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紡機(jī)中的微機(jī)遠(yuǎn)程多電機(jī)同步傳動(dòng)控制系統(tǒng)
在紡織、印染、造紙等生產(chǎn)中，多電機(jī)同步傳動(dòng)應(yīng)用的十分廣泛。其中，印染聯(lián)合機(jī)的工藝及控制原理圖如圖1所示，采用西門(mén)子MICROMASTER Vector, 即MMV變頻器，電機(jī)1(M1)至電機(jī)4(M4)為三相交流電機(jī)。
圖1 印染聯(lián)合機(jī)的工藝及控制原理圖
b變頻調(diào)速以其顯著的節(jié)能效益、優(yōu)異的調(diào)速與起制動(dòng)性能、高功率因數(shù)、安全性能及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是非常有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流電機(jī)和變頻器配合，能獲得與直流電機(jī)相似甚至更好的控制性能。并且交流電機(jī)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容量和電壓范圍廣。采用RS485標(biāo)準(zhǔn)總線，通過(guò)USS通訊協(xié)議組成網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程控制變頻器，進(jìn)而控制電機(jī)，可以監(jiān)控生產(chǎn)線，遠(yuǎn)離對(duì)人體有害的工作現(xiàn)場(chǎng)，保存數(shù)據(jù)，出錯(cuò)參數(shù)自動(dòng)回傳，縮短診斷時(shí)間和維修時(shí)間，節(jié)省大量物力。工控機(jī)通過(guò)RS-232/RS-485接口轉(zhuǎn)換器接入RS485網(wǎng)絡(luò)，可遠(yuǎn)程控制31臺(tái)變頻器，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率＜100kbit/s時(shí)，距離可達(dá)到1200m。接口轉(zhuǎn)換器采用Model 2485BR隔離型接口轉(zhuǎn)換器，它能完成RS-232/RS-485隔離型接口轉(zhuǎn)換，支持不同通訊速率及格式，最多可連接32個(gè)485終端設(shè)備。
2 軟件的總體設(shè)計(jì)
VC有ClassWizard、SourceBrowser、Visual SourceSafe等一系列工具，它所帶的MSDN更是讓軟件人員感到十分方便。而且VC應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)有極好的兼容性和穩(wěn)定性。用VC從底部開(kāi)發(fā)，雖然開(kāi)發(fā)周期稍長(zhǎng)，但能根據(jù)用戶的需要進(jìn)行編程，編出的軟件的功能和風(fēng)格適合用戶的習(xí)慣。綜合考慮開(kāi)發(fā)周期和用戶要求等因素，軟件采用VC編寫(xiě)。軟件的總體設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖2。
圖2 軟件總體設(shè)計(jì)框圖
3 軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程
3.1 建立窗體顯示項(xiàng)目
選擇項(xiàng)目類(lèi)型MFC AppWizard(exe),令主要的視圖類(lèi)從基類(lèi)CFormView派生。
3.2 添加MScomm控件
Microsoft Communications Control(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MSComm)是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能。MSComm控件在串口編程時(shí)非常方便，程序員不必去花時(shí)間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)，而且在VC、VB、Delphi等語(yǔ)言中均可使用。它提供了兩種處理通信問(wèn)題的方法;一是事件驅(qū)動(dòng)(Event-driven)方法，一是查詢法。本軟件采用事件驅(qū)動(dòng)方式。
(1) MSComm 控件的常用屬性
MSComm 控件有很多屬性，幾個(gè)重要的屬性有;
●CommPort 設(shè)置并返回通訊端口號(hào);
● Settings 以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位;
● PortOpen 設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài)，也可以打開(kāi)和關(guān)閉端口;
● Input 從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符;
● Output 向傳輸緩沖區(qū)寫(xiě)一個(gè)字符串。
(2) 添加MSComm 控件
選擇Project菜單下Add To Project子菜單中的 Components and Controls選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中雙擊Registered ActiveX Controls項(xiàng)，則所有注冊(cè)過(guò)的ActiveX控件出現(xiàn)在列表框中。選擇Microsoft Communications Control，單擊Insert按鈕將它插入到我們的Project中來(lái)，接受缺省的選項(xiàng)。另外，添加2個(gè)控件,1個(gè)List Box控件，用于改變通訊端口號(hào)，1個(gè)Edit Box控件，用于改變波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位。
(3) 設(shè)置MSComm串口參數(shù)
可以在需要的時(shí)候打開(kāi)串口，例如在程序中做一個(gè)開(kāi)始按鈕，在該按鈕的處理函數(shù)中打開(kāi)串口�，F(xiàn)在我們?cè)谥鲗?duì)話框的CSCommTestDlg::OnInitDialog()打開(kāi)串口，加入如下代碼;
// TODO: Add extra initialization here
if(m_ctrlComm.GetPortOpen())
m_ctrlComm.SetPortOpen(FALSE);
m_ctrlComm.SetCommPort(1); //選擇com1
if( !m_ctrlComm.GetPortOpen())
m_ctrlComm.SetPortOpen(TRUE);//打開(kāi)串口
else
AfxMessageBox("cannot open serial port");
m_ctrlComm.SetSettings("9600,e,8,1");
//波特率9600，偶校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位
m_ctrlComm.SetInputModel(1);
//1;表示以二進(jìn)制方式檢取數(shù)據(jù)
m_ctrlComm.SetRThreshold(1);
串口初始化程序如下;
m＿Coml.SetCommPort(1); //設(shè)置串口1
if(! m＿Coml.GetPortOpen())
m＿Coml.SetPortOpen(TRUE); //打開(kāi)串口
m＿Coml.SetSettings(″9600，e，8，1″);
//串口參數(shù)設(shè)置
m＿Coml.SetInputMode(1);
//設(shè)置Binary緩沖輸入方式
m＿Coml.SetRThreshold(14);
//每接收14個(gè)字符，激活一次OnComm()事件
3.3 添加控制電機(jī)運(yùn)行所需的各種控件
添加垂直滾動(dòng)條List Box，對(duì)應(yīng)于USS協(xié)議的地址ADR，表述為變頻器號(hào):1-31直接列出，廣播式的32用“全部”代替。添加垂直滾動(dòng)條List Box，對(duì)應(yīng)于USS協(xié)議的STW，表述為電機(jī)動(dòng)作方式:啟動(dòng)，停止等。添加垂直滾動(dòng)條List Box，對(duì)應(yīng)于USS協(xié)議的PKE, 表述為要回顯的運(yùn)行參數(shù)。添加開(kāi)始發(fā)送按鈕、緊急起動(dòng)按鈕、緊急停車(chē)按鈕等等。
3.4 USS協(xié)議
USS協(xié)議是profibus的一個(gè)子集。USS通信協(xié)議有各種長(zhǎng)度，視所要滿足的功能多少而定，且因所用設(shè)備類(lèi)型而有所不同。協(xié)議規(guī)定如表1所示;
表1 USS協(xié)議的規(guī)定
(1) 下傳的規(guī)定;
● STX(start of text);起始字符，為02H。
● LGE(telegram length);發(fā)送報(bào)文的字節(jié)數(shù)，可以變化�？倛�(bào)文的實(shí)際長(zhǎng)度比LGE多兩個(gè)字節(jié)，這是因?yàn)殚_(kāi)始的2個(gè)字節(jié)(STX和LGE)不被計(jì)入LGE中。只有net字符、ADR字節(jié)和BCC字符計(jì)入LGE中。具體為;總報(bào)文最長(zhǎng)256字節(jié)，總報(bào)文= STX+LGE+LGE=2+LGE，1d LGE d 254，LGE=ADR+n+BCC=1+n+1，nd254(設(shè)net字符數(shù)n)。
● ADR(address byte);變頻器的地址碼，取值范圍為0～31(Bit;0～4位)，第5位為1時(shí)為廣播發(fā)送。
● net character(或稱(chēng)net data)段分為2個(gè)區(qū);PKW區(qū)和 PZD區(qū), 如表2所示。
表2 PKW區(qū)和 PZD區(qū)的規(guī)定
a)PKW (parameter ID value);參數(shù)標(biāo)識(shí)值，定義了處理2個(gè)通訊設(shè)備之間參數(shù)傳遞的機(jī)制。例參數(shù)的讀和寫(xiě)，參數(shù)的定義等。包含PKE、IND、PKW elements3個(gè)內(nèi)容。MM3的PKW長(zhǎng)度為3個(gè)字，MM4的PKW長(zhǎng)度為4個(gè)字, 如表3所示。
表3 MM4的PKW定義
PKE;為一16位的字，用來(lái)控制變頻器的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置，各Bit的含義如表4所示;
表4 PKE各Bit的含義
控制位(15-12) 0(11) 變頻器的參數(shù)值(10-0)
對(duì)于MMV變頻器，控制位為0000時(shí)，無(wú)動(dòng)作;控制位為0001時(shí)，讀變頻器的參數(shù);控制位為0010時(shí)，寫(xiě)參數(shù)到變頻器的RAM，控制位為1110時(shí)，寫(xiě)參數(shù)到變頻器的EEPROM。
IND;為16位的字。用于讀寫(xiě)參數(shù)說(shuō)明，讀寫(xiě)一維數(shù)組值，讀寫(xiě)報(bào)文的信息內(nèi)容。
PKW element(PKWE):信息，與任務(wù)或響應(yīng)有關(guān)。假如在net data區(qū)只傳送PZD data時(shí)，可以長(zhǎng)度為0。
PKE與PKWE的使用舉例。下傳變頻器參數(shù)PKE=(0001,0000,0101,1100)=105Ch(即要求上傳P092(串口連接波特率))，PKWE =0000。若上傳變頻器參數(shù)為PKE=105Ch,PKWE=0006,又由于MMV變頻器規(guī)定P092為3時(shí)是1200bit，為4時(shí)是2400bit，為5時(shí)是4800bit，為6時(shí)是9600bit，為7時(shí)是19200bit，則說(shuō)明此時(shí)串口連接波特率為9600bit。
b) PZD (process data);過(guò)程數(shù)據(jù)，如表5所示。包含了自動(dòng)操作所需的信號(hào);從主機(jī)到從站的控制字和定位點(diǎn)，從從站到主機(jī)的狀態(tài)字和實(shí)際值。最長(zhǎng)16個(gè)字，最短0字。
表5 PZD的定義
PZD1為控制字，PZD2為主要定位點(diǎn)，PZD3... PZD16為定位點(diǎn)或輔助控制字;
PZD1;為控制字，16位的字，用來(lái)控制變頻器的運(yùn)行動(dòng)作;
PZD2;為主要定位點(diǎn)，16位的字，用來(lái)控制變頻器的輸出頻率，滿頻的值為16384(4000H)對(duì)應(yīng)100％的輸出頻率，最大值為32767，即200％的輸出頻率。當(dāng)取值為32768～65535時(shí)，表示反向的輸出頻率從0％～200％變化，電機(jī)反轉(zhuǎn)。
● BCC;校驗(yàn)字符，為前面所有字節(jié)的異或和。
上傳規(guī)定與下傳規(guī)定基本相同，只是上傳的一般為實(shí)際值。
3.5 數(shù)據(jù)的處理
這里以發(fā)送數(shù)據(jù)中輸出頻率的處理為例，假設(shè)軟件界面輸出頻率編輯框(對(duì)應(yīng)變量m_strFreData)填寫(xiě)50，程序?qū)ⅰ?0”以字符形式取出，通過(guò)編寫(xiě)的函數(shù)String2Dec將字符“
50”轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字節(jié)數(shù)“32”即50D，由于USS發(fā)送協(xié)議中變頻器的輸出頻率HSW為16位的字，所以 要將字節(jié)擴(kuò)展成對(duì)應(yīng)的字。50D通過(guò)擴(kuò)展后對(duì)應(yīng)的字為4000H。25D通過(guò)擴(kuò)展后對(duì)應(yīng)的字為2000H。以此類(lèi)推運(yùn)算。設(shè)輸出頻率50D，示范程序如下:
CByteArray hexdata;// hexdata為十六進(jìn)制數(shù)組，m_strFreData為輸出頻率的十進(jìn)制變量
int len=String2Dec(m_strFreData,hexdata);
// 輸出頻率m_strFreData=50D轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制的hexdata[0]= 0X32
LONG NUM1,NUM2;//實(shí)型精確一些
INT NUM3;
hexdata.SetSize(14);
NUM1=hexdata[0];//得到0X32(=50D)
NUM2=( NUM1*4*16)/50;//字節(jié)擴(kuò)展成對(duì)應(yīng)的字,得到字節(jié)50D對(duì)應(yīng)的字4000H的高字節(jié)NUM2=0X40
NUM3=NUM2;//實(shí)型變整型
hexdata[11]=NUM3;
hexdata[12]=( NUM1*0X4000- NUM3*256*50)/50+1;
//得到字節(jié)50D對(duì)應(yīng)的字4000H的低字節(jié)NUM3=0X00，
4 軟件調(diào)試結(jié)果
軟件主界面如圖3所示。
圖3 軟件主界面
運(yùn)行中，遇到異常情況時(shí)，可進(jìn)行緊急停車(chē)。電機(jī)在需要單獨(dú)啟動(dòng)時(shí)，可以個(gè)別設(shè)置。需要同步啟動(dòng)時(shí)，可以以廣播式啟動(dòng)全部電機(jī)。變頻器參數(shù)可全部或部分上傳，遠(yuǎn)程監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行情況。
5 結(jié)束語(yǔ)
本軟件通過(guò)USS通訊協(xié)議，用VC6.0的通訊控件MSCOMM，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)工控機(jī)遠(yuǎn)程串口控制多臺(tái)變頻器，并且對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)輸出算法進(jìn)行了改進(jìn)，有些地方進(jìn)行了補(bǔ)償，控制更準(zhǔn)確，運(yùn)行狀況比較滿意。
參考文獻(xiàn)
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[2] 孫志剛，朱德森. USS協(xié)議和Modbus協(xié)議的實(shí)現(xiàn).與[J]. 2001,(5).
[3] [美]Michael J.Young著，邱仲潘等譯.Visual C++ 6 從入門(mén)到精通[M]. 北京:電子出版社,1999.
[4] SIEMENS.USS protocol (Universal Serial Interface Protocol), 1994(9)
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