基于VB和RS-485總線技術(shù)的變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
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隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器已廣泛應(yīng)用于交流電動機(jī)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(shù)進(jìn)行變頻器的網(wǎng)絡(luò)通訊和遠(yuǎn)程監(jiān)控，以實現(xiàn)生產(chǎn)線設(shè)備之間的實時自動控制及生產(chǎn)流程的實時監(jiān)控。為滿足應(yīng)用的需要，變頻器大多都帶有通訊接口。由于rs485網(wǎng)絡(luò)具有設(shè)備簡單、容易實現(xiàn)、傳輸距離遠(yuǎn)、維護(hù)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(jī)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(jī)對多臺變頻器的實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/329547.htm2 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(jìn)行寬范圍的調(diào)速運行，它帶有內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)rs485通訊口，通過轉(zhuǎn)換器可方便地與上位機(jī)進(jìn)行串行通訊，實現(xiàn)上位機(jī)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(wǎng)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(jī)的rs-232口通過一個rs232/rs485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為rs-485構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)，以td3000變頻器作為從機(jī)組成“單主多從”通訊控制網(wǎng)(單監(jiān)控主機(jī)多變頻器從機(jī))，通訊介質(zhì)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(guān)參數(shù)設(shè)置
td3000的通訊協(xié)議中，其上位機(jī)與變頻器的通信，通過上位機(jī)與變頻器之間交換命令和應(yīng)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(kuò)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(rèn):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(rèn): 9600bps。
(4) 通信地址
從機(jī)的本機(jī)地址設(shè)置范圍2～126。
127號為廣播地址，主機(jī)廣播時，從機(jī)不允許應(yīng)答。
(5) 通信方式
上位機(jī)為主機(jī)，變頻器為從機(jī)。采用主機(jī)“輪詢”，從機(jī)“應(yīng)答”方式。
(6) 協(xié)議類型
協(xié)議采用長短幀結(jié)構(gòu):
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(hù)以及診斷等的內(nèi)容(所具有的內(nèi)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(jī)器型號[3]。
表1 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)
(7) td3000變頻器的參數(shù)設(shè)置
使用通訊方式控制變頻器時，應(yīng)對變頻器的通訊數(shù)據(jù)格式、波特率、通訊地址等進(jìn)行設(shè)置，具體通過設(shè)置相應(yīng)的功能碼來完成。下面是對td3000變頻器的參數(shù)設(shè)置:
f0.03=6 頻率設(shè)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(shè)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(jī)地址設(shè)置2號從機(jī)
4 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)描述
(1) 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)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(jī)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(jié)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(yīng)、功能碼號、功能碼設(shè)定/實際值。過程數(shù)據(jù)包括:主機(jī)控制命令/從機(jī)狀態(tài)響應(yīng)、主機(jī)運行主設(shè)定/從機(jī)運行實際值。當(dāng)主機(jī)發(fā)送時為“命令”或“設(shè)定值”，如對變頻器進(jìn)行開機(jī)、關(guān)機(jī)、正反轉(zhuǎn)、頻率設(shè)置、參數(shù)讀取等，當(dāng)從機(jī)(變頻器)發(fā)送時為對主機(jī)命令的“響應(yīng)”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(jìn)行說明，其幀格式如下:
● 計算機(jī)到變頻器:
●變頻器到計算機(jī):
5 通訊程序及監(jiān)控界面的設(shè)計
目前監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)一般采用windows平臺，windows平臺下的串行通訊程序設(shè)計一般有2種途徑:一是直接調(diào)用windowsapi函數(shù)，響應(yīng)速度快，但程序設(shè)計較復(fù)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(shè)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(jìn)行程序開發(fā)既能滿足控制要求，又能簡化程序設(shè)計。
visual basic以其面向組件的新技術(shù)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(yīng)用程序提供串行通訊功能[1]。應(yīng)用時首先要求注冊它，把它放到表單上，然后設(shè)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(jī)界面
圖3是監(jiān)控系統(tǒng)的主控制界面，對td3000的開機(jī)、關(guān)機(jī)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動正轉(zhuǎn)、點動反轉(zhuǎn)、自由停車、緊急停車、故障復(fù)位等控制，通過點擊窗口上相應(yīng)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(jìn)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(shè)定頻率、運行轉(zhuǎn)速、設(shè)定轉(zhuǎn)速、輸出電流、輸出電壓、閉環(huán)反饋、閉環(huán)設(shè)定、變頻器當(dāng)前狀態(tài)等。
下面以分別以“設(shè)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(jī)向變頻器發(fā)送數(shù)據(jù)幀
(1) 設(shè)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(biāo)為1:100，要使變頻器以50hz運轉(zhuǎn)，主設(shè)定應(yīng)為1388h(5000)，故計算機(jī)向變頻器發(fā)送數(shù)據(jù)幀為(見表2):
其對應(yīng)部分程序段為:
private sub command1_click() 開機(jī)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(diào)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(diào)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(jié)束語
本系統(tǒng)通過基于rs485總線的計算機(jī)對變頻器通訊，實現(xiàn)了上位機(jī)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(jī)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(yīng)注意的事項總結(jié)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(shè)置的波特率不協(xié)調(diào)，以至不能辨認(rèn)數(shù)據(jù)幀，這時可以改變一下波特率，使之協(xié)調(diào)。
(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(zhǔn)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(nèi)，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(shè)置不當(dāng)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(jīng)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(jìn)制的形式來取回數(shù)據(jù)，否則通訊就不能成功。
參考文獻(xiàn)
[1] microsoft corporation.visual basic 5.0 active x控件參考手冊[m]. 北京:科學(xué)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.
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