基于rs-485串口實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器之間的通訊設(shè)計(jì)

1、 引言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，而其中軸承性能的好壞對齒輪箱的性能起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)用戶要求，齒輪箱軸承出廠前要在模擬實(shí)際工況的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試。即齒輪箱軸承需在不同轉(zhuǎn)速、載荷下進(jìn)行性能試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)。齒輪箱軸承轉(zhuǎn)速的改變是由變頻器驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)的。變頻器運(yùn)行頻率的設(shè)定有三種方法：一是通過面板手工調(diào)節(jié)，這種方式已經(jīng)不能滿足頻率頻繁變化時(shí)使用需要。二是通過變頻器的外部接口，外接模擬信號來控制設(shè)定頻率。這種方式雖然簡單，但存在設(shè)定頻率不準(zhǔn)確的問題，當(dāng)外接模擬信號波動(dòng)時(shí)，變頻器的設(shè)定頻率也隨之變化。三是通過變頻器的通訊口，利用參數(shù)設(shè)定指令來進(jìn)行頻率參數(shù)設(shè)定。這種方法能準(zhǔn)確地控制變頻器的頻率。下面以臺達(dá)vfd-b系列變頻器為例，介紹一種基于labview軟件利用串口實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器間通訊，進(jìn)行頻率參數(shù)設(shè)定、監(jiān)視輸出電流的方法。

2、 通訊系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所采用的通訊方式是利用美國ni公司的工控機(jī)與臺達(dá)vfd-b系列變頻器的rs-485串口通訊。工控機(jī)的控制器為 nipxi-8106，自帶1個(gè)rs-232通訊串口。由于系統(tǒng)還需要與儀表和plc通訊，而且變頻器、儀表和plc三者之間的通訊協(xié)議不同，工控機(jī)另配有1塊串行通訊模塊nipxi-8431（含有兩個(gè)rs-485串口）。使用工控機(jī)rs-232串口和臺達(dá)變頻器的rs-485串口通訊，中間需加rs-232/rs-485轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。如果使用串行通訊模塊nipxi-8431的rs-485串口，須用db-9連接器連接工控機(jī)的rs-485串口與變頻器的rs-485串口，如圖2所示

3 、系統(tǒng)硬件接口

臺達(dá)vfd-b系列變頻器的通訊口引腳定義、db-9連接器引腳定義、rs-232/rs-485轉(zhuǎn)換器的接線端子排列見表1。

臺達(dá)vfd-b系列變頻器通訊口使用的是水晶頭，只需壓兩根線，為了減少干擾，通訊線最好使用雙絞屏蔽線。使用工控機(jī)的rs-485通訊口時(shí)，須把db-9的4腳與8腳短接，然后連接變頻器的4：sg+，把db-9的5腳與9腳短接，然后連接變頻器的3：sg-，見圖3。使用工控機(jī)的rs-232通訊口時(shí)，接線方法是把rs-232/rs-485轉(zhuǎn)換器的d+/a連變頻器的4：sg+，d-/b連變頻器的3：sg-，見圖4。

3．1 通訊格式說明

在本系統(tǒng)中，工控機(jī)與變頻器通訊，工控機(jī)一側(cè)不僅要設(shè)置相應(yīng)的通訊參數(shù)，如通訊地址，波特率，數(shù)據(jù)位，停止位，變頻器一側(cè)也有一些參數(shù)需要設(shè)置。兩者之間的通訊參數(shù)設(shè)置應(yīng)一致。

3．2 臺達(dá)變頻器的參數(shù)設(shè)置

臺達(dá)變頻器的參數(shù)設(shè)置如表2所示。

參數(shù)設(shè)置完以后，變頻器需要重新上電，新的參數(shù)才會被應(yīng)用。

3．3 工控機(jī)與變頻器通訊協(xié)議

臺達(dá)vfd-b系列變頻器使用modbus networks 通訊協(xié)議。而 modbus可使用ascⅱ或 rtu兩種資料編碼。ascⅱ編碼是將所要傳送的資料先轉(zhuǎn)換成相對的ascⅱ碼后再傳送，而rtu則是把資料直接傳送，不再經(jīng)過轉(zhuǎn)換。下面以ascⅱ模式為例，說明工控機(jī)和變頻器的主要通信協(xié)議如下。

通訊功能碼有：

03h：讀出寄存器內(nèi)容

06h：寫入一筆資料至寄存器

08h：回路偵測

10h：寫入多筆資料至寄存器

由于臺達(dá)變頻器運(yùn)行頻率的單位是0.01hz，當(dāng)需要的運(yùn)行頻率是20

hz時(shí)，應(yīng)寫入數(shù)值2000，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制是7d0h。頻率命令寫到內(nèi)部設(shè)定參數(shù)2001h寄存器。

例如：對通訊地址01h，寫入2000（7d0h）至變頻器內(nèi)部設(shè)定參數(shù)2001h寄存器，格式見表3。

在測試現(xiàn)場需要時(shí)刻觀察變頻器的輸出電流，判斷試驗(yàn)機(jī)有無異常狀況。監(jiān)視變頻器內(nèi)部參數(shù)2104h寄存器可觀察變頻器的輸出電流。

例如：對通訊地址01h，讀出2104h寄存器的資料內(nèi)容，格式見表4。

ascⅱ模式的檢查碼由通訊地址開始到數(shù)據(jù)內(nèi)容結(jié)束加起來的值，然后取2的補(bǔ)碼。

以表3詢問訊息為例檢查碼為：

01h+06h+20h+01h+07h+d0h=ffh，然后取2的補(bǔ)碼=01h。

4、 通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

labview語言是美國ni公司為適應(yīng)計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展、加快儀器的開發(fā)和完善其功能而推出的。它使用圖形化編程語言編程，執(zhí)行程序的順序是由數(shù)據(jù)流決定的，而不是傳統(tǒng)文本語言的按命令行順序連續(xù)執(zhí)行。labview語言具有界面友好、易學(xué)易懂、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域。

在labview中進(jìn)行串口通訊主要利用visa函數(shù)。 包括visa configure serial port 、visa write、 visa read 、 visa close等 vi。 利用串口發(fā)送數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)的程序如下：

第一步：初始化端口，設(shè)定端口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)等。

第二步：利用visa write.vi 發(fā)送數(shù)據(jù)。

第三步：如需從串口讀取數(shù)據(jù)，可利用visa read.vi 讀取數(shù)據(jù)。

第四步：如串口不再使用，可利用visa close .vi關(guān)閉串口。

在labview 2009基本串行寫入和讀取程序框圖如圖5。

5、 結(jié)束語

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用labview實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器通訊，通過工控機(jī)的串行端口來控制變頻器，可以方便、直觀地控制變頻器的運(yùn)行，監(jiān)視變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置變頻器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)變頻器的聯(lián)網(wǎng)及遠(yuǎn)程控制。