基于labview的工控机与变频器间通讯的设计和实现

1 引言

　　风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，而其中轴承性能的好坏对齿轮箱的性能起着至关重要的作用。根据用户要求，齿轮箱轴承出厂前要在模拟实际工况的试验机上进行测试。即齿轮箱轴承需在不同转速、载荷下进行性能试验和寿命试验。齿轮箱轴承转速的改变是由变频器驱动变频电机实现的。变频器运行频率的设定有三种方法：一是通过面板手工调节，这种方式已经不能满足频率频繁变化时使用需要。二是通过变频器的外部接口，外接模拟信号来控制设定频率。这种方式虽然简单，但存在设定频率不准确的问题，当外接模拟信号波动时，变频器的设定频率也随之变化。三是通过变频器的通讯口，利用参数设定指令来进行频率参数设定。这种方法能准确地控制变频器的频率。下面以台达vfd-b系列变频器为例，介绍一种基于labview软件利用串口实现工控机与变频器间通讯，进行频率参数设定、监视输出电流的方法。

　　2 通讯系统总体设计

　　本系统所采用的通讯方式是利用美国ni公司的工控机与台达vfd-b系列变频器的rs-485串口通讯。工控机的控制器为 ni pxi-8106，自带1个rs-232通讯串口。由于系统还需要与仪表和plc通讯，而且变频器、仪表和plc三者之间的通讯协议不同，工控机另配有1 块串行通讯模块ni pxi-8431（含有两个rs-485串口）。使用工控机rs-232串口和台达变频器的rs-485串口通讯，中间需加rs-232/rs-485转换器，如图1所示。如果使用串行通讯模块ni pxi-8431的rs-485串口，须用db-9连接器连接工控机的rs-485串口与变频器的rs-485串口，如图2所示

　　图1 系统通讯示意图

　　图2 系统通讯示意图

　　3 系统硬件接口

　　台达vfd-b系列变频器的通讯口引脚定义、db-9连接器引脚定义、rs-232/rs-485转换器的接线端子排列见表1。

　　表1 接线端子排列

　　台达vfd-b 系列变频器通讯口使用的是水晶头，只需压两根线，为了减少干扰，通讯线最好使用双绞屏蔽线。使用工控机的rs-485通讯口时，须把db-9的4脚与8脚短接，然后连接变频器的4：sg+，把db-9的5脚与9脚短接，然后连接变频器的3：sg-，见图3。使用工控机的rs-232通讯口时，接线方法是把 rs-232/rs-485转换器的d+/a连变频器的4：sg+，d-/b连变频器的3： sg-，见图4。

　　图3 db-9与变频器rs485连线图

　　图4 rs232/rs485转换器与变频器rs485连线图

　　3．1 通讯格式说明

　　在本系统中，工控机与变频器通讯，工控机一侧不仅要设置相应的通讯参数，如通讯地址，波特率，数据位，停止位，变频器一侧也有一些参数需要设置。两者之间的通讯参数设置应一致。

　　3．2 台达变频器的参数设置

　　台达变频器的参数设置如表2所示。

　　表2 变频器通讯参数设置

　　参数设置完以后，变频器需要重新上电，新的参数才会被应用。

3．3 工控机与变频器通讯协议

　　台达vfd-b系列变频器使用modbus networks 通讯协议。而 modbus可使用ascⅱ或 rtu 两种资料编码。ascⅱ编码是将所要传送的资料先转换成相对的ascⅱ码后再传送，而rtu则是把资料直接传送，不再经过转换。下面以ascⅱ模式为例，说明工控机和变频器的主要通信协议如下。

　　通讯功能码有：

　　03h：读出寄存器内容

　　06h：写入一笔资料至寄存器

　　08h：回路侦测

　　10h：写入多笔资料至寄存器

　　由于台达变频器运行频率的单位是0.01hz，当需要的运行频率是20 hz时，应写入数值2000，转换为十六进制是7d0h。频率命令写到内部设定参数2001h寄存器。

　　例如：对通讯地址01h，写入2000（7d0h）至变频器内部设定参数2001h寄存器，格式见表3。

　　在测试现场需要时刻观察变频器的输出电流，判断试验机有无异常状况。监视变频器内部参数2104h寄存器可观察变频器的输出电流。

　　例如：对通讯地址01h，读出2104h寄存器的资料内容，格式见表4。

　　ascⅱ模式的检查码由通讯地址开始到数据内容结束加起来的值，然后取2的补码。

　　以表3询问讯息为例检查码为：

　　01h+06h+20h+01h+07h+d0h=ffh，然后取2的补码=01h。

　　4 通讯系统软件设计

　　labview 语言是美国ni公司为适应计算机和软件技术的发展、加快仪器的开发和完善其功能而推出的。它使用图形化编程语言编程，执行程序的顺序是由数据流决定的，而不是传统文本语言的按命令行顺序连续执行。labview语言具有界面友好、易学易懂、开发周期短等优点，广泛应用于仪器控制、数据采集、数据分析和数据显示等领域。

　　在labview中进行串口通讯主要利用visa函数。 包括visa configure serial port 、visa write 、 visa read 、 visa close等 vi。 利用串口发送数据，读取数据的程序如下：

　　第一步：初始化端口，设定端口号、波特率、数据位、停止位、奇偶校验等。

　　第二步：利用visa write.vi 发送数据。

　　第三步：如需从串口读取数据，可利用visa read.vi 读取数据。

　　第四步：如串口不再使用，可利用visa close .vi关闭串口。

　　在labview 2009基本串行写入和读取程序框图如图5。

　　图5 labview 2009基本串行写入和读取程序框图

　　5 结束语

　　本文的创新点在于利用labview实现工控机与变频器通讯，通过工控机的串行端口来控制变频器，可以方便、直观地控制变频器的运行，监视变频器的运行状态，设置变频器的参数，实现变频器的联网及远程控制。