保準確識別報文頭。

　　(3) 在讀取參數(shù)時，會出現(xiàn)所返回的數(shù)據(jù)不能夠穩(wěn)定地固定在某一個范圍內，返回錯誤數(shù)據(jù)。這是因為發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)的間隔設置不當引起的，以至于變頻器還沒有正確處理完數(shù)據(jù)時，就已經讀出錯誤數(shù)據(jù)。

　　(4) 使用mscomm控件時，不能以數(shù)字串的形式直接發(fā)送，而是要以字節(jié)形式發(fā)送;同時在接收時，要用二進制的形式來取回數(shù)據(jù)，否則通訊就不能成功。

　　參考文獻

　　[1] microsoft corporation.visual basic 5.0 active x控件參考手冊[m]. 北京:科學出版社,1998.

　　[2] 安圣電氣有限公司. td3000高性能矢量控制變頻器用戶手冊[m]. 深圳:安圣電氣有限公司,2001.

　　[3] 安圣電氣有限公司. td3000變頻器串行通信協(xié)議[m]. 深圳:安圣電氣有限公司,2001.