变频器的串行通信控制技术在离心机中的应用研究

【摘要】介绍了西门子 ＭＭ４４０ 变频器的 ＲＳ４８５ 通信协议，利用 ＶＣ＋＋６．０ 中的 ＡｃｔｉｖｅＸ 控件ＭＳＣｏｍｍ 实现了 ｗｉｎｄｏｗｓ下计算机与变频器的串行通信控制。设计了一套全自动闭环控制系统，可方便有效的通过变频器调节离心机的运转，发挥离心机的功效，达到清除有害固相，回收加重材料的目的。
　　关键词：计算机控制系统；     ＵＳＳ 协议；  ＶＣ＋＋；ＭＭ４４０ 变频器；离心机  
　　中图分类号：ＴＨ１６     文献标识码：Ａ
　　在油田部门，使用变频器去控制交流电动机的转速、转向，变得越来越广泛［１￣２］。为了实现集中控制，常需要用一台工控机或微机去控制多台变频器。针对这一需要各变频器生产厂家推出了带有ＲＳ－４８５ 通信接口的变频器，其中西门子公司生产的新一代多功能的 Ｍｉｃｒｏ－Ｍａｓｔｅｒ４４０ 变频器（简称 ＭＭ４４０ 变频器），因其采用高性能的矢量控制技术，提供低速、高转矩输出和良好的动态特性，同时又具备超强的过载能力，而得到了广泛应用。
　　因此，重点阐述了要实现一台计算机对多台 ＭＭ４４０ 变频器［３］实现矢量控制，应如何设置 ＭＭ４４０ 变频器，以及如何利用ＶＣ＋＋的 ＭＳＣｏｍｍ控件实现对 ＭＭ４４０ 变频器集中控制，从而达到有效控制离心机的转速，满足油田的实际工况。
　　１ 系统组成
　　为了满足油田部门的实际工况，采取将计算机、变频器、ＲＳ－２３２／４８５ 转换器，有效的结合的方法，来达到高效控制离心机的主辅电机，从而改变离心机的转速。如图１所示，计算机通过从ＲＳ－２３２串口取电、并能自动识别和控制数据传输方向的 ＲＳ－２３２／４８５转换器，与多个 ＭＭ４４０ 变频器相连（最多达到 ３２ 台）。为了达到区分各个变频器的目的，每个变频器采用不同的地址码。因此，可以清楚的发现，这套控制系统可以实现计算机对１６台离心机的同时控制，方便有效的进行远程计算机控制，发挥离心机最佳功用，满足油田需要，更好的达到固相控制系统的完善。
                
    ２ ＭＭ４４０ 变频器的串行接口协议（ＵＳＳ）
     西门子 ＭＭ４４０ 变频器可采用两种串行接口：ＲＳ－２３２ 或 ＲＳ－４８５。采用 ＲＳ－ ２３２ 接口时，需另选配件。当采用 ＲＳ－ ４８５ 接口，波特率为 ９６００ｂｐｓ 时，通信距离可达 １２００ｍ，最高波特率可为１１５２００ｂｐｓ，但此时通信距离大约只有 １５ｍ。
    ２．１ ＵＳＳ 报文的结构
    主站（计算机）和从站（ＭＭ４４０ 变频器）的报文格式如下：
                 
    各字母代表的含义：
    ＳＴＸ：ＳＴＸ区表示一条信息的开始，固定为 ０２Ｈ。
    ＬＧＥ：ＬＧＥ 区是一个字节，指明这一条信息中后跟的字节数目。采用哪种报文长度由 ＭＭ４４０ 变频器的参数 Ｐ２０１２ 和 Ｐ２０１３来定义 ＰＫＷ和 ＰＺＤ的长度。一般采用固定长度 ４ 个字（８ 个字节）的 ＰＫＷ区和 ２ 个字（４ 个字节）的 ＰＺＤ 区，再加上一个字节的 ＡＤＲ 区和一个字节的 ＢＣＣ 区，这样 ＬＧＥ＝１＋８＋４＋１＝１４，即ＬＧＥ 值为 ０ＥＨ。
     ＡＤＲ：ＡＤＲ 区是一个字节，是每个变频器的地址，值范围为０￣３１（ｂｉｔｓ：０￣４）， 位为 １ 时为广播发送。 ｂｉｔ５ＰＫＷ：ＰＫＷ区是 ８ 个字节，用于写或读变频器参数的值。ＰＺＤ：ＰＺＤ区是 ４ 个字节，用于控制或监测变频器的运行。
     ＢＣＣ： ＢＣＣ区是长度为一个字节的校验和，用于检查该信息是否有效。它是 ＢＣＣ前面所有字节“异或”运算的结果。
    ２．２ ＰＫＷ 区
               
    ＰＫＥ：为一个 １６ 位的字，用来控制变频器运行参数的设置。
    ｂｉｔ 位：１５－ １２ １１ １０－ ０
                
    对于 Ｍｉｃｒｏｍａｓｔｅｒ，控制位为 ０００１ 时，读变频器的参数；控制位为 ００１０ 时，写参数到变频器的 ＲＡＭ或 ＥＥＰＲＯＭ。Ｂｉｔ１ 未用，置为 ０。变频器的具体参数值可参照说明书。
    ＩＮＤ：为一个１６位的字，用于参数号的扩展和参数号的下标。
     ２．３ ＰＺＤ 区
     主站到从站的ＰＺＤ的格式如下：
               
    从站到主站的 ＰＺＤ的格式如下：
               
     ＳＴＷ：为一个 １６ 位的控制字，用来控制变频器的运行的动作。
     ＨＳＷ：为一个 １６ 位的字，用来表示变频器的输出频率。
     ＺＳＷ：为一个 １６ 位的字，是变频器的状态字，用来指示变频器当前的运行状态。
     ＨＩＷ：为一个 １６ 位的字，表示变频器的输出频率，其定义与ＨＳＷ一样。
     变频器接收控制的通信协议如下：
             
    同时，变频器发送状态数据，通信协议如下：
             
     其中，主站到从站和从站到主站的报文格式主要区别在于ＰＺＤ部分，因此接收还是发送信息见 ＰＺＤ。
    ３ ＶＣ＋＋６．０ 下对变频器进行串行通信控制
     在 Ｗｉｎｄｏｗｓ 环境下，操作系统完全接管了各种硬件资源，不允许用户直接控制串行口的中断管理。以往程序员只能通过数目众多的 ＡＰＩ 函数来控制串口。ＶＣ＋＋６．０ 下提供了 ＭＳＣｏｍｍ控件。用户可以在自己的应用程序嵌入 ＭＳＣｏｍｍ 控件，利用它可以方便地进行计算机串口的通信管理。
    ３．１ ＭＳＣｏｍｍ 控件的实现过程
     实现步骤如下：在当前的 Ｗｏｒｋｓｐａｃｅ 插入 ＭＳＣｏｍｍ控件。Ｐｒｏｊｅｃｔ 菜单→Ａｄｄ ｔｏ Ｐｒｏｊｅｃｔ→Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ→Ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ ＡｃｔｉｖｅＸ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ→选择 Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ：Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｍ－ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ｖｅｒｓｉｏｎ ６．０ 插入当前的 Ｗｏｒｋｓｐａｃｅ 中。结果添加了类 ＣＭＳＣｏｍｍ（及相应文件：ｍｓｃｏｍｍ．ｈ 和 ｍｓｃｏｍｍ．ｃｐｐ）
     在软件上，采用 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋来编制程序。程序中使用串行口控件（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ６．０），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 ２所示。
                  
    ３．２ 初始化实现过程
     在对话框初始化函数 ＯｎｌｎｉｔＤｉａｌｏｇ（）中对串行口的一些参
数进行初始化的代码。
     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。因此，对变频器的直接控制，间接的实现了对离心机的运转的操作，这样我们可以通过对离心机中的钻井液与离心机性能的变化，达到对离心机转速的合理操作，解决我们的实际需要。
    ４ 结论
     利用 ＶＣ＋＋６．０ 下的 ＡｃｔｉｖｅＸ 控件和 ＭＭＶ 变频器 ＲＳ４８５ 的串行通信功能，实现了在 Ｗｉｎｄｏｗｓ 环境下用计算机控制变频器的任务，并能实时检测各变频器的运行状态。整个控制系统灵活方便，具有很大的实用性。在油田部门中，可以方便的根据离心机中钻井液性能的变化，通过此套闭环控制系统，有效的发挥离心机的功效，清除有害固相，回收加重材料，具有广阔的应用前景。