基于RS485的单片机和变频器通信控制多电机研究

2013年11月第41卷第22期机床与液压MACHINETOOLHYDRAULICSNOV2013VO141NO22DOI103969JISSN10013881201322049基于RS485的单片机和变频器通信控制多电机研究胡建国，罗勇武顺德职业技术学院机电工程系，广东佛山528333摘要在控制器与驱动器之间采用通信控制方式是机电装备控制技术的发展趋势。为了开发基于RS485通信技术的多台异步电机变频调速控制系统，以STC89C51系列单片机为控制器，以松下VFOC变频器为驱动器，设计了控制系统的硬件结构，分析了通讯协议MEWTOCOLCOM并设置了变频器的相关通讯参数，开发了单片机通信控制程序，并应用于多台风机的同步控制中。实践证明该控制技术具有接线简单，控制准确、扩展方便以及成本低廉的特点。关键词单片机；变频器；RS485；通信控制中图分类号TM343文献标识码A文章编号100138812013221393MULTIMOTORCOMMUNICATIONCONTROLBYSCMANDINVERTERBASEDONRS485HUJIANGUOLUOYONGWUDEPARTMENTOFMECHANICALANDELECTRICALENGINEERING，SHUNDEPOLYTECHNIC，FOSHANGUANGDONG528333，CHINAABSTRACTRHECOMMUNICATIONCONTROLTECHNOLOGYBETWEENTHECONTROLLERANDTHEDRIVERISTHEDEVELOPINGTRENDOFTHEELECTROMECHANICALEQUIPMENTCONTROLTECHNOLOGYINORDERTODEVELOPAVARIABLEEQUENCYSPEEDREGULATIONCONTROLSYSTEMFORMULTIMOTORBASEDONRS485，ASTC89C51SCMWASUSEDASTHECONTROLLERANDSEVERALPANASONICVFOCINVERTERSWEREADOPTEDASTHEDRIVERSTHEHARDWARESTRUCTUREOFTHECONTROLSYSTEMWASDESIGNED，THEMEWTOCOLCOMCOMMUNICATIONPROTOCOLWASANALYZEDANDTHECORRELATIVECOMMUNICATIONPARAMETERSOFTHEINVERTERSWERESETTHESCMCOMMUNICATIONANDCONTROLPROGRAMWASDEVELOPEDANDAPPLIEDTOTHESYNCHRONOUSCONTROLOFMULTIFANSTHERESULTSHOWSTHATTHECONTROLTECHNOLOGYHASTHECHARACTERISTICSOFSIMPLEWIRING，HIGHCONTROLACCURACY，GOODEXPANSIBILITYANDLOWCOSTKEYWORDSSCM；INVERTER；RS485；COMMUNICATIONCONTROL当前，在机电装备控制系统中，控制器与驱动器之间采用通信控制方式是发展趋势。如在多台异步电机的变频调速控制过程中，若采用基于PLC的模拟量控制方式，则存在PLC与变频器之间连线相对复杂、模拟信号易受干扰、变频器扩展不方便、传输距离受限制和PLC及其DA模块价格昂贵等问题。而RS485通信控制方式具有连接简单、抗干扰能力强、扩展方便以及传输距离较远的特点。以多台轴流风机的变频调速控制为任务，以STC89C51单片机为控制器，以松下VFOC型变频器为驱动器，采用RS485串行接口，实现对多台电机的同步调速控制。1硬件结构STC89C51单片机串行接口是一个可编程的全双工串行总线通信接口，该接口通过管脚RXDP30，串行数据接收端和管脚TXDP31，串行数据发送端与外界通信，该接口可工作在异步通信方式，与串行传送信息的外部设备连接。松下VFOC变频器上有一个采用RS485通信协议的接线端口，用于与上位机进行通讯连接，实现对变频器的启动运行控制、频率设定、状态监控以及参数设置等。通过RS485通信连接，最多可实现31台变频器的同步控制，传送速率有48、96、192KBS3种，最大传输距离可达500IN。图1所示为基于RS485总线的单片机控制多台变频器的系统硬件接线示意图。图1硬件连接示意图图中，D为通信线路正端子，D一为通信线路收稿日期201211一L3基金项目2009年度广东省普通高校工程技术研究开发中心立项建设项目GCZXB0906作者简介胡建国1979一，男，博士研究生，主要从事机电一体化技术方面研究。EMAILJIANGUOHOOYAHOOCN。140机床与液压第4L卷正端子，E为终端站端子，各变频器只需依次将D端与D端相连，将D一端与D一端相连，然后在终端站将D一端与E端短路，硬件连接非常简单。此外，STC89C51单片机通过“运行”、“正转”、“反转”、“停止”、“设定”、“频率加”、“频率减”和“保存”7个按键输入指令信号，通过4个八位数码管和7个LED灯监视运行频率和运行状态信号，通过MAX485芯片发送和接收通信数据。2通信协议与通信参数21通信协议松下VFOC变频器与上位机之间的通信是遵循松下电工的专用通信协议MEWTOCOL来设计与实现的。通信由主站上位机发动，把命令帧发向从站变频器，从站以响应帧作答。一个命令或响应信号只能对一个参数进行操作，指令和应答信号都必须在一次信息发送中完成。当上位机收到变频器对一个指令的应答信号后，若再次发出指令信号，变频器认为是一项新的指令。该协议中关于计算机的通信协议部分MEWTOCOLCOM规定的命令帧和响应帧格式如表1所示，格式中代码采用十六进制表示，其中，为标志字节，AD为地址码，为站号，为正确传送标志，为错误传送标志，BCC为校验码，CR为结束码，H表示高字节，L表示低字节。表1MEWTOCOLCOM命令帧格式ADAD指令文本BCCBCC，、。HL代码代码HLK表2MEWTOCOLCOM响应帧格式通信正常篙蒿CLCCR表3MEWTOCOLCOM响应帧格式通信错误ADADF错误错误BCCBCCCRHL代码代码HL遵循命令帧的格式，利用松下MEWTOCOLCOM指令和VFOC变频器的通信用继电器和寄存器地址，可以写出控制变频器运行、正反转和停止，写入给定频率，读取输出频率以及其他变频器运行状态的命令帧。如当上位机向站号为1号的变频器发送运行指令时，其命令帧格式为0LWCSR25001CR其中WCS是向位型继电器写入信息的指令代码；R2500是VFOC变频器运行指令继电器地址，1表示ON，0表示OFF；L表示忽略检验码。又如当上位机向站号为2号的变频器发送写入频率假设为30HZ指令时，其命令帧格式为02WDD0023800238B80BCR其中WDD是向数据寄存器写入信息的指令代码；DT238是VFOC变频器频率设定寄存器地址，其频率值的单位是0O1HZ，即3000表示3OHZ，转换为十六进制并且高低位倒装后即为B80B。22通信参数为了使通信成功，需要对松下VFOC变频器相关参数进行设置，主要通信关联参数的设置如表4所示。表4VFOC变频器主要通信关联参数3通信控制程序31通信控制程序框图图2所示为STC89C51单片机对松下VFOC变频器实现通信控制的流程图。单片机上电后需要对串行口控制寄存器SCON、定时器控制寄存器TCON等控制寄存器赋值初始化；初始化完成后进入无穷循环不断扫描键盘，根据按键信息，激活MAX485芯片进入信息发送状态并发送相应指令信息，延时后再激活MAX485芯片进入信息接收状态并接收响应信息；单片机对接收信息数据进行处理后，通过输出电路驱动数码管和LED灯，显示变频器的运行频率和运行状态。上电初始化控制寄存器赋值IXWHILE1循环磊西发送指令数据卜_叫变频器接收数据Y处理接收数据I二数码管显示LLED灯显示L二二一图2通信控制流程图第22期胡建国等基于RS485的单片机和变频器通信控制多电机研究14132程序实例通信程序采用在主函数中调用子程序的程序结构，其主函数程序如下所示VOIDMAININITIALIZE；初始化子程序WHILE1KEYSCAN；键盘扫描子程序DATEPROCESS；数据处理子程序LEDDISPLAY；LED灯显示子程序DIGITALTUBEQIAN，BAI，SHI，GE；数码管显示子程序单片机向变频器发送指令是通过在键盘扫描子程序中调用数据发送子程序实现的，具体程序如下所示VOIDKEYSCANIFKER6K6SETK7按键6是否按下SETK61；按键6按下标志SENDDATETAB，17；发送电机运行指令其中，SENDDATE为激活MAX485芯片进入信息发送和接收状态的数据发送子程序，如下所示VOIDSENDDATEUCHARNNN，UCHARNNUCHARI；定义局部无符号整型变量SENDING1；正在发送中标志SEND1；激活MAX485芯片发送FORI_0；INN；I发送过程SEND1；激活MAX485芯片为发送状态TI0；将发送中断标志位TI置为0SBUFNNNI；发送对应I位数据_NOP；用于占用时间的空指令WHILETI；等待发送中断标志位TI置为1TI0；将发送中断标志位TI置为0SEND0；激活MAX485芯片为接收状态其中，TAB为表示指令信息的字符串变量，例如上位机向站号为1号的变频器发送运行指令的命令帧01WCSR25001LCR可用如下ASCII码形式的字符串变量表示UCHARCODETAB0X25，0X30，0X31，0X23，0【57，0X43，0X53，0X52，0X32，0X35，0X30，0X30，0X31，0X2A，0X2A，0XOD，0X0A电机运行指令该程序已被成功用于分散布置的多台轴流风机的远程变频调速控制系统中。4结论通信控制方式正成为机电装备控制技术的发展趋势。以成本较低的STC89C51单片机代替PLC为控制器，采用RS485串口通信技术，实现了多台异步电机的通信控制与变频调速，并应用于多台风机的调速控制中。实践证明该技术具有接线简单、控制准确、扩展方便以及成本低廉的特点。参考文献【1】王彦，左为恒，李昌春基于变频器和PLC的四辊轴交流传动控制系统设计J电机与控制应用，2010，3745459【2】孟彦京，尹海基于ABBACS800变频器的纸机交流试验系统设计J电机与控制应用，2011，3885762【3】申建广，陶涛，梅雪松，等基于RS485的单片机与三菱变频器通讯的多电机控制研究J机床与液压，2012，40957【4