基于USS协议的变频器的远程控制

1、收稿日期:2003-04-21 修订日期:2003-05-30作者简介:张海军(1976-,男,山东济宁人,浙江大学机械制造及其自动化专业在读硕士研究生,研究方向为温度控制及多机通信系统。基于USS 协议的变频器的远程控制张海军,何 闻,贾叔仕(浙江大学制造工程研究所,浙江 杭州310027摘 要:介绍USS 通信协议,以德国西门子公司MM400/3型变频器为例,介绍了微机与变频器进行通信的硬件接口。依据该协议,实现了以微机作为控制器,在VC+环境下编制程序对变频器进行远程控制。关键词:USS 协议;微机;VC+;变频器;远程控制中图分类号:TP393;TM344.6 文献标识码:B 文章编号

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 言采用微机对变频器进行远程控制,能实现一点对多点的监控,可以提高自动化程度1;同时,可以对电动机的运行情况进行监视、显示、存储和打印,来满足生产现场的需要是变频器技术的发展方向。2 USS 通信协议4USS(universal serial protocol通信协议是德国西门子公司为其自动化设备设计,用于实现主从结构的工业控制网的通信协议。它按照串行总线的主-从通信原理来确定访问的方法,实现对设备的访问和控制。总线上可以连接1个主站和最多31个从站,各站点由唯一的标识码识别。主站根据通信报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它通信时,从站本身不能首先发送数据

5、,各个从站之间也不能直接进行信息的传输。USS 协议的波特率速率最高可达187.5KB/s,通信字符格式为1位起始位、1位停止位、1位偶校验位和8位数据位。2.1 通信报文的结构USS 协议中每一报文都是以字符STX(=02hex开始,接着是长度的说明(LGE和地址字节(ADR,然后是采用的数据字符1n ,报文以数据块的检验符(BC C结束,如图1所示。S TXLGEADR12,nBCC图1 通信报文的结构图中,STX:STX 区为1个字节的ASCII 字符,固定为02hex,表示一条信息的开始。LGE:LGE 区为1个字节,指明这一条信息中后跟的字节数目。按照USS 的技术说明,报文的长度是

6、可以变化的,而且报文的长度必须在报文的第2个字节(即LGE中说明。总线上的各个从站结点可以采用不同长度的报文。一条报文的最大长度是256个字节。LGE 是根据所采用的数据字符数(数量n ,地址字节(ADR和数据块检验字符(BCC确定。显然,实际的报文总长度比LGE 要多2个字节,因为字节STX 和LGE 没有计算在LGE 以内。最常用的固定长度是4个字(8个字节的PKW 区和2个字(4个字节的PZD 区,共有12个数据字符。故LGE=12+2=14。ADR:ADR 为1个字节,是从站结点(即变频器#37#机电工程 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。地址字节的每1位,如图2所示。7654321XX图2 地址(ADR的位结构其中,Bit0Bit4表示从站地址,从站地址可以从0到31。Bit5是广播位,如果这一位设置为1,该信息就是广播信息,对串行链路上的所有结点都有效,结点号(地址不用判定的。Bit6表示镜像报文。如果这一位设置为1,结点号需要判定,被寻址的从站将未加更改的报文返回给主站。不用的位应设置为0。BCC:B CC 区是长度为1个字节的校验和,用于检查该信息是否有效。它是该信息中BCC 前面所有字节/异或0运算的结果,BCC 的初始值为0。如果

8、根据校验和的运算结果,表明变频器接收到的信息是无效的,它将丢弃这一信息,并且不向主站发出应答信号。2.2 数据字符块数据字符块分成2个区域,即PKW 区(参数识别ID-数值区和PZD 区(过程数据,如表1所示。表1 数据字符块PKWPZD PKEINDPWE1,PWE nPZD1,PZD nPKW 区域定义通信双方参数传送的机制。一般选择PKW 区为固定长度,即4个字。前2个字(PKE 和IND的信息是关于主站请求的任务(任务识别标记ID或应答报文的类型(应答识别标记ID。第3和第4个字,PWE1和PWE2,是被访问参数的数值。通过PKW 接口可以完成读写从站的参数值,参数定义和与参数相关的文

9、本。PZD 区是为控制和监测变频器而设计的。在主站和从站中收到的PZD 总是以最高的优先级加以处理,处理PZD 的优先级高于处理PKW 的优先级,而且,总是传送接口上当前最新的有效数据。一般选择PZD 区为固定长度,即2个字。它的数据根据报文的传送方向不同而不一样。当报文从主站发送到从站时,PZD 区的第1个字是变频器的控制字(STW。第2个字是主设定值(HSW。当报文由从站发送到主站时,PZD 区的第1个字是变频器的状态字(ZSW。第2个字是主要的运行参数实际值(HIW。通常,把它定义为变频器的实际输出频率值,如表2所示。表2 PZD 区的结构主站y 从站从站y 主站S TW ZSWHSWH

10、IW3 远程控制的实现3.1 变频器的通信接口所有的标准西门子变频器都有1个串行接口。MM400/3型变频器有1个RS485串行接口,其设计标准适用于工业环境的应用对象。RS485标准是为多台机器之间进行通信而设计的,有很高的抗噪声能力,而且允许工作在超长距离的场合(可达1000m,因此应用范围广。RS485采用差动电压,在05V 之间切换。单一的RS485链路最多可以连接30台变频器,而且根据各变频器的地址或者采用广播信息都可以找到需要通信的变频器4。链路中需要有1个主控制器(主站,而各个变频器则是从属的控制对象(从站。3.2 微机的通信接口及软件微机的通信接口标准一般是RS232C,它适用

11、于微机(PC 机与外围设备的接口,且仅适用于相距不远的2台机器之间的通信,在不加缓冲器的情况下最大传输距离只有15m 。原因是RS232采用单端电压,信号传输时,会经常受到外界的电气干扰而使之发生错误。由于主站和从站的通信接口不一致,必须采用RS232/RS485的转换装置。应用中,选用了台湾AT -EN 公司的IC-485SI 转换器,实现RS232与RS485的双向转换。实际中,通信报文取14个字节长度,其中3个字的PKW 区和2个字的PZD 区,即PKE 、IND 、PWE1和STW(ZSW、HSW(HI W。主站到从站STXLGE ADR PKWIND PWE1S TW HSWB CC

12、从站到主站STXLGE ADR PKWIND PWE1ZSW HIWB CC在软件上,采用Visual C+来编制程序。程序中使用串行口控件(Microsoft C om munication Control 6.0,通过一个简单的对话框程序,便实现了对变频器的远程控制。程序流程图,如图5所示。下面是在对话框初始化函数OnInitDialog(中对#38#Mechanical &Electrical Engi neering Magazi ne Vol.20 No.6 2003 机电工程 2003年第20卷第6期 图5 程序流程图串行口的一些参数进行初始化的代码。/初始化串行口m -C

13、omPort.SetCommPort(1;/选择串口1m -ComPort.SetInBufferSize(1024;m -ComPort.SetOutB ufferSize(1024;/设置缓冲区大小if(!m -ComPort.GetPortOpen(m -ComPort.SetPortOpen(TRUE;/打开串行口m -SetSettings(/2400,e,8,1;/波特率,数据格式m -ComPort.SetHandShaking (2;/通信协议RTS/C TSm -ComPort.SetInputMode (1;/输入数据为二进制方式m -ComPort.SetRThreshh

14、old(1;/每接收一个字符,则激发一次OnComm 事件。m -ComPort.SetInputLen(0;/设置读取全部缓冲区的内容m -ComPort.GetInput(;/读取缓冲区内容并将相应字节从缓冲区清除通过编制程序,实现了对变频器的启动、运行、停止及运行时间的控制。4 结 论利用微机对变频器进行远程控制,硬件的连接基本上都采用标准件,简单易行。用VC 进行编程,编程工作也不繁琐,而且具有很好的人机操作界面。基于USS 协议的变频器的PC 机控制由变频器控制电动机,再驱动实验设备来产生实验所需的离心加速度。目前,该控制程序已运用在试验设备上,满足了实验的要求,同时对工业现场中变频

15、器的远程控制也有借鉴意义。参考文献1 孙志刚,朱德森.USS 协议和Modbus 协议的实现J.机械与电子,2001,(5:53-56.2 许正军,曾献辉.变频器的PC 机控制J.电气自动化,2000,(3:20-22.3 向 馗.高线加速度与振动复合试验环境控制系统的研究D.北京:北大数学所,2001.47-49.4 SIMENS MICROMAS TER 420用户手册Z.2002.5.科学家造出世界最小的纳米电动机美国科学家用碳纳米管造出了世界上最小的电动机,它的直径约为500nm,比头发丝还要小300倍,能够在电压驱动下转动。纳米电动机是美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家设计的。这所学校的亚历克斯#蔡特勒等研究人员在的英国5自然6杂志上报告说,电动机的旋转叶片是一片金叶,长度不到300nm,叶片安装在一根由多层碳纳米管做成的转轴上。多层碳纳米管由多根口径不同的空心圆管套在一起,两端装有二氧化硅制的电极,将它固定在一块硅片上,碳纳米管的周围还安置了另外3个电极。在碳纳米管与其中一个电极之间施加电压,就能使它带动金叶片转动。如果电压更大,碳纳米管最外面一层管子就会与内层脱离,使金叶片旋转得更灵活。恒定的电压能使叶片保持在固定的位置,