富士变频器网络控制软件设计.docx
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富士变频器网络控制软件设计
富士变频器网络控制软件设计
摘要
在许多数控设备中,经常要用变频器去控制交流电机的转速、转向。
在某些地方,需要用一台工控PC机灵活地控制多台变频器,以达到控制各交流电机的目的。
针对这一需要,一些公司(如德国的西门子、日本东芝、三菱等公司)推出了带有RS485通信接口的变频器,使用户能够方便灵活地选择变频器的强大功能。
在Windows下开发工控软件,可以利用Windows的丰富资源,方便地生成各种菜单及美观大方的图形界面,软件产品质量高且开发周期短。
VisualBasic6.0是Microsoft公司推出的功能强大的Windows开发软件,只能在Windows环境下运行开发32位的应用程序。
本文利用VB6.0的ActiveX控件——MicrosoftCommunication控件,方便地实现Windows环境下与多台变频器的串行通信接口,成功地实现了用单台PC机对多台交流异步电动机的灵活控制。
关键词 变频器;网络群控;串行通信接口;VB;RS-232
NetworkOperatingSoftwareDeviceofFRENICFrequencyConverter
Abstract
Inalotofnumericalcontrolequipment,willoftencontroltherotationalspeedofexchangingtheelectricalmachinerywiththefrequencyconverter,Changedirection.Insomeplaces,needtocontrolmanyfrequencyconvertersaccusingofPCcleverworkwithaworker,inordertoachievethegoalofcontrollingandeachexchangetheelectricalmachinery.Changedirection.Needtothisone,somecompanies(companiessuchasSiemens,JapanToshiba,MitsubishiofGermany)introducethefrequencyconverterwithRS485communicationinterface,makeusersabletochoosethestrongfunctionofthefrequencyconverterinaflexiblewayconveniently.
Developworker'ssoftwareofaccusingofunderWindows,canutilizeabundantsresourceofWindows,producevariouskindsofmenusandelegantinappearancefigureinterfacesconveniently,theproductqualityofthesoftwareishighanddevelopmentperiodisshort.VisualBasic6.0isthatpowerfulWindowswhichMicrosoftCompanyputsoutdevelopsthesoftware,canonlyoperatetheapplicationprogramwhichdevelop32undertheenviromentofWindows.
ThistextutilizesActiveXcontrollingpartsof1VB6.0--MicrosoftCommunicationcontrollingparts,theserialcommunicationinterfaceofrealizingunderWindowsenvironmentsconvenientlyandmanyfrequencyconverters,havesucceededinrealizingthatcontrolsmanysetsofflexibilityofexchangingtheasynchronousmotorwiththesingleplatformPCmachine.
KeywordsFrequencyconverter;Teamcontrolofnetwork;erialcommunicationinterface;VB;RS-232
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摘要……
Abstract
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引言
绪论
引言
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,交流调速取代直流调速已成为现代电器传动的主要发展方向之一,变频器以其优越的调速和起制动性能、高效率、高功率因数和显著的节电效果而广泛应用于风机、水泵等大中型笼型感应电动机,它被公认为最有发展前途的调速控制器。
VisualBasic是继Basic之后在计算机语言领域最成功、最流行的语言。
它的流行有以下三个原因:
一,Windows是当今最流行的操作系统,VisualBasic是开发Windows应用程序最易学易用的工具之一;二,VisualBasic引用了当前最新的程序设计思想:
面向对象与事件驱动,使编程变得非常快捷;三,Microsoft公司非常重视VisualBasic,不断把新技术运用到其中。
四,越来越多的优秀软件支持使用VisualBasic进行二次开发。
通常变频器控制由操作面板来完成,也可通过输入外部的控制信号来实现。
由于PC机具有键盘、显示器、打印机等外设及大容量硬盘和丰富的软件资源;在Windows下运用VC、VB等软件可编制人机界面友好、控制管理较强的控制软件,在进行实时数据采集和控制任务时,具有集成度高、控制处理能力强、工作可靠稳定等特点。
随着Windows的推出,越来越多的微机用户已习惯于Windows操作系统。
不过Windows应用软件的开发对于一般工程技术领域的技术人员来说并非易事,然而使用微软的VisualBasic6.0来开发这些方面的Windows应用软件就十分方便,编程工作量相对较小,只需进行主要应用功能的编程和少量界面控制的编程。
本文利用计算机语言领域最成功、最流行的语言之一的VisualBasic程序实现了计算机对多台(公认为最有发展前途的调速控制器)变频器的远程控制。
程序已利用”串口调试程序”,通过RS232数据线连接的两台PC机调试成功,可以应用于实际系统.具有很高的实际应用价值。
变频器调速的基本原理
变频器概述
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,交流调速取代直流调速已成为现代电器传动的主要发展方向之一,变频器以其优越的调速和起制动性能、高效率、高功率因数和显著的节电效果而广泛应用于电力拖动自动控制系统及风机、水泵等大中型笼型感应电动机,它被公认为最有发展前途的调速控制器。
变频调速的主要元器件是变频器,异步电动机调速传动时,变频器对供电电压、电流、频率进行适当的控制,不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途是不同的。
按系统调速规律来分,变频器主要有恒压频比(v/f)控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制四种结构形式。
变频器调速原理
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
常用三相交流异步电动机的结构为图1-1所示。
图1-1三相异步电动机结构示意图
1-机座;2-定子铁心;3-定子绕组;4-转子铁心;5-转子绕组
定子由铁心及绕组构成,转子绕组做成笼型,俗称鼠笼型电动机。
当在定子绕组上接入三相交流电时,在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场,它与转子绕组产生相对运动,使转子绕组产生感应电势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩,使电动机转动起来。
电机磁场的转速称为同步转速,用N表示
(1)
式中:
f—三相交流电源频率,一般为50Hz;p—磁极对数。
当p=1时,N=3000r/min;p=2时,N=1500r/min。
可见磁极对数p越多,转速N越慢。
转子的实际转速n比磁场的同步转速N要慢一点,所以称为异步电机,这个差别用转差率s表示:
(2)
当加上电源转子尚未转动瞬间,n=0,这时s=1;起动后的极端情况n=N,则s=0,即s在0~1之间变化。
一般异步电机在额定负载下的s=(1~6)%。
综合式
(1)和式
(2)可以得出
(3)
由式(3)可以看出,对于成品电机,其磁极对数p已经确定,转差率s变化不大,则电机的转速n与电源频率f成正比,因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速,进而达到异步电机调速的目的。
变频器特点
利用变频器可以根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速或减速,基本保持异步电机固有特性转差率小的特点,具有效率高、范围宽、精度高且能无级变速的优点,因而被广泛应用于电力拖动自动控制系统及水泵、风机等大中型感应电动机。
富士变频器通信协议
标准帧
表1-1要求帧:
[主机→变频器](本文中用于向变频器写入命令)
字节
字段
值(ASCII)
值(16进制)
说明
0
SOH
SOH
01H
电文开始
1
站号
0-9
30H-39H
变频器地址高
2
站号
0-9
30H-39H
变频器地址低
3
ENG
ENG
05H
传送要求
4
命令
R
W
A
E
25H
57H
41H
45H
查询(读出)
选择(写入)
告诉应答选择
报警复位
5
种类
F
E
C
P
H
A
O
S
M
46H
45H
43H
50H
48H
41H
6FH
53H
4DH
基本功能
端子功能
控制功能
电动机1
高级功能
电动机2
选件
命令数据
监视数据
6
功能号码
0-4
30H-34H
功能号码十位
7
功能号码
0-9
30H-34H
功能号码个位
8
SP
20H
未使用
9
数据
0-F
30H-3FH
数据位1
10
数据
0-F
30H-3FH
数据位2
11
数据
0-F
30H-3FH
数据位3
12
数据
0-F
30H-3FH
数据位4
13
EXT
EXT
03H
电文结束
14
BCC
0-F
30H-3FH
校验和1
15
BCC
0-F
30H-3FH
校验和2
表1-2应答帧:
(肯定应答帧/否定应答)(本文中用于接收变频器频率等)
字节
字段
值(ASCII)
值(16进制)
说明
0
SOH
SOH
01H
电文开始
1
站号
0-9
30H-39H
变频器地址高
2
站号
0-9
30H-39H
变频器地址低
3
ACK
NAK
ACK
NAK
06H
15H
肯定应答
否定应答
4
命令
R
W
A
E
25H
57H
41H
45H
查询(读出)
选择(写入)
告诉应答选择
报警复位
5
种类
F
E
C
P
H
A
O
S
M
46H
45H
43H
50H
48H
41H
6FH
53H
4DH
基本功能
端子功能
控制功能
电动机1
高级功能
电动机2
选件
命令数据
监视数据
6
功能号码
0-4
30H-34H
功能号码十位
7
功能号码
0-9
30H-34H
功能号码各位
8
ACK特殊NAKSP
20H
特殊附加数据
未使用
9
数据
ACK0-F
NAK
30H-3FH
20H
数据位1
未使用
10
数据
ACK0-F
NAK
30H-3FH
20H
数据位2
未使用
11
数据
ACK0-F
NAK4-5
30H-3FH
数据位3
通信出错代码
12
数据
ACK0-F
NAK0-F
30H-3FH
数据位4
通信出错代码
13
EXT
EXT
03H
电文结束
14
BCC
0-F
30H-3FH
校验和1
15
BCC
0-F
30H-3FH
校验和2
表1-3查询要求帧:
[主机→变频器](本文中用于发送查询可用变频器命令)
字节
字段
值(ASCII)
值(16进制)
说明
0
SOH
SOH
01H
电文开始
1
站号
0-9
30H-39H
变频器地址高
2
站号
0-9
30H-39H
变频器地址低
3
ENG
ENG
05H
传送要求
4
命令
g
h
i
l
k
67H
68H
69H
6AH
BBH
输出频率
转矩
转矩电流
输出频率
运行状态监视
5
EXT
EXT
03H
电文结束
6
BCC
0-F
30H-3FH
校验和1
7
BCC
0-F
30H-3FH
校验和2
表1-4查询应答帧:
[变频器→主机](本文中用于接收变频器状态信息)
字节
字段
值(ASCII)
值(16进制)
说明
0
SOH
SOH
01H
电文开始
1
站号
0-9
30H-39H
变频器地址高
2
站号
0-9
30H-39H
变频器地址低
3
ACK/
NAK
ACK
NAK
06H
15H
肯定应答
否定应答
4
命令
g
h
i
l
k
67H
68H
69H
6AH
BBH
输出频率
转矩
转矩电流
输出频率
运行状态监视
5
数据
0-F
30H-3FH
数据位1
6
数据
0-F
30H-3FH
数据位2
7
数据
0-F
30H-3FH
数据位3
8
数据
0-F
30H-3FH
数据位4
9
EXT
EXT
03H
电文结束
10
BCC
0-F
30H-3FH
校验和1
11
BCC
0-F
30H-3FH
校验和2
从Rs-232到Rs-485的接口转换
接口分类
串行接口
计算机的另一种标准接口是串行口,现在的PC机一般至少有两个串行口COM1和COM2。
串行口不同于并行口之处在于它的数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去。
这样,虽然速度会慢一些,但传送距离较并行口更长,因此长距离的通信应使用串行口。
通常COM1使用的是9针D形连接器,而COM2有些使用的是老式的DB25针连接器
并行接口
目前,计算机中的并行接口主要作为打印机端口,接口使用的不再是36针接头而是25针D形接头。
所谓“并行”,是指8位数据同时通过并行线进行传送,这样数据传送速度大大提高,但并行传送的线路长度受到限制,因为长度增加,干扰就会增加,容易出错。
接口硬件
I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起,按照电路和设备的复杂程度,I/O接口的硬件主要分为两大类:
(1)I/O接口芯片
这些芯片大都是集成电路,通过CPU输入不同的命令和参数,并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作,常见的接口芯片如定时/计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。
(2)I/O接口控制卡
有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件,或者直接与CPU同在主板上,或是一个插件插在系统总线插槽上。
接口的控制方式
CPU通过接口对外设进行控制的方式有以下几种:
(1)程序查询方式
这种方式下,CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态,如果外设准备就绪,则进行数据的输入或输出,否则CPU等待,循环查询。
这种方式的优点是结构简单,只需要少量的硬件电路即可,缺点是由于CPU的速度远远高于外设,因此通常处于等待状态,工作效率很低
(2)中断处理方式
在这种方式下,CPU不再被动等待,而是可以执行其他程序,一旦外设为数据交换准备就绪,可以向CPU提出服务请求,CPU如果响应该请求,便暂时停止当前程序的执行,转去执行与该请求对应的服务程序,完成后,再继续执行原来被中断的程序。
中断处理方式的优点是显而易见的,它不但为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间,提高了CPU的工作效率,还满足了外设的实时要求。
但需要为每个I/O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序,此外还需要一个中断控制器(I/O接口芯片)管理I/O设备提出的中断请求,例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。
此外,中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要进行中断,启动中断控制器,还要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行,花费的工作量很大,这样如果需要大量数据交换,系统的性能会很低。
接口简介
串行通讯的基本概念:
与外界的信息交换称为通讯。
基本的通讯方式有并行通讯和串行通讯两种。
一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯。
并行通讯的特点是:
各数据位同时传送,传送速度快、效率高,但有多少数据位就需多少根数据线,因此传送成本高,且只适用于近距离(相距数米)的通讯。
一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。
串行通讯的特点是:
数据位传送,传按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但送速度慢。
串行通讯的距离可以从几米到几千米。
根据信息的传送方向,串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。
信息只能单向传送为单工;信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工;信息能够同时双向传送则称为全双工。
串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种方式。
在单片机中,主要使用异步通讯方式。
串口通讯的概念及接口电路
许多外设和计算机按串行方式进行通信,这里所说的串行方式,是指外设与接口电路之间的信息传送方式,实际上,CPU与接口之间仍按并行方式工作。
所谓“串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线(另外需要地线,可能还需要控制线),数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输,每一位数据都占据一个固定的时间长度。
如图2-1所示。
图2-1
这种通信方式使用的数据线少,在远距离通信中可以节约通信成本,当然,其传输速度比并行传输慢。
由于CPU与接口之间按并行方式传输,接口与外设之间按串行方式传输,因此,在串行接口中,必须要有“接收移位寄存器”(串→并)和“发送移位
寄存器”(并→串)。
典型的串行接口的结构如2-2所示。
图2-2典型串行口结构图
在数据输入过程中,数据1位1位地从外设进入接口的“接收移位寄存器”,当“接收移位寄存器”中已接收完1个字符的各位后,数据就从“接收移位寄存器”进入“数据输入寄存器”。
CPU从“数据输入寄存器”中读取接收到的字符。
(并行读取,即D7-D0同时被读至累加器中)。
“接收移位寄存器”的移位速度由“接收时钟”确定。
在数据输出过程中,CPU把要输出的字符(并行地)送入“数据输出寄存器”,“数据输出寄存器”的内容传输到“发送移位寄存器”,然后由“发送移位寄存器”移位,把数据1位1位地送到外设。
“发送移位寄存器”的移位速度由“发送时钟”确定。
接口中的“控制寄存器”用来容纳CPU送给此接口的各种控制信息,这些控制信息决定接口的工作方式。
“状态寄存器”的各位称为“状态位”,每一个状态位都可以用来指示数据传输过程中的状态或某种错误。
例如,用状态寄存器的D5位为“1”表示“数据输
出寄存器”空,用D0位表示“数据输入寄存器满”,用D2位表示“奇偶检验错”等。
能够完成上述“串-并”转换功能的电路,通常称为“通用异步收发器”。
串口通讯-通信协议
所谓通信协议是指通信双方的一种约定。
约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。
因此,也叫做通信控制规程,或称传输控制规程,它属于ISO'SOSI七层参考模型中的数据链路层。
目前,采用的通信协议有两类:
异步协议和同步协议。
同步协议又有面向字符和面向比特以及面向字节计数三种。
其中,面向字节计数的同步协议主要用于DEC公司的网络体系结构中。
串行通信接口的基本任务
1.实现数据格式化:
因为来自CPU的是普通的并行数据,所以,接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。
在异步通信方下,接口自动生成起止式的帧数据格式。
在面向字符的同步方式下,接口要在待传送的数据块前加上同步字符。
2.进行串-并转换:
串行传送,数据是一位一位串行传送的,而计算机处理数据是并行数据。
所以当数据由计算机送至数据发送器时,首先把串行数据转换为并行数才能送入计算机处理。
因此串并转换是串行接口电路的重要任务。
3.控制数据传输速率:
串行通信接口电路应具有对数据传输速率——波特率进行选择和控制的能力。
4.进行错误检测:
在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他校验码。
在接收时,接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码,确定是否发生传送错误。
5.进行TTL与EIA电平转换:
CPU和终端均采用TTL电平及正逻辑,它们与EIA采用的电平及负逻辑不兼容,需在接口电路中进行转换。
6.提供EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线:
远距离通信采用MODEM时,需要9根信号线;近距离零MODEM方式,只需要3根信号线。
这些信号线由接口电路提供,以便与MODEM或终端进行联络与控制。
串行通信接口电路的组成
为了完成上述串行接口的任务,串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA与TTL电平转换器以及地址译码电路组成。
其中,串行接口芯片,随着大规模继承电路技术的发展,通用的同步(USRT)和异步(UART)接口芯片种类越来越多,如表2-1所示。
它们的基本功能是类似的,都能实现上面提出的串行通信接口基本任务的大部分工作,且都是可编程的。
才用这些芯片作为串行通信接口电路的核心芯片,会使电路结构比较简单。
表2-1
芯片
同步(USRT)
异步(UART)
(起止式)
传输速率b/s
面向
字符
HDLC
同步
异步
INS8250
56K
MC6850
1M
MC6852
1.5M
MC6854
1.5M
Int8251A
64K
19.2K
Int8273
64K
Z-80SIO
800K
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