基于USS協(xié)議的變頻器的遠(yuǎn)程控制

1、收稿日期:2003-04-21 修訂日期:2003-05-30作者簡介:張海軍(1976-,男,山東濟(jì)寧人,浙江大學(xué)機(jī)械制造及其自動化專業(yè)在讀碩士研究生,研究方向?yàn)闇囟瓤刂萍岸鄼C(jī)通信系統(tǒng)。基于USS 協(xié)議的變頻器的遠(yuǎn)程控制張海軍,何 聞,賈叔仕(浙江大學(xué)制造工程研究所,浙江 杭州310027摘 要:介紹USS 通信協(xié)議,以德國西門子公司MM400/3型變頻器為例,介紹了微機(jī)與變頻器進(jìn)行通信的硬件接口。依據(jù)該協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了以微機(jī)作為控制器,在VC+環(huán)境下編制程序?qū)ψ冾l器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。關(guān)鍵詞:USS 協(xié)議;微機(jī);VC+;變頻器;遠(yuǎn)程控制中圖分類號:TP393;TM344.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號

2、:1001-4551(200306-0037-03Remote C ontrol of Inverters Based on USS ProtocolZHANG Ha-i jun,HE Wen,JI A Shu -shi(Institute o f Modern Manu factu rin g ,Zhe j iang University ,H ang z hou 310027,ChinaAbstract:The USS protocol is introduced in detail.Hardware i nterfaces of communication between persona

3、l computers and invert -ers are introduced with an example of SIE MENS inverter MM400/3.According to this protocol,remote con trol of inverters i s rea-l ized wi th personal computers being controllers under the environment of vi sual C+.Key words:USS protocol;personal computer;VC+;inverter;remote c

4、ontrol1 引 言采用微機(jī)對變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)的監(jiān)控,可以提高自動化程度1;同時(shí),可以對電動機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視、顯示、存儲和打印,來滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的需要是變頻器技術(shù)的發(fā)展方向。2 USS 通信協(xié)議4USS(universal serial protocol通信協(xié)議是德國西門子公司為其自動化設(shè)備設(shè)計(jì),用于實(shí)現(xiàn)主從結(jié)構(gòu)的工業(yè)控制網(wǎng)的通信協(xié)議。它按照串行總線的主-從通信原理來確定訪問的方法,實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的訪問和控制?？偩€上可以連接1個(gè)主站和最多31個(gè)從站,各站點(diǎn)由唯一的標(biāo)識碼識別。主站根據(jù)通信報(bào)文中的地址字符來選擇要傳輸數(shù)據(jù)的從站。在主站沒有要求它通信時(shí),從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)

5、,各個(gè)從站之間也不能直接進(jìn)行信息的傳輸。USS 協(xié)議的波特率速率最高可達(dá)187.5KB/s,通信字符格式為1位起始位、1位停止位、1位偶校驗(yàn)位和8位數(shù)據(jù)位。2.1 通信報(bào)文的結(jié)構(gòu)USS 協(xié)議中每一報(bào)文都是以字符STX(=02hex開始,接著是長度的說明(LGE和地址字節(jié)(ADR,然后是采用的數(shù)據(jù)字符1n ,報(bào)文以數(shù)據(jù)塊的檢驗(yàn)符(BC C結(jié)束,如圖1所示。S TXLGEADR12,nBCC圖1 通信報(bào)文的結(jié)構(gòu)圖中,STX:STX 區(qū)為1個(gè)字節(jié)的ASCII 字符,固定為02hex,表示一條信息的開始。LGE:LGE 區(qū)為1個(gè)字節(jié),指明這一條信息中后跟的字節(jié)數(shù)目。按照USS 的技術(shù)說明,報(bào)文的長度是

6、可以變化的,而且報(bào)文的長度必須在報(bào)文的第2個(gè)字節(jié)(即LGE中說明?？偩€上的各個(gè)從站結(jié)點(diǎn)可以采用不同長度的報(bào)文。一條報(bào)文的最大長度是256個(gè)字節(jié)。LGE 是根據(jù)所采用的數(shù)據(jù)字符數(shù)(數(shù)量n ,地址字節(jié)(ADR和數(shù)據(jù)塊檢驗(yàn)字符(BCC確定。顯然,實(shí)際的報(bào)文總長度比LGE 要多2個(gè)字節(jié),因?yàn)樽止?jié)STX 和LGE 沒有計(jì)算在LGE 以內(nèi)。最常用的固定長度是4個(gè)字(8個(gè)字節(jié)的PKW 區(qū)和2個(gè)字(4個(gè)字節(jié)的PZD 區(qū),共有12個(gè)數(shù)據(jù)字符。故LGE=12+2=14。ADR:ADR 為1個(gè)字節(jié),是從站結(jié)點(diǎn)(即變頻器#37#機(jī)電工程 2003年第20卷第6期 M echanical &Elec trica

7、l Engi neering Magazine Vol.20 No.6 2003的地址。地址字節(jié)的每1位,如圖2所示。7654321XX圖2 地址(ADR的位結(jié)構(gòu)其中,Bit0Bit4表示從站地址,從站地址可以從0到31。Bit5是廣播位,如果這一位設(shè)置為1,該信息就是廣播信息,對串行鏈路上的所有結(jié)點(diǎn)都有效,結(jié)點(diǎn)號(地址不用判定的。Bit6表示鏡像報(bào)文。如果這一位設(shè)置為1,結(jié)點(diǎn)號需要判定,被尋址的從站將未加更改的報(bào)文返回給主站。不用的位應(yīng)設(shè)置為0。BCC:B CC 區(qū)是長度為1個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)和,用于檢查該信息是否有效。它是該信息中BCC 前面所有字節(jié)/異或0運(yùn)算的結(jié)果,BCC 的初始值為0。如果

8、根據(jù)校驗(yàn)和的運(yùn)算結(jié)果,表明變頻器接收到的信息是無效的,它將丟棄這一信息,并且不向主站發(fā)出應(yīng)答信號。2.2 數(shù)據(jù)字符塊數(shù)據(jù)字符塊分成2個(gè)區(qū)域,即PKW 區(qū)(參數(shù)識別ID-數(shù)值區(qū)和PZD 區(qū)(過程數(shù)據(jù),如表1所示。表1 數(shù)據(jù)字符塊PKWPZD PKEINDPWE1,PWE nPZD1,PZD nPKW 區(qū)域定義通信雙方參數(shù)傳送的機(jī)制。一般選擇PKW 區(qū)為固定長度,即4個(gè)字。前2個(gè)字(PKE 和IND的信息是關(guān)于主站請求的任務(wù)(任務(wù)識別標(biāo)記ID或應(yīng)答報(bào)文的類型(應(yīng)答識別標(biāo)記ID。第3和第4個(gè)字,PWE1和PWE2,是被訪問參數(shù)的數(shù)值。通過PKW 接口可以完成讀寫從站的參數(shù)值,參數(shù)定義和與參數(shù)相關(guān)的文

9、本。PZD 區(qū)是為控制和監(jiān)測變頻器而設(shè)計(jì)的。在主站和從站中收到的PZD 總是以最高的優(yōu)先級加以處理,處理PZD 的優(yōu)先級高于處理PKW 的優(yōu)先級,而且,總是傳送接口上當(dāng)前最新的有效數(shù)據(jù)。一般選擇PZD 區(qū)為固定長度,即2個(gè)字。它的數(shù)據(jù)根據(jù)報(bào)文的傳送方向不同而不一樣。當(dāng)報(bào)文從主站發(fā)送到從站時(shí),PZD 區(qū)的第1個(gè)字是變頻器的控制字(STW。第2個(gè)字是主設(shè)定值(HSW。當(dāng)報(bào)文由從站發(fā)送到主站時(shí),PZD 區(qū)的第1個(gè)字是變頻器的狀態(tài)字(ZSW。第2個(gè)字是主要的運(yùn)行參數(shù)實(shí)際值(HIW。通常,把它定義為變頻器的實(shí)際輸出頻率值,如表2所示。表2 PZD 區(qū)的結(jié)構(gòu)主站y 從站從站y 主站S TW ZSWHSWH

10、IW3 遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)3.1 變頻器的通信接口所有的標(biāo)準(zhǔn)西門子變頻器都有1個(gè)串行接口。MM400/3型變頻器有1個(gè)RS485串行接口,其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用對象。RS485標(biāo)準(zhǔn)是為多臺機(jī)器之間進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的,有很高的抗噪聲能力,而且允許工作在超長距離的場合(可達(dá)1000m,因此應(yīng)用范圍廣。RS485采用差動電壓,在05V 之間切換。單一的RS485鏈路最多可以連接30臺變頻器,而且根據(jù)各變頻器的地址或者采用廣播信息都可以找到需要通信的變頻器4。鏈路中需要有1個(gè)主控制器(主站,而各個(gè)變頻器則是從屬的控制對象(從站。3.2 微機(jī)的通信接口及軟件微機(jī)的通信接口標(biāo)準(zhǔn)一般是RS232C,它適用

11、于微機(jī)(PC 機(jī)與外圍設(shè)備的接口,且僅適用于相距不遠(yuǎn)的2臺機(jī)器之間的通信,在不加緩沖器的情況下最大傳輸距離只有15m 。原因是RS232采用單端電壓,信號傳輸時(shí),會經(jīng)常受到外界的電氣干擾而使之發(fā)生錯(cuò)誤。由于主站和從站的通信接口不一致,必須采用RS232/RS485的轉(zhuǎn)換裝置。應(yīng)用中,選用了臺灣AT -EN 公司的IC-485SI 轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)RS232與RS485的雙向轉(zhuǎn)換。實(shí)際中,通信報(bào)文取14個(gè)字節(jié)長度,其中3個(gè)字的PKW 區(qū)和2個(gè)字的PZD 區(qū),即PKE 、IND 、PWE1和STW(ZSW、HSW(HI W。主站到從站STXLGE ADR PKWIND PWE1S TW HSWB CC

12、從站到主站STXLGE ADR PKWIND PWE1ZSW HIWB CC在軟件上,采用Visual C+來編制程序。程序中使用串行口控件(Microsoft C om munication Control 6.0,通過一個(gè)簡單的對話框程序,便實(shí)現(xiàn)了對變頻器的遠(yuǎn)程控制。程序流程圖,如圖5所示。下面是在對話框初始化函數(shù)OnInitDialog(中對#38#Mechanical &Electrical Engi neering Magazi ne Vol.20 No.6 2003 機(jī)電工程 2003年第20卷第6期 圖5 程序流程圖串行口的一些參數(shù)進(jìn)行初始化的代碼。/初始化串行口m -C

13、omPort.SetCommPort(1;/選擇串口1m -ComPort.SetInBufferSize(1024;m -ComPort.SetOutB ufferSize(1024;/設(shè)置緩沖區(qū)大小if(!m -ComPort.GetPortOpen(m -ComPort.SetPortOpen(TRUE;/打開串行口m -SetSettings(/2400,e,8,1;/波特率,數(shù)據(jù)格式m -ComPort.SetHandShaking (2;/通信協(xié)議RTS/C TSm -ComPort.SetInputMode (1;/輸入數(shù)據(jù)為二進(jìn)制方式m -ComPort.SetRThreshh

14、old(1;/每接收一個(gè)字符,則激發(fā)一次OnComm 事件。m -ComPort.SetInputLen(0;/設(shè)置讀取全部緩沖區(qū)的內(nèi)容m -ComPort.GetInput(;/讀取緩沖區(qū)內(nèi)容并將相應(yīng)字節(jié)從緩沖區(qū)清除通過編制程序,實(shí)現(xiàn)了對變頻器的啟動、運(yùn)行、停止及運(yùn)行時(shí)間的控制。4 結(jié) 論利用微機(jī)對變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,硬件的連接基本上都采用標(biāo)準(zhǔn)件,簡單易行。用VC 進(jìn)行編程,編程工作也不繁瑣,而且具有很好的人機(jī)操作界面?；赨SS 協(xié)議的變頻器的PC 機(jī)控制由變頻器控制電動機(jī),再驅(qū)動實(shí)驗(yàn)設(shè)備來產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的離心加速度。目前,該控制程序已運(yùn)用在試驗(yàn)設(shè)備上,滿足了實(shí)驗(yàn)的要求,同時(shí)對工業(yè)現(xiàn)場中變頻

15、器的遠(yuǎn)程控制也有借鑒意義。參考文獻(xiàn)1 孫志剛,朱德森.USS 協(xié)議和Modbus 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)J.機(jī)械與電子,2001,(5:53-56.2 許正軍,曾獻(xiàn)輝.變頻器的PC 機(jī)控制J.電氣自動化,2000,(3:20-22.3 向 馗.高線加速度與振動復(fù)合試驗(yàn)環(huán)境控制系統(tǒng)的研究D.北京:北大數(shù)學(xué)所,2001.47-49.4 SIMENS MICROMAS TER 420用戶手冊Z.2002.5.科學(xué)家造出世界最小的納米電動機(jī)美國科學(xué)家用碳納米管造出了世界上最小的電動機(jī),它的直徑約為500nm,比頭發(fā)絲還要小300倍,能夠在電壓驅(qū)動下轉(zhuǎn)動。納米電動機(jī)是美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家設(shè)計(jì)的。這所學(xué)校的亞歷克斯#蔡特勒等研究人員在的英國5自然6雜志上報(bào)告說,電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉片是一片金葉,長度不到300nm,葉片安裝在一根由多層碳納米管做成的轉(zhuǎn)軸上。多層碳納米管由多根口徑不同的空心圓管套在一起,兩端裝有二氧化硅制的電極,將它固定在一塊硅片上,碳納米管的周圍還安置了另外3個(gè)電極。在碳納米管與其中一個(gè)電極之間施加電壓,就能使它帶動金葉片轉(zhuǎn)動。如果電壓更大,碳納米管最外面一層管子就會與內(nèi)層脫離,使金葉片旋轉(zhuǎn)得更靈活。恒定的電壓能使葉片保持在固定的位置,