基于VB和RS-485总线技术的变频器远程监控系统设计

　　随着电力电子技术、微电子技术的发展，变频器已广泛应用于交流电动机的速度控制上，尤其是近年来越来越多地利用rs232/rs485串行通讯和工业现场总线技术进行变频器的网络通讯和远程监控，以实现生产线设备之间的实时自动控制及生产流程的实时监控。为满足应用的需要，变频器大多都带有通讯接口。由于rs485网络具有设备简单、容易实现、传输距离远、维护方便等优点而被许多变频器厂家所采用，用户可通过上位机开发通讯程序，监控变频器的运行。本文以emerson(原 avansys)公司 td3000变频器为例，介绍基于rs485总线的计算机对多台变频器的实时监控系统的设计。

　　2 系统的硬件连接

　　td3000是 emerson公司推出的高性能矢量控制变频器，能以很高的控制精度进行宽范围的调速运行，它带有内置的标准rs485通讯口，通过转换器可方便地与上位机进行串行通讯，实现上位机对变频器功能码的快速修改及运行状态的直观监控，并实现组网监控运行[2]。本系统组成如图1。

　　图1 系统配置图

　　计算机的rs-232口通过一个rs232/rs485转换器转换为rs-485构成通讯网络，以td3000变频器作为从机组成“单主多从”通讯控制网(单监控主机多变频器从机)，通讯介质为屏蔽双绞线，屏蔽层一点接地。变频器串行通讯接口端子的接线如图2。

　　图2 通讯端口接线图

　　3 td3000变频器的串行通讯协议及相关参数设置

　　td3000的通讯协议中，其上位机与变频器的通信，通过上位机与变频器之间交换命令和应答实现的。

　　(1) 物理接口

　　rs485总线接口:异步、半双工;

　　总线上每段最多32个站(最多31个从站)，可用中继器扩展至127个站(包含中继器)。

　　(2) 数据格式

　　1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验;

　　1位起始位、8位数据位、1位停止位、奇校验;

　　1位起始位、8位数据位、1位停止位、偶校验;

　　默认:1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验。

　　(3) 波特率

　　9600bps、19200bps、38400bps、125kbps。

　　默认: 9600bps。

　　(4) 通信地址

　　从机的本机地址设置范围2～126。

　　127号为广播地址，主机广播时，从机不允许应答。

　　(5) 通信方式

　　上位机为主机，变频器为从机。采用主机“轮询”，从机“应答”方式。

　　(6) 协议类型

　　协议采用长短帧结构:

　　短帧—用于独立传送自动控制系统所需的控制字和状态字;

　　长帧—既包括控制字和状态字又含有涉及到操作控制、观测、维护以及诊断等的内容(所具有的内容受变频器自身功能的限制);

　　特殊报文—用于获取从站的软件版本和机器型号[3]。

　　表1 数据帧结构

　　(7) td3000变频器的参数设置

　　使用通讯方式控制变频器时，应对变频器的通讯数据格式、波特率、通讯地址等进行设置，具体通过设置相应的功能码来完成。下面是对td3000变频器的参数设置:

　　f0.03=6 频率设定方式选择“通讯给定”

　　f0.05=2 运行命令选择“通讯控制”

　　f9.00=3 串行通讯时的波特率设定为9600bps

　　f9.01=0 串行通讯时的数据格式采用“n，8，1”，即1位起始位，8位数据位，1位停止位，无校验

　　f9.02=2 本机地址设置2号从机

　　4 数据帧结构描述

　　(1) 数据帧结构为:帧头、用户数据、帧尾(见表1)。

　　帧头包括:起始字节(特殊报文:68h;短帧:7eh;长帧:02h)

　　从机地址(范围2-126，127为广播地址，0、1号地址保留)。

　　帧尾包括:校验数据(异或校验，计算方法为本帧数据字节的连续异或结果)。

　　用户数据包括:参数数据和过程数据两部分(在短帧中没有参数数据)。其中参数数据包括:功能码操作命令/响应、功能码号、功能码设定/实际值。过程数据包括:主机控制命令/从机状态响应、主机运行主设定/从机运行实际值。当主机发送时为“命令”或“设定值”，如对变频器进行开机、关机、正反转、频率设置、参数读取等，当从机(变频器)发送时为对主机命令的“响应”或工作状态及参数“实际值”的反馈。数据遵循先发高字节，再发低字节的原则;如果功能码操作不正确，则用低字节返回操作错误代码，此时高字节为0。

　　(2) 变频器的运行控制既可以用长帧实现，也可以用短帧实现。本文中仅以长帧为例进行说明，其帧格式如下:

　　● 计算机到变频器:

　　●变频器到计算机:

　　5 通讯程序及监控界面的设计

　　目前监控系统上位机一般采用windows平台，windows平台下的串行通讯程序设计一般有2种途径:一是直接调用windowsapi函数，响应速度快，但程序设计较复杂;二是采用mscomm串行通讯控件，灵活性稍差，但控件的使用使得通讯程序设计大为简单。在一般控制要求并不太高的情况下，通过第二种途径进行程序开发既能满足控制要求，又能简化程序设计。

　　visual basic以其面向组件的新技术及对硬件控制能力强而著称，vb提供的mscomm控件是grescent sortware inc公司提供的activex控件，它通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能[1]。应用时首先要求注册它，把它放到表单上，然后设置其属性:

　　commport=1, 通讯端口号

　　inbuffersize=1024, 收缓冲大小

　　inputlen=0,

　　outbuffersize=1024 发缓冲大小

　　rthreshold=18, 串口接字符触发事件

　　rtsenable=false,

　　setting=9600,n,8,1 (波特率为9600，校验码为无校验，8位数据位，1位停止位)。

　　图3 人机界面

　　图3是监控系统的主控制界面，对td3000的开机、关机、正转、反转、点动正转、点动反转、自由停车、紧急停车、故障复位等控制，通过点击窗口上相应的运行控制按钮来实现;如果点击右边的“运行参数”按钮，即可进入变频器运行参数监控界面，实时监视变频器的运行频率、设定频率、运行转速、设定转速、输出电流、输出电压、闭环反馈、闭环设定、变频器当前状态等。

　　下面以分别以“设定发送数据长帧格式子函数”、“计算校验和子函数”以及“以50hz运行2#变频器”程序段为例加以说明。

　　表2　计算机向变频器发送数据帧

　　(1) 设定发送数据长帧格式子函数

　　public function sendlcode2(a as string)

　　长帧发送函数

　　dim outdatabyte() as byte

　　dim i as integer

　　sendlcode2 = "02" + a

　　redim outdatabyte(len(sendlcode2)/2)

　　重新定义发送数组长度

　　for i = 1 to len(sendlcode2)/2

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

　　把字符串变成字节数组

　　next

　　form1.mscomm1.output=outdatabyte 发送

　　end function

　　(2) 计算校验和子函数

　　public function fcs(sendstr as string)

　　校验和函数

　　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运行2#变频器。

　　td3000频率的定标为1:100，要使变频器以50hz运转，主设定应为1388h(5000)，故计算机向变频器发送数据帧为(见表2):

　　其对应部分程序段为:

　　private sub command1_click() 开机命令

　　mscomm1.portopen=true 打开端口接入总线

　　dim str1, sendstring,bcc 定义变量

　　str1="0200000000047f1388" 赋值以50hz运行2#变频器的数据变量

　　bcc=cstr(fcs(str1)) 调用异或校验函数生成校验码

　　sendstring=str1+bcc 生成完整待发送字符串

　　sendlcode2 (sendstring) 调用长帧格式函数把字

　　符串变成字节并发送

　　end sub

　　6 结束语

　　本系统通过基于rs485总线的计算机对变频器通讯，实现了上位机对多台变频器的控制及实时监控功能，利用vb编制的人机界面使操作简便，取得了良好的实用效果。针对通讯过程中应注意的事项总结如下:

　　(1) 在实际的运行过程中，长帧和短帧的发送，有时会出现不能同时发送的情况，这是因为变频器对指令的处理时间与我们所设置的波特率不协调，以至不能辨认数据帧，这时可以改变一下波特率，使之协调。

　　(2) 两个通信帧之间要保证有2个字节以上传输时间的间隔，确保准确识别报文头。

　　(3) 在读取参数时，会出现所返回的数据不能够稳定地固定在某一个范围内，返回错误数据。这是因为发送数据与接收数据的间隔设置不当引起的，以至于变频器还没有正确处理完数据时，就已经读出错误数据。

　　(4) 使用mscomm控件时，不能以数字串的形式直接发送，而是要以字节形式发送;同时在接收时，要用二进制的形式来取回数据，否则通讯就不能成功。

　　参考文献

　　[1] microsoft corporation.visual basic 5.0 active x控件参考手册[m]. 北京:科学出版社,1998.

　　[2] 安圣电气有限公司. td3000高性能矢量控制变频器用户手册[m]. 深圳:安圣电气有限公司,2001.

　　[3] 安圣电气有限公司. td3000变频器串行通信协议[m]. 深圳:安圣电气有限公司,2001.