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