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基于PCC的变频器的串行通信协议

作者:王世畅,程耕国,武汉科技大学信息科学与工程学院2009.02.14阅读 4598

  1、开发背景
  随着自动化程度日益提高,对单台变频器的控制在许多场合已经不能满足生产的要求,必须对多台变频器进行协调控制,因此变频调速技术也逐渐朝着网络化的方向发展。为适应这一发展方向的需要CONTROL ENGINEERING China版权所有,各大公司相继推出了带有标准通讯接口的通用变频器,为用户设计满足工业现场需求的控制系统带来了极大的方便。但是只有极少数公司的变频器支持标准的通信协议<例如:PROFIBUC、 CANBUS 等),实际控制系统有时会要求与不支持标准通信协议的变频器通信,普通的PLC 也不具备与第三方产品通信的能力,造成系统集成的巨大困难。让开发人员从底层开发通信协议是一项复杂且工作量相当大的工作,而且系统的可靠性也难以得到保证。基于上述问题,贝加莱2005系列 PCC可编程计算机控制器)产品除了支持标准的通信协议之外, 还向用户提供了用于与第三方产品通信的协议开发工具---帧驱动器,用户只需要了解第三方产品的通信协议细节<包括信息帧格式的组成等>,并用帧驱动器写出与第三方产品通信协议一样的通信规约,就可方便地实现PCC与第三方产品之间的通信。
  本文利用PCC的帧驱动器CONTROL ENGINEERING China版权所有,成功地实现了PCC 对多台变频器的网络控制,并且PCC 可以作为上层网络的一个节点,以实现全厂的网络化和自动化。Driveframe 是一个运行在PLC 里面的函数库,系统的串行通信程序是用B&R Automation StudioTM下的Automation Basic来开发的,作为完整的任务模块可以添加到任何其它复杂项目中,不仅能提高系统的可靠性,而且可以提高代码的可重用性,缩短项目的开发周期,使项目开发人员能够方便进行系统集成。为了扩大串行通信的有效传输距离,提高通信传输速率,增强抗干扰能力控制工程网版权所有,采用RS-422/485 串行总线通信标准。
  2、系统的总体设计
  变频器采用西门子的Micro Master变频器,PCC采用贝加莱的B&R2003。PCC 通过RS-485网络与多个变频器相连接,最多可达32 台,波特率为10Mb/s时控制工程网版权所有,通信距离为15m;波特率为100Kb/s 时控制工程网版权所有,通信距离可达1200m。每台变频器被赋予各自独立的地址码用以识别身份,这样,PCC 便能通过RS-485接口控制工程网版权所有,对挂在总线的所有变频器进行控制操作。
  3、利用PCC控制变频器
  3.1变频器的串行通讯协议
  西门子Micro Master 变频器在远程通讯时控制工程网版权所有,遵循西门子的USS 通信协议。USS 通信协议由一个双向信息表组成;接受来自远程主机发送的控制信息,并反馈信息给主机作为已接收信息后的应答。其报文结构包含了参数数据和过程数据,前者用于改变变频器的参数,后者用于快速刷新变频器的过程数据,如启动停止、速度给定、力矩给定等。USS 协议的数据报文由14 个字节组成。每个字节采用2 位16 进制数的形式,遵循UART 格式:1 个起始位,8 个数据位,1 个偶校验位和1个停止位。变频器接收数据的通信协议如下:

基于PCC的变频器的串行通信协议如图


  STX 为起始字符,02H;LGE为发送字节数, 对于Micro Master为0CH(12)个字节;ADR 为变频器的地址码,取值范围为0~31 (bit0-4位),bit5 为1 时为广播发送;PKE 为16 位的字,用来控制变频器的运行参数设置。各bit 的含义如下:

基于PCC的变频器的串行通信协议如图


  对于Micro Master 变频器,控制位为0001 时控制工程网版权所有,读变频器的参数,控制位为0010 时控制工程网版权所有,写参数到变频器的RAM和EEPROM,Bit11未用,置为0:IND为16 位的字,未用,置为0:VAL为16位的变频器参数值,与PKE 一起将运行参数写入到变频器中;STW 为16位的字,用来控制变频器的运行动作;HSW 为16 位的字, 用来控制变频器的输出频率, 满频时的值为16384(4000H)对应100%的输出频率,最大值为32767(8000H)对应200%的输出频率,当取值为:32768~65535 时控制工程网版权所有,表示反向的输出频率从0~200%变化,电机反转;BCC 为校验字节,是前面所有字节的异或和。
  同时控制工程网版权所有,变频器也向PCC 回送数据报文,其通信协议如下:

基于PCC的变频器的串行通信协议如图


  与PCC向变频器发送的数据报文相比,变频器回送的数据报文只是以ZSW 代替了STW,HIW 代替了HSW,其余字节的含义是一样的。ZSW 是16 位的状态字,用来表示变频器的当前运行状态;HIW 也是16 位的字,代表变频器的输出频率,其意义与HSW 是一样的。
  3.2 PCC 帧驱动器的配置
  PCC 是贝加莱公司于1994 年推出的新一代硬件平台,它是集计算机技术、通讯技术和控制技术(3C技术)于一体的新型控制装置。PCC 的一个显著特点是其具有强大的网络通信能力,除了标准的网络通信协议外,通过帧驱动器

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