实用变频器通讯控制

1、第二章 变频器通讯控制方案第一节 变频器通讯控制的目的1、2、3、4、基于对现场总线的认识，我们可以归纳出变频器通讯控制四个目的： 实现变频器配置参数的远程设置 实现变频器运行的远程调试 实现变频器的远程控制和监视 实现变频器的远程故障管理及故障后重启、变频器配置参数的远程设置变频器的配置参数包括通用配置参数、传动配置参数、 I/O 配置参数、和故障配置参 数等。这些参数对变频器的正常工作至关重要，必须在变频器运行之前（停止状态 ）进行正确设置。传统上，我们通常采用变频器上的操作面板对这些参数进行本地设置，尤其在变频器 数量较多的情况下， 需要对每一台变频器进行操作， 工作量较大， 同时可能会

2、出现参数设置 的遗漏和误操作等现象， 造成变频器工作不正常； 此外由于变频器的配置参数仅存储于变频 器的内存中， 尤其在修改变频器参数和需要更换变频器的场合， 无法实现对变频器参数的统 一管理，。采用通讯控制方式时，可以利用现场总线的集中管理功能，通过远程的上位机编程， 自动将每台变频器需要调整的参数进行统一设置和修改， 避免了参数设置的遗漏和误操作现 象。同时， 由于这些参数存储于上位机中，我们可以实现变频器参数的统一管理， 为文件的 归档和类似系统的后续开发提供了便利； 在维修更换变频器时， 可以通过上位机程序的运行 实现对变频器参数的无差错复制设置，提高了系统的可维护性。实际应用中，采用

3、通讯方式对变频器配置参数的设置完成后，需要通过上位机发出指 令将这些参数固化在变频器的 EEPROM 中 （通过操作面板设置时变频器自动完成固化 ），以 免变频器关电重启时修改的参数丢失。二、实现变频器运行的远程调试变频器在工作过程中 （运行或停止状态 ），需要根据工艺要求和机械负载等条件对变频 器的运行参数进行调整，如变频器加减速时间、 PID 调节参数等。传统上，这些参数都是通过变频器操作面板的设置，同时配合变频器的逻辑输入口状 态完成的。但在这些参数需要频繁修改或输入口数量不足的场合则无能为力了。采用通讯控制方式可以充分解决上述问题。通过远程上位机的编程，可以根据需要实 时修改变频器的运

4、行参数， 无须考虑变频器的逻辑输入口， 充分利用变频器提供的功能， 实 现变频器的最优控制。实际应用中，由于调试过程的复杂性，更多的用户会选择本地调试的方式，即通过变 频器操作面板和控制端子进行调试。 变频器的通讯控控制方式一般都同时提供通讯控制和本 地控制切换的功能， 即通过变频器通讯控制参数的内部设置或通过变频器某一逻辑输入口的 状态， 实现通讯控制和本地控制之间的相互转换。 这样， 可以通过本地控制的方式对一台变 频器进行调试， 调试完毕后，切换回通讯控制方式，将调试后的参数存储在上位机中， 然后 方便地实现对总线其它以同样参数运行的变频器的远程调试。通讯控制和本地控制切换功能的另一个应

5、用场合是在通讯控制出现故障或上位机故障 ）时，通过本地控制方式控制变频器继续运行。（如线路断开三、实现变频器的远程控制和监视变频器的主要控制方式是实现电机的启动、停止和转速给定，控制机械系统按设定方 式正常工作，实现提高产品质量、提高生产率、以及节能等目标； 同时对电机和变频器的状 态进行监视，实现机械系统的合理运行和对环境的适应和改善等目标。传统的方式主要通过本地控制端子（包括模拟量输入口和逻辑输入口 ） 实现变频器的控制，通常会带来硬件成本增加、 逻辑输入口数量不足、模拟量传输不稳定、 以及给定精度不 够、接线点多等问题； 对变频器的监视也受限于模拟量输出口和逻辑输出口的数量， 无法得 到

6、足够的信息。采用通讯控制方式可以通过串行电缆的简单连接以数字通讯方式实现变频器的远程 控制和监视， 不仅节省了上位机 A/D 、D/A 模块以及的成本支出， 忽略了变频器上模拟量 I/O 和数字量 I/O 的不足， 而且实现了转速给定的高精度和高稳定性， 同时可以使上位机从变频 器方面得到充足的信息， 即可以实现机械系统的有效运行， 又可以满足工厂信息系统管理的 要求。对变频器的远程集中控制和监视还可以扩展变频器使用的领域，如实现系统多个电机 的同步控制、恒转矩恒线速度控制、和能源管理等。四、实现变频器的远程故障管理及故障后重启在多电机联动等场合就相形见 甚至可能是一个变频器或电机之 就可能使

7、整个系统发生一连串我们知道，一个系统的可靠性体现在两个方面，一个是系统的平均无故障时间，这是 系统可靠性的硬指标， 是系统选择的前提； 另一个是系统的平均故障修复时间， 是系统可靠 性的软指标， 决定系统的正常运行能力。 对变频器而言， 变频器的故障管理是其可靠性的软 指标，对故障处理不当，轻者导致变频器和电机的损坏，重者会使整个系统瘫痪。因此，对 变频器故障的合理有效管理至关重要，不可忽视。通常，变频器自身就能够提供充分的保护功能，如过载、过流、过压等保护；但必须 注意的是， 这些保护措施往往仅在单机作业的场合比较有效， 绌了。 因为联动的系统中， 故障往往只出现在某一个环节， 外的很小的环

8、节， 如传感器或继电器故障， 但如果处理不当， 连锁故障，造成重大的损失。现场总线可以将整个系统的各个智能元件连接起来，通过信息共享的方式集中统一管 理，一旦某一环节发生故障， 上位机可以根据预先编好的程序， 及时有效地采取相应的措施， 最大地避免故障所造成的损失； 同时还可以通过人机接口清晰地显示出系统中的故障点、 故 障原因、以及相应的解决措施，便于操作者在最短的时间内排除故障。故障管理合理有效的另一个指标是在最短的时间内实现故障后重启，现场总线技术为 实现这个目标提供了可能性。 上位机通过可以实时综合系统中所有部件的信息， 准确地判断 出系统的状态， 在故障排除后及时恢复系统的正常运行，

9、 避免了信息不明确或人工干预不当 等现象的发生。第二节 变频器通讯控制方案的选择在变频器通讯控制方式的应用中，用户往往回先入为主地认为，变频器通讯方式控制的可靠性不及传统的端子控制方式。 我们认为，这种看法是片面的，因为从硬件角度看，这 两者之间仅仅是连接方式的不同， 即串行连接和并行连接的不同， 发生在通讯方式控制下的 故障原因同样可能出现在端子控制方式中，关键在于如何合理地选择变频器通讯控制的方 案，并采取正确的连接方式和有效的抗干扰措施。对变频器通讯控制方案的选择应该从以下四个方面统筹考虑：1、总线拓扑结构的研究2、3、4、系统响应时间的研究不同操作模式的研究系统实用性的研究、总线拓扑结

10、构的研究总线拓扑结构的研究应从完整的总线方案着手，在企业信息系统的大前提下，兼顾过 程控制设备之间的区域总线， 尤其是在其它控制设备已应用的设备总线的基础上， 选择变频 器通讯控制应用的设备总线。 其原则是保持系统的一致性和兼容性， 尽量避免在一个系统中 采用结构体系完全不同的两种总线，导致系统复杂性、高成本和系统集成工作量的加大。具体选择主要体现在变频器连接的拓扑结构、连接变频器的数量、数据传输需要的距 离等方面。1、变频器连接的拓扑结构大部分现场总线是基于 RS485 物理层的，同时对总线的拓扑结构作出了规定，并提供 了相应的连接电缆规格和连接附件。事实上，一旦确定了变频器通讯控制采用的现

11、场总线，其连接的方式也同时确定了， 在实际应用中， 应严格按照相应现场总线的规范进行连接， 任何改动或不规范的连接都可能 导致数据通讯的不正常。2、连接变频器的数量 实际系统中需要连接变频器的数量是选择现场总线的一个直接的指标。通常连接变频 器的数量越多， 越需要选择更高效、 更复杂的现场总线， 有时还会出现两种以上的现场总线， 成本也会相应提高。所有的现场总线对其能够连接的站点数量都有明确的定义，同时，由于变频器本身所 采用的接口元件驱动功率的因素， 往往连接变频器的数量少于现场总线所定义的最大连接站 点数。 因此，在选择变频器通讯控制的现场总线时， 一定要留意查阅相应变频器通讯手册中 规定

12、的最大连接数量。3、数据传输需要的距离 数据传输需要的距离决定于变频器和同一总线上的其它设备的分布情况，是选择现场 总线的另一个直接的指标。 通常情况下， 设备间数据传输的距离与传输的速率成反比， 而且 在超出一定范围时，需要考虑采用中继器和光纤等长具体传输措施。从系统可靠性、 可操作性和可维护性角度出发， 我们建议变频器连接的距离不宜过长。 如果距离确实很远， 可以考虑采用分布式控制方式， 即在本地设置一个控制器实时控制变频 器，再通过其它远程联网的方式 （如无线通讯或公共电话交换系统 ）实现中央控制器和本地控 制器之间的信息交换。二、系统响应时间的研究系统响应时间是决定变频器通讯控制方案的

13、关键因素，由于现场总线技术的基础是串 行通讯， 尤其是低速串行通讯方式， 在实时响应方面与传统的并行连接控制方式有一定的差 距，在某些关键的场合甚至可能因系统响应不及时而导致事故的发生。因此， 在系统实时性要求较高的场合，对变频器通讯方案的选择有两个原则：1 、 采用高速通讯现场总线 高速现场总线的传输速率一般都在 1M bps 以上，同时，其应用层提供了实时交换必要 信息 （周期型数据 ）的功能，可以满足大部分情况下系统实时控制的要求，但可能付出较高的 成本。2、交换数据的数量最小化 交换数据的数量越少，现场总线系统的效率越高，实时性也就越好。 一般情况下，可以将变频器需要交换的信息分成正常

14、工作和例外情况两类。正常工作 的信息是指少数有限的必不可少的数据，如变频器的启/停控制、速度给定、以及状态监测和必要的运行信息等参数， 这些数据必须在变频器工作过程中进行实时交换； 例外情况的信 息是指正常工作信息之外的大部分数据， 包括变频器的配置、 调试、 以及故障管理等辅助参 数，这些数据一般在变频器正常工作前后进行交换，而不需要在工作过程中实时进行。根据这个原则，我们可以在编程时对交换的数据进行相应的处理，既充分利用变频器 通讯控制方式所带来的优势，又通过尽量少的数据交换量满足系统实时控制的要求。三、不同操作模式的研究变频器通讯控制的操作模式并不是一成不变的，在实际中，可以与传统控制方

15、式相结 合，根据实际需求加以灵活应用。变频器通讯控制的具体操作模式归纳起来有中央控制模式、串并结合模式和信息采集 模式三种。1、中央控制模式中央控制模式是最常用的变频器通讯控制方式，它以中央控制器为核心，将变频器作 为现场总线上的各个站点，受中央控制器控制和监视，构成逻辑上的主从控制方式。中央控制模式的优点显而易见，它可以最大限度地利用现场总线的优势，实现最大信 息量的数据交换；其缺点是对现场总线的依赖，一旦总线出现故障将造成整个系统的瘫痪， 因此，在某些关键场合， 中央控制模式常与传统的本地控制方式相结合， 在总线出现故障时， 及时切换到本地控制方式，以保证系统继续运行。2、串并结合模式串并

16、结合模式是将现场总线数据传输的优势和本地控制的实时性相结合的一种方式， 典型的作法是通过现场总线传输速度给定和变频器监视等信息， 通过变频器上的端子实现变 频器的启动和停止。串并结合模式的优点是以直接的方式控制变频器的启动和停止，这一点在某些安全性 要求较高的场合显得尤为重要， 并且从一定程度上打消了部分用户对变频器通讯控制可靠性 的疑虑； 缺点是增加了部分成本， 尤其在变频器数量较多和距离较远的情况下需要更多的电 缆连接。值得注意的是，因为变频器是一个执行元件，出于防止可能出现的变频器接收多重相 互矛盾的控制指令等原因的考虑， 有些厂家的变频器并未设置这项功能。 因此， 在确定应用 这种操作

17、模式时，必须预先确认适合的变频器。3 、信息采集模式 信息采集模式实际上是串并结合模式的另一种形式，其本质仍然是传统的本地控制模 式，但在其基础上叠加了变频器信息采集的功能， 即上位机仅对变频器运行的信息进行读取， 而不进行任何写入操作，信息的流向是单向的。信息采集模式的优点是变频器传统控制方式和现场总线通讯方式的充分结合，尤其适 用于系统改造和升级换代的场合；缺点也显而易见，现场总线的优势没有得到充分的发挥， 因此通常采用实时性不强的低速串行连接方式简单实现。四、系统实用性的研究系统的实用性决定了变频器通讯控制方案的成败，除上述提到的总线拓扑结构、连接 变频器的数量、 数据传输的距离、 以及

18、系统响应的时间和不同的操作模式外， 还有几个至关 重要的因素需要考虑，包括系统的成本、方案的简单性和总线的开放性等。1、系统的成本 系统的成本是系统方案成败的关键，过高的成本投入往往会使整个方案止步不前。因 此，如何在系统的性能和成本控制之间进行权衡常常是选择变频器通讯控制方案的前提。我们知道，现场总线是否成熟、是否适合所针对对象的一个明显标志就是确实能降低 系统成本；同时，另一个明显的标志就是该现场总线在其适用范围内是否得到了广泛的使用。 根据这两个原则，我们不难在选择现场总线时作出正确的决定。事实上，系统的成本不仅体现在系统集成方案的初始投入上，还同时体现在系统集成 的过程、以及系统后期维

19、护的各个方面。 因此，在选择变频器通讯方案时， 应该从全局和长 期的角度考虑，而不应仅仅局限于初始投入。2、方案的简单性我们这里所说的“简单” ，是指将复杂的控制方式简单化。变频器通讯控制方案的简 单性常常体现在“系统集成解决方案”的概念中。“系统集成解决方案”是指生产厂家将复杂的控制技术（包括现场总线技术 ）预先集成在其提供的各种控制产品中，就像控制理论中的“黑盒子” ，用户只需根据系统要求进行简 单的连接和相应的编程操作，就可以达到预定的目的，而无须关心具体技术是如何实现的。例如，变频器生产厂家在其提供的变频器通讯方案中预置了必要的周期型数据交换功 能，数据在总线联通的情况下自动在控制器和

20、变频器之间进行交换， 用户只需通过简单编程对控制器相应内存进行读写操作，即可实现对变频器的控制和监视， 而无须编写任何通讯程序。由此可见，方案的简单性为用户提供了无与伦比的便利条件，也为相应现场总线的广 泛应用提供了可行性。3、总线的开放性 真正意义上的“开放”是对用户的开放，给用户和其它生产厂家进行进一步开发提供 可能。“开放”是现场总线发展的方向。用户可以根据用户希因此，应该说，目前市场上流行的现场总线都具有一定的开放性，并在一定范围内形成了相 应的标准， 不同厂家生产的遵从同一标准的产品之间具有互操作性和互换性， 自己的实际需求和经济实力选择相应的方案。但由于市场竞争和商业利益的因素，真

21、正完全开放的现场总线目前还非常少， 望利用现有的现场总线技术进行自行开发，构建最经济、最优化的系统还不太现实。 我们必须理解目前多种总线、多种标准并存的局面。第三节变频器通讯控制标准据我们了解，目前还没有真正的变频器通讯控制标准。在实际应用中，有一个相关的 部分厂家变频器遵从的标准，即DRIVECOM 标准。DRIVECOM 标准形成的起因是一些变频器生产厂家为实现其设备基本功能的标准化而制订的一个统一格式(P rofile)，最早应用于In terbus总线，用以确定在同样的In terbus总线 上，用户可以在不同的变频器之间进行相同的操作。具体说，一台遵从DRIVECOM标准的变频器可以

22、为另一台遵从同样标准的变频器所替换，而控制器对该设备的处理方式是相同 的。DRIVECOM标准格式是一个状态图 (参见图2-1)，图中的方框是变频器的每个状态， 由状态寄存器(ETA)的值给出；图中的箭头表示变频器状态的改变，根据不同控制寄存器 (CMD)值的发送，或一个突发事件而变化。状态寄存器(ETA)和控制寄存器(CMD)是变频器通讯控制的内部参数，通过变频器的操作面板不能访问这两个参数。一、状态寄存器(ETA)在DRIVECOM标准中，状态寄存器(ETA)是一个16进制的数值，其每一位定义了变频 器内部状态的一个方面(参见表2-1)，位的组合表示变频器的不同状态(参见表2-2)。表2-

23、1状态寄存器(ETA)的定义Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0报警接通禁止快速制动激活(0有效)电压禁止故障操作允许接通接通准备好Bit 15Bit 14Bit 13Bit 12Bit 11Bit 10Bit 9Bit 8旋转方向按STOP 键停止00超过给定值达到给定值强制本地控制(0有效)0表2-2变频器状态组合状态Bit 6Bit 5Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0ETA标定值接通禁止快速制动故障操作允许接通准备接通接通未准备好0X000016#0000接通禁止1X000016#0040接通准备好01000116#0021接通0100

24、1116#0023操作允许01011116#0027故障0X100016#0008故障反馈激活0X111116#000F快速制动激活00011116#0007注：ETA标定值是ETA值和16#006F相与值。二、控制寄存器(CMD)在DRIVECOM标准中，控制寄存器(CMD)是一个16进制的数值，其每一位定义了变频 器动作的一个方面(参见表2-3)，位的组合表示变频器的不同动作(参见表2-4)。表2-3控制寄存器（CMD）的定义Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0故障复位000允许操作快速制动电压无效接通Bit 15Bit 14Bit 13Bit

25、12Bit 11Bit 10Bit 9Bit 80快速制动注入制动斜坡制动正转/反转000表2-4变频器动作组合指令过程地址最后状态Bit 7Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0CMD典型值复位允许操作快速制动电压无效接通切断2, 6, 8接通准备好XX11116#0006接通3接通XX11116#0007操作允许4操作允许X111116#000F操作禁止5接通X011116#0006电压无效7, 9, 10, 12接通禁止XXXX016#0000快速制动11快速制动激活XX01X16#00207, 10接通禁止故障复位15接通禁止0 T EtA=16#xx27|“ RDY, RDY “X

26、XXX16#0080三、DRIVECOM标准状态图说明DRIVECOM标准状态图中的文本框表示变频器的状态，包括状态名称、状 态描述、相应状态寄存器 ETA数值、以及变频器操作面板上状态显示信息；箭头表示状态转 变的方向，同时标注了改变状态的命令名称、相应控制寄存器CMD数值、以及转变过程编号。变频器处于此状态时，允许用户修改配置参数和调节参数。但配置参数的修改，或控制寄存器送出“电压禁止”命令（CMD=16#0000）将使变频器退回“接通禁止”状态（过程10）。图例!进入状态图所有状态状态名称状态描述ETA=16#xxxx I“操作面板显示“I0137接通未准备好变频器断电故障反应激活|EI

27、A=16#XXXX转换条件ETA=16#xx眄CMD=16#xxxx故障消失故障复位14 f电压禁止接通禁止变频器锁定CMD=16#0080故障变频器故障15CMD=16#0000或配置参数修改ETA=16#xx40“ NST “|ETA=16#xxx8 I“故障代码“（电机停止）或9或操作面板STOP 键或控制端子停止命令关断CMD=16#00072关断CMD=16#0006操作使能CMD=16#XXXF八电压禁止7CMD=16#0000或快速制动CMD=16#0002接通准备好 变频器等待ETA=16#xx2门“ NST “!接通3；CMD=16#0007片；3A电压禁止电压禁止1210C

28、MD=16#0000或配置参数修改 （电机停止）6 关断CMD=16#0006接通变频器准备好ETA=16#xx23|“ RDY “；操作使能 4；CMD=16#XXXF 35 操作禁止CMD=16#0007CMD=16#0000或 配置参数修改 （电机停止） 或 操作面板 STOP 键 或 控制端子 停止命令紧急制动激活紧急制动ETA=16#xx0F|RDY, DEC,DCB操作允许变频器运行紧急制动CMD=16#000B11示例：ETA =16#0627 :正常制动，正转，速度到达CMD =16#000F :正转ETA =16#8627 :反转，速度到达CMD =16#080F :反转ET

29、A =16#0227 :正转，ACC 或 DECCMD =16#100F :斜坡减速制动ETA =16#8227 :反转，ACC 或 DECCMD =16#200F : DC 注入制动CMD =16#400F :图2-1 DRIVECOM 标准状态图对电机进行自整定操作(Auto-tuning)时，因为需要电流的注入，变频器必须处于这个 状态。5、操作允许状态(ETA=16#xx27)变频器处于正常工作状态，动力部分有电压输出， 操作面板上状态显示 “ RDY或RUN ”等。此时，可以接受控制寄存器送出“正转” (CMD=16#000F)、“反转” (CMD=16#080F) 等启动命令或“减

30、速制动” (CMD=16#100F)、“直流注入制动”(CMD=16#200F)、“快速(过程8，CMD=16#0006)可直接回到 CMD=16#000B)可进入紧急制动激活状制动” (CMD=16#400F)等停止命令。控制寄 存器送出“操 作禁止” 命令(过程5， CMD=16#0007)可回到接通状态，送出“关断”命令 接通准备好状态，送出“紧急制动”命令(过程11，态。配置参数的修改、或控制寄存器送变频器处于此状态时，只允许用户修改调节参数。出“电压禁止”命令(CMD=16#0000)、或来自操作面板或控制端子的停止命令，都将使变 频器退回“接通禁止”状态 (过程9)。6、紧急制动激

31、活状态(ETA=16#xx07)变频器处于紧急制动状态，只能转入“接通禁止”状态后重新启动，操作面板上状态 显示“ RDY或DEC或DCB ”等。配置参数的修改、或控制寄存器送出“电压禁止”命令(CMD=16#0000)、或来自操作面板或控制端子的停止命令，都将使变频器回到“接通禁止”状态(过程12)。7、故障反应激活状态(ETA=16#xxxx)任何故障都将导致变频器进入故障反应激活状态(过程13)，这是一个过渡状态，变频器将根据故障的类型执行相应的动作，同时进入故障状态(过程14)。8、故障状态(ETA=16#xxx8)变频器处于故障状态，操作面板上状态显示相应的故障代码。变频器处于此状态

32、时，只能在故障消失、或来自操作面板或控制端子的故障复位命令、 或通过控制寄存器送出“故障复位”命令(CMD=16#0080)，转入“接通禁止”状态后重新启动(过程15)。DRIVECOM 状态图不适用于 DeviceNet。在应用DeviceNet时，状态图由通讯卡控制， 自动切换到“操作允许”状态。PLC只须将控制寄存器的“运行指令”置为“ 1 ”而无需考第四节ATV58系列变频器的通讯功能图2-2 ATV58变频器扩展卡虑DRIVECOM启动顺序。ATV58系列变频器是施耐德电气公司推出的 通用型变频器，在其本体上内置了 RS485多点通讯 的简化Modbus协议接口，同时该变频器内部具有

33、 并行总线接口，可以通过插入附加卡的方式扩展变 频器的功能(见图2-2)。通过将现场总线技术集成在扩展卡的方式， ATV58系列变频器提供了大量常用现场总线的解决 方案，可以方便地接入各种现场总线控制系统，实 现变频器的通讯控制功能。ATV58系列变频器的功率范围从0.37KWATV58系列变75KW，覆盖80%以上的变频器应用场合；施耐德电气公司还同时推出了与频器具有同样通讯控制解决方案的具有闭环磁通矢量控制功能的 ATV58F 系列变频器 （功率 范围从 0.75KW 到 55KW） ，和风机泵类专用的 ATV38 系列变频器 （功率范围从 0.75KW 到 315KW） ；以及仅具有内置

34、简化 Modbus 协议通讯接口的 ATV28 系列经济型通用变频器 （功 率范围从 0.37KW 到 15KW） 。PLC本书即以 ATV58 变频器为例介绍各种常用现场总线的变频器通讯控制功能以及 控制具体实现方法，有关其它厂家变频器的通讯控制方式可参考相应的用户手册。、 ATV58 系列变频器通讯接口ATV58 系列变频器提供三种方式的通讯接口。1 、集成通讯接口这是一个内置于 ATV58 系列变频器本体上的 RS485 通讯接口，采用简化的 Modbus 协 议，可以直接通过 RS485 总线的点到点或多点连接的方式，实现主控制器（工控机或 PLC） 对变频器的通讯控制功能，无须任何额

35、外成本，为用户提供了最经济的现场总线连接方案。集成通讯接口的另一个应用场合是采用RS485 到 RS232 的转换电缆与计算机连接，过运行施耐德电气公司提供的“ PowerSuite ”变频器调试软件，统一实现计算机对变频器 的参数设置、调试、以及文件归档等功能。需要注意的是，ATV58系列变频器的集成通讯接口与操作面板共用一个D型9芯连接器，在采用集成通讯接口对变频器进行通讯控制时， 无法同时实现操作面板的显示和操作功 能，需要时，必须应用通讯扩展卡。2、低速通讯扩展卡 低速通讯扩展卡是 ATV58 系列变频器的 Uni-telway 、 Modbus/Jbus 协议通讯扩展卡， 用于将 A

36、TV58 系列变频器连接在 Uni-telway 、Modbus/Jbus 网络中。其中， Uni-telway 协议 是施耐德电气公司的标准串行连接协议，Jbus协议是Modbus协议的一个改进版本，我们将在下一章中做简要介绍。所谓“低速”是指 Uni-telway 、Modbus/Jbus 网络的数据传输率最大为 19.2K bps ，相 对于其它现场总线传输速度较低。ATV58系列变频器的集成通讯接口也同样属于低速通讯的 范畴。因而在对通讯的实时性要求不高、低速通讯方式的优点是可以根据用户的实际需求，构建经济的串行连接总线，除必要 的连接电缆和连接附件外， 无须更多的成本， 因而在对通讯

37、的实时性要求不高、 连接变频器 的数量不是太多 （少于31台）的场合，低速通讯方式的应用非常普遍、实用。ATV58 系 列 变 频 器 的 Uni-telway 、 Modbus/Jbus 协 议 通 讯 扩 展 卡 的 型 号 是VW3-A58303 。3、高速通讯扩展卡高速通讯扩展卡是 ATV58 系列变频器除低速通讯扩展卡之外的其它现场总线通讯扩 展卡，数据传输率从 166K bps到10M/100M bps不等。高速通讯扩展卡包括 FIP10、Modbus+、Ethernet、Profibus-DP、DeviceNet、 Interbus-S 、 CAN-Open 、 AS-i 等，参

38、见表 2-5。高速通讯方式除传输速度较高外，另一个显著的特点是相应现场总线都符合相应的标 准，具有完整的网络体系结构。 不仅可以实现现场总线控制系统的开放性、 互操作性、 和互 换性，同时也为用户的应用程序了提供周到的接口程序， 为用户的系统集成带来了极大的便 利。需要注意的是，ATV58系列变频器只提供了一个并行总线扩展接口，当应用通讯扩展 卡时，不能同时使用其它功能的扩展卡，如I/O扩展卡、简单定位卡等。二、ATV58系列变频器控制模式通讯接口协议最大传输率网络特性(理论上)连接变频器数号集成接口Modbus19.2K bps最大256个地址18个设备(1)-低速通讯Modbus/Jbus

39、Uni-telway19.2K bps对 Uni-telway : 最多28个设备，98个可用地址28个设备，31个 可用地址VW3-A58303高速通讯FIPIO1M bps最大128个站点 其中，0号为总线 主控器，63号保留52个设备，62个 可用地址(Premium PLC)VW3-A58301 (2)Modbus Plus1M bps最大64个站点55个设备，及1个 控制器VW3-A58302Ether net10/100M bpsVW3-A58310Pr ofibus-D P12M bps最大127个站点VW3-A58307DeviceNet500K bps最大64个站点VW3-A

40、58309In terbus-S500K bps最大256个站点62个设备，及1个 控制器VW3-A58304CAN-O penVW3-A58308AS-i166K bps最大31个站点31个设备VW3-A58305表2-5 ATV58系列变频器通讯接口对ATV58F系列变频器型号为 VW3-A58311。通讯接口物理限制不能连接理论最大数，对ATV28系列变频器数量为8个设备。注：(1)ATV58系列变频器具有四种控制模式：1、操作面板模式(Terminal Mode)2、强制本地模式(Force Local Mode)3、总线模式(Line Mode)4、本地模式(Local Mode)1

41、、操作面板模式变频器通过操作面板控制，变频器参数通过操作面板读写。采用操作面板模式时，必须在变频器处于停止状态时，通过操作面板将控制菜单中的“LCC ” (Keypad Comm.，操作面板通讯)参数设置为“ Yes ”，以激活通过操作面板控制变 频器功能。可以通过操作面板上的STOP/RESET、RUN、FW/RV键控制变频器运行和停止，速度给定由调整菜单中的“LFR ” (Freq. Ref.-Hz，给定频率)参数给出，自由停车、快速停车和直流注入制动命令保留为端子控制。如果变频器与操作面板的连接断开，变频器将锁定在串行连接故障(SLF)。采用其它控制模式时，“LCC ”参数必须设置为“

42、No ”，以屏蔽操作面板控制变频器功 能。2、强制本地模式变频器通过控制端子控制，变频器参数可以通过通讯接口读出，但不允许写入。采用强制本地模式时，需要在变频器处于停止状态时，通过操作面板在I/O菜单将变频器的一个逻辑输入口设置为“FLO ” (Forced Local，强制本地运行)方式，将该逻辑输入口与公共端(+24V)接通，可以实现通讯控制方式到端子控制方式的切换。3、总线模式变频器通过通讯总线控制，变频器参数可以通过通讯接口读写。在通过总线模式控制变频器前，必须写入控制寄存器CMD 一次以激活该功能。对于集成通讯接口和通讯扩展卡，只有其中一种连接可以控制变频器，通讯扩展卡具 有优先权。

43、采用通讯扩展卡控制变频器时，还可以同时应用集成通讯接口读写变频器配置参数（变频器停止时）和调节参数，以及读取监控参数。4、本地模式（不同于强制本地模式）变频器通过控制端子控制，变频器参数可以通过通讯接口读写。采用本地模式时，仍然可以通过通讯接口监视、调试及配置变频器，但不允许通过控制寄存器CMD向变频器发送运行指令。在采用高速通讯方式时，由于CMD是一个周期型数据自动进行交换，需要将 CMD的第15位和第8位同时置“ 1 ” （如数值16#8100），以保 持本地模式和变频器通讯共存。其本地模式和总线模强制本地模式ATV58系列变频器不具备上文中提到的串并结合操作模式功能, 式的状态转换见图

44、2-2。断开本地模式“强制本地运行”逻辑输入口接受端子控制指令允许通过总线读写参数ETI = 2# xOOx xxxx xxxx xxxxETA = 2# xxxx xx1x xxxx xxxx接通“强制本地运行”逻辑输入口接受端子控制指令允许通过总线读参数（写禁止）ETI = 2# xOOx xxxx xxxx xxxxETA = 2# xxxx xxOx xxxx xxxx写入CMD=2#Oxxx xxxOxxxx xxxx高速通讯故障（CNF）或切换到本地模式CMD=2# 1xxx xxx1xxxx xxxx接通“强制本地运行”逻辑输入口总线模式（DRIVECOM格式）接受CMD控制指令

45、 允许通过总线读写参数注：ETI指变频器内部状态寄存器 N0.1ETI = 2# x11x xxxx xxxx xxxxETA = 2# xxxx xx1x xxxx xxxx图2-2本地/总线控制模式状态图三、ATV58系列变频器内部通讯变量ATV58系列变频器提供了几乎全部内部通讯变量，按功能分成8组，分别是通用配置参数、传动配置参数、I/O配置参数、故障配置参数等配置参数、以及调整参数、控制参数、 监视参数和“ DRIVECOM ”参数其它参数，利用这些参数可以最大限度地实现变频器的全 部通讯控制功能。其中，四种配置参数用于变频器的初始设置，只能在电机停止时进行；调整参数用于 变频器在不

46、同工作条件下不同参数的调整，可以在电机运行或停止时进行；控制参数主要有控制寄存器CMD、扩展控制寄存器 CMI、以及频率给定（或PI调节给定）等参数，控制变频 器的正常运行；监视参数主要有包括状态寄存器ETA等在内的变频器各种状态参数，这组参数是只允许读取操作，实现主控制器对变频器的监控；“DRIVECOM ”参数是一组遵从DRIVECOM标准的参数组合，其状态寄存器 (ETAD)和控制寄存器(CMDD)与监视参数中的 ETA和控制参数中的 CMD 一致，其独特之处是电机速度以转速方式 (rpm)而不是以变频器 常见的频率方式(Hz)给出。ATV58系列变频器内部通讯变量的每个参数均以下列方式

47、给出：字代码单位说明可能的取值或范围W4015FE7/2 6A 01 02LFR0.1Hz总线模式频率给定值LSP 至UHSP其中，“字”一栏中针对不同的现场总线有不同的形式：用于 Modbus、FIPIO、Modbus Plus、1、“ W401 ”是以10进制代码表示的逻辑地址，Ethernet、Profibus-DP 等。2、“ 5FE7/2 ” 指“索引/分索引(index/subindex) ”，是以 16进制代码表示的 DRIVECOM 地址，用于 CAN-Open 和 Interbus-S。3、 “ 6A 01 02 ”指“分类 实例 属性(class instanee attr

48、ibute) ”，是以16进制代码表 示的DevieeNet地址(路径)。，如上例中的频率给定值LFR，其单位如希望频率给定值为41.5Hz另外，对有些参数必须注意其给出的“单位” 为0.1Hz，表示频率给定的分辨率可以精确到小数点后第一位。时，LFR值应为415，即：415 X 0.1Hz = 41.5 HzATV58系列变频器内部通讯变量的详细内容参见附录第五节ATV58系列变频器通讯控制应用 一、变频器通讯控制的操作步骤在变频器初次运行和机械系统调试阶段，除非对所选择的现场总线和ATV58系列变频器的通讯控制功能有充分的认识和丰富的应用经验，我们不建议立即采用通讯方式实现变频器的控制，如

49、果这样做，可能因为某些其它因素，尤其是来自机械系统方面的因素，导致系统工作不正常，而误认为通讯控制方式失败或可靠性不高。正确的操作步骤应该分下列三步进行：1、采用面板操作模式或本地模式实现对每个变频器的单机控制，同时对变频器的相应参数进行修改和调整。这样做的好处有三点，一是可以以传统的方式成功实现变频器和机 械系统的联调，二是可以暂时先不考虑通讯控制所带来的相关问题，三是在主控制器上无须编写变频器参数设置部分的程序。2、按相关要求建立好总线连接，同时在主控制器上编写简单的调试程序，也可以应用PLC编程软件提供的调试工具或相应总线的计算机调试软件，对总线上的每一台变频器 进行逐个通讯测试。 这样

50、做的目的是以简单的方式确认系统硬件连接无误和通讯正常，预先排除复杂的系统应用过程中因通讯控制而可能产生的问题。3、在上述两步骤正确无误的基础上，根据系统的实际要求和相关通讯控制原则编写 适当的应用程序，实现变频器通讯控制的目的。二、变频器参数的设置和调整ATV58系列变频器为用户提供了几乎全部的内部通讯变量，但并不意味着在通讯控制方式下需要对所有的变频器参数进行重新设置或调整。事实上，在许多应用场合中， 仅需在变频器出厂缺省的设置基础上对少数参数（如电机参数、加/减时间等）进行修改，就可以通过监视参数和控制参数的读写操作，实现基本的变频器通讯控制。当然，在系统实际要求和条件许可的情况下，我们可

51、以灵活地应用变频器通讯控制方 式所带来的优势，如以通讯方式读取某一台变频器中已调整好的相关参数，根据预定的方式对这些参数进行修正后，再写入其它运行模式相似的变频器中。ATV58系列变频器对内部参数的修改提供了相应的操作，如参数一致性校验（扩展控制寄存器CMI，bit 15）、将参数从EEPROM中调出（CMI，bit 1）、及将修改后的参数写入 EEPROM（CMI ，bit 2）等，在应用中，必须根据具体要求进行相关操作。如前文所述，变频器参数设置和调整的一个重要的原则在变频器正常运行控制之外实 现，而且能够简化则尽量地简化，以保证变频器通讯控制的实时响应最快。三、ATV58系列变频器的简化

52、控制方式ATV58系列变频器遵从 DRIVECOM 标准，用户可以根据 DRIVECOM 标准状态图的 流程，编写标准的变频器通讯控制中参数设置、调试、以及控制和监视等程序，以及实现同 样遵从DRIVECOM 标准的不同变频器的互换。但DRIVECOM标准在提供了变频器每一种状态及状态转换的详细而周到的流程时， 也带来了一定的复杂性，尤其在变频器数量较多、不需要进行参数设置和调试工作、以及需要变频器在上电后快速启动等场合，应用DRIVECOM标准会有一定的局限性，也增加了编程的工作量。针对这个问题，ATV58系列变频器在遵从 DRIVECOM 标准的同时，也提供了一个简 化的控制方式，为用户希

53、望避开较为复杂的 DRIVECOM标准而实现变频器启动和停止的直 接控制提供了可行性。ATV58系列变频器简化控制方式与 DRIVECOM标准的区别在于对控制寄存器CMD2-6。的重新定义，具体内容及示例参见表表2-6 ATV58系列变频器简化控制控制寄存器 CMD (W400) bit 15 = 1示例Bit 1 :0串行连接禁止正向运行CMD=16#8002+ 给定频率W401 LFR1串行连接有效或给定转速 W603 LFRDBit 7 :0/反向运行CMD=16#8802+ 给定频率W401 LFR1故障复位或给定转速 W603 LFRDBit 8 :0允许串行通讯控制1禁止串行通讯控

54、制减速停车CMD=16#9002Bit 11 :0正向运行直流注入停车CMD=16#A0021反向运行快速停车CMD=16#C002Bit 12 :0运行命令自由停车CMD=16#80001停止命令（减速停车）Bit 13 :0/故障复位CMD=16#80801直流注入停车Bit 14 :0/切换本地模式CMD=16#81001快速停车ATV58系列变频器的简化控制方式是变频器的通讯控制更为直接，简化了编程步骤。但必须指出的是，在实际中不应盲目地应用，而需要在发送直接的控制指令之前，至少先读取状态寄存器ETA的数值，确认变频器处于正常状态后再发送。四、ATV58系列变频器的通讯监视功能ATV58系列变频器在总线模式工作