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基于labview的工控機(jī)與變頻器間通訊的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)

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關(guān)鍵詞: labview,工控機(jī),變頻器,通訊

      1引言

      風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個重要的機(jī)械部件,而其中軸承性能的好壞對齒輪箱的性能起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)用戶要求,齒輪箱軸承出廠前要在模擬實(shí)際工況的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試。即齒輪箱軸承需在不同轉(zhuǎn)速、載荷下進(jìn)行性能試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)。齒輪箱軸承轉(zhuǎn)速的改變是由變頻器驅(qū)動變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)的。變頻器運(yùn)行頻率的設(shè)定有三種方法:一是通過面板手工調(diào)節(jié),這種方式已經(jīng)不能滿足頻率頻繁變化時使用需要。二是通過變頻器的外部接口,外接模擬信號來控制設(shè)定頻率。這種方式雖然簡單,但存在設(shè)定頻率不準(zhǔn)確的問題,當(dāng)外接模擬信號波動時,變頻器的設(shè)定頻率也隨之變化。三是通過變頻器的通訊口,利用參數(shù)設(shè)定指令來進(jìn)行頻率參數(shù)設(shè)定。這種方法能準(zhǔn)確地控制變頻器的頻率。下面以臺達(dá)vfd-b系列變頻器為例,介紹一種基于labview軟件利用串口實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器間通訊,進(jìn)行頻率參數(shù)設(shè)定、監(jiān)視輸出電流的方法。

      2通訊系統(tǒng)總體設(shè)計

      本系統(tǒng)所采用的通訊方式是利用美國NI公司的工控機(jī)與臺達(dá)vfd-b系列變頻器的rs-485串口通訊。工控機(jī)的控制器為nipxi-8106,自帶1個rs-232通訊串口。由于系統(tǒng)還需要與儀表和PLC通訊,而且變頻器、儀表和plc三者之間的通訊協(xié)議不同,工控機(jī)另配有1塊串行通訊模塊nipxi-8431(含有兩個rs-485串口)。使用工控機(jī)rs-232串口和臺達(dá)變頻器的rs-485串口通訊,中間需加rs-232/rs-485轉(zhuǎn)換器,如圖1所示。如果使用串行通訊模塊nipxi-8431的rs-485串口,須用db-9連接器連接工控機(jī)的rs-485串口與變頻器的rs-485串口

      3系統(tǒng)硬件接口

      臺達(dá)vfd-b系列變頻器的通訊口引腳定義、db-9連接器引腳定義、rs-232/rs-485轉(zhuǎn)換器的接線端子排列見表1。

      臺達(dá)vfd-b系列變頻器通訊口使用的是水晶頭,只需壓兩根線,為了減少干擾,通訊線最好使用雙絞屏蔽線。使用工控機(jī)的rs-485通訊口時,須把db-9的4腳與8腳短接,然后連接變頻器的4:sg+,把db-9的5腳與9腳短接,然后連接變頻器的3:sg-,見圖3。使用工控機(jī)的rs-232通訊口時,接線方法是把rs-232/rs-485轉(zhuǎn)換器的d+/a連變頻器的4:sg+,d-/b連變頻器的3:sg-。

      3.1通訊格式說明

      在本系統(tǒng)中,工控機(jī)與變頻器通訊,工控機(jī)一側(cè)不僅要設(shè)置相應(yīng)的通訊參數(shù),如通訊地址,波特率,數(shù)據(jù)位,停止位,變頻器一側(cè)也有一些參數(shù)需要設(shè)置。兩者之間的通訊參數(shù)設(shè)置應(yīng)一致。

      3.2臺達(dá)變頻器的參數(shù)設(shè)置

      臺達(dá)變頻器的參數(shù)設(shè)置如表2所示。

      參數(shù)設(shè)置完以后,變頻器需要重新上電,新的參數(shù)才會被應(yīng)用。

      3.3工控機(jī)與變頻器通訊協(xié)議

      臺達(dá)vfd-b系列變頻器使用modbusnetworks通訊協(xié)議。而modbus可使用ascⅱ或rtu兩種資料編碼。ascⅱ編碼是將所要傳送的資料先轉(zhuǎn)換成相對的ascⅱ碼后再傳送,而rtu則是把資料直接傳送,不再經(jīng)過轉(zhuǎn)換。下面以ascⅱ模式為例,說明工控機(jī)和變頻器的主要通信協(xié)議如下。

      通訊功能碼有:

      03h:讀出寄存器內(nèi)容

      06h:寫入一筆資料至寄存器

      08h:回路偵測

      10h:寫入多筆資料至寄存器

      由于臺達(dá)變頻器運(yùn)行頻率的單位是0.01hz,當(dāng)需要的運(yùn)行頻率是20hz時,應(yīng)寫入數(shù)值2000,轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制是7d0h。頻率命令寫到內(nèi)部設(shè)定參數(shù)2001h寄存器。

      例如:對通訊地址01h,寫入2000(7d0h)至變頻器內(nèi)部設(shè)定參數(shù)2001h寄存器,格式見表3。

      在測試現(xiàn)場需要時刻觀察變頻器的輸出電流,判斷試驗(yàn)機(jī)有無異常狀況。監(jiān)視變頻器內(nèi)部參數(shù)2104h寄存器可觀察變頻器的輸出電流。

     例如:對通訊地址01h,讀出2104h寄存器的資料內(nèi)容,格式見表4。

      ascⅱ模式的檢查碼由通訊地址開始到數(shù)據(jù)內(nèi)容結(jié)束加起來的值,然后取2的補(bǔ)碼。

      以表3詢問訊息為例檢查碼為:

      01h+06h+20h+01h+07h+d0h=ffh,然后取2的補(bǔ)碼=01h。

      4通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計

      labview語言是美國ni公司為適應(yīng)計算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展、加快儀器的開發(fā)和完善其功能而推出的。它使用圖形化編程語言編程,執(zhí)行程序的順序是由數(shù)據(jù)流決定的,而不是傳統(tǒng)文本語言的按命令行順序連續(xù)執(zhí)行。labview語言具有界面友好、易學(xué)易懂、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域。

      在labview中進(jìn)行串口通訊主要利用visa函數(shù)。包括visaconfigureserialport、visawrite、visaread、visaclose等vi。利用串口發(fā)送數(shù)據(jù),讀取數(shù)據(jù)的程序如下:

      第一步:初始化端口,設(shè)定端口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)等。

      第二步:利用visawrite.vi發(fā)送數(shù)據(jù)。

      第三步:如需從串口讀取數(shù)據(jù),可利用visaread.vi讀取數(shù)據(jù)。

      第四步:如串口不再使用,可利用visaclose.vi關(guān)閉串口。

      在labview2009基本串行寫入和讀取程序框圖如圖5。

      5結(jié)束語

      本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用labview實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器通訊,通過工控機(jī)的串行端口來控制變頻器,可以方便、直觀地控制變頻器的運(yùn)行,監(jiān)視變頻器的運(yùn)行狀態(tài),設(shè)置變頻器的參數(shù),實(shí)現(xiàn)變頻器的聯(lián)網(wǎng)及遠(yuǎn)程控制。

    (審核編輯: 小王子)

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