1  引言

    隨著工控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用, 上位機與下位機的主從式工作方式更多地為各種智能化工業(yè)控制系統(tǒng)所采用,因此,可靠地實現(xiàn)上位機與下位機的串行通信已成為工控自動化系統(tǒng)得以實現(xiàn)的一個非常重要的條件。

在以前的工控系統(tǒng)中,為了成本考慮,會采用文本作為操作界面,數(shù)據(jù)單調(diào),乏味,人際交流有限,現(xiàn)在,MCGS公司的TPC系列觸摸屏作為一種最新的輸入設(shè)備,它界面色彩豐富,軟件開發(fā)簡單、方便,人機交互友好。采用WINCE操作系統(tǒng),可以通過USB、RS232串口、RS485接口進行外部設(shè)備通訊,是一臺標準的小型計算機,它有堅固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術(shù),只要用手指輕輕地指碰觸摸屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作,從而使人機交互更為直接了當,這樣極大地方便了操作機器的用戶。
另外,在對變頻器的常規(guī)控制中,以前常用的方式是采用PLC加模塊對變頻器進行控制,一般需要占用了PLC較多的輸入、輸出點數(shù),同時還需要添加A/D和D/A轉(zhuǎn)換特殊功能模塊。這種控制模式增加了變頻器的控制成本。另外,變頻器還需要繁瑣的控制線路配線,由此還影響了變頻器的運行穩(wěn)定性,增添了維護和排除故障的困難[1]。隨著觸摸屏技術(shù)和變頻器技術(shù)的發(fā)展,在觸摸屏上設(shè)計組態(tài)界面及運行腳本,運用RS485串行通信方法,采用MODBUS協(xié)議對變頻器進行通訊控制,能省去控制線路接線,減少接線工作量,便于調(diào)試和排故,同時系統(tǒng)控制要求又能滿足,節(jié)約了成本,采用網(wǎng)絡(luò)通訊控制這樣的模式,已經(jīng)成為了工控行業(yè)的一個發(fā)展趨勢。

2  系統(tǒng)配置及連接
本系統(tǒng)以某干燥設(shè)備公司的一臺干燥設(shè)備為例,通過TPC7062K觸摸屏與三臺匯川MD320變頻器的通訊,實現(xiàn)觸摸屏控制干燥設(shè)備中的引風、送風、冷卻三臺電動機的變頻啟動運行,并通過帶485通訊接口的阿爾泰的溫度檢測模塊DAM-3043進行溫度數(shù)據(jù)顯示。
系統(tǒng)硬件由北京昆侖通態(tài)軟件科技有限公司的TPC7062K觸摸屏、匯川MD320變頻器、匯川MD32-485通訊卡,和通訊電纜組成。
系統(tǒng)的通信接口與電纜連接設(shè)計:
1)  電腦與觸摸屏間通過USB下載線或以太網(wǎng)下載線下載;
2)  匯川MD320變頻器需要安裝RS-485通訊卡,型號為MD32-485; 
3)  觸摸屏與匯川MD320變頻器、DAM-3043測溫模塊之間使用RS485通訊接線,如圖1所示;

匯川變頻器的控制面板有專門的擴展卡接口,斷電后,把MD32-485通訊卡插到擴展卡接口上,即完成了匯川變頻器的RS485通訊擴展(如圖2所示),再配備1根帶屏蔽的雙絞線通訊電纜, 將變頻器485通訊接口同TPC7062K觸摸屏的9針D型母頭安照圖1的連接方式相連接,就能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸屏與變頻器的RS485通訊。

3  系統(tǒng)控制要求
(1)  利用觸摸屏與變頻器的RS485串行通信,控制變頻器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止運行;
(2)  能在觸摸屏上改變變頻器的運行頻率[2];
(3)  在觸摸屏上顯示變頻器的運行頻率、電流、電壓;
(4)  在觸摸屏上實時顯示當前干燥箱1#至8#的溫度,并能對所有溫度進行歷史查詢和報警處理。

4  通信設(shè)置
在觸摸屏與變頻器的串行通信中, 通信雙方必須遵守相同的通信協(xié)議,觸摸屏通信格式通過設(shè)置“設(shè)備窗口”來實現(xiàn)。
變頻器的通信格式通過設(shè)置相關(guān)的通信參數(shù)來實現(xiàn)。
4.1  觸摸屏通信格式的設(shè)置
首先打開MCGS嵌入版組態(tài)環(huán)境,點擊“設(shè)備窗口”,雙擊打開“設(shè)備窗口”圖a,點擊“設(shè)備管理”,添加“通用串口父設(shè)備”和“標準ModbusRTU設(shè)備”,如圖3、4所示:

然后建立“通用串口父設(shè)備”,下掛三個“標準ModbusRTU設(shè)備”子設(shè)備。設(shè)置“通用串口父設(shè)備”通訊參數(shù)設(shè)置按默認值設(shè)置,如下表1:其中通用串口父設(shè)備通訊參數(shù)設(shè)置應(yīng)與MD320變頻器的通訊參數(shù)相同,否則無法正常通訊。

建立“通用串口父設(shè)備”,并下掛三個“標準ModbusRTU子設(shè)備”,如圖5所示。并對通用串口父設(shè)備按照表1規(guī)定的通訊參數(shù)進行設(shè)置,如圖6所示。

接下來,對“標準ModbusRTU設(shè)備”進行設(shè)置,首先,雙擊“設(shè)備0”進入子設(shè)備,點擊“設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性”。在查看變頻器停機/運行參數(shù)表及控制命令輸入表的基礎(chǔ)上,增加通道,如:變頻器中地址H1001為變頻器的“運行頻率”,增加該通道時,寄存器類型選擇“[4區(qū)]輸出寄存器”進行讀寫,數(shù)據(jù)類型為“16位無符號二進制數(shù)”,寄存器地址為“4097”,通道個數(shù)為“1”,如圖7、8所示。        

4.2  變頻器的通信相關(guān)參數(shù)設(shè)置
MD320系列變頻器與上位機觸摸屏進行串行口通訊時,需要Modbus協(xié)議通信格式支持,系統(tǒng)采用ModbusRTU模式,RTU模式通訊格式簡便[5]。
校驗方式-CRC 校驗方式:CRC(Cyclical Redundancy Check)
使用RTU幀格式,消息包括了基于CRC方法的錯誤檢測域。CRC域檢測了整個消息的內(nèi)容。CRC域是兩個字節(jié),包含16位的二進制值。它由傳輸設(shè)備計算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計算收到消息的CRC,并與接收到的CRC域中的值比較,如果兩個CRC值不相等,則說明傳輸有錯誤。
CRC是先存入0xFFFF,然后調(diào)用一個過程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)與當前寄存器中的值進行處理。僅每個字符中的8Bit數(shù)據(jù)對CRC有效,起始位和停止位以及奇偶校驗位均無效。
CRC產(chǎn)生過程中,每個8位字符都單獨和寄存器內(nèi)容相異或(XOR),結(jié)果向最低有效位方向移動,最高有效位以0填充。LSB被提取出來檢測,如果LSB 為1,寄存器單獨和預(yù)置的值相異或,如果LSB為0,則不進行。整個過程要重復(fù)8次。在最后一位(第8位)完成后,下一個8位字節(jié)又單獨和寄存器的當前值相異或。最終寄存器中的值,是消息中所有的字節(jié)都執(zhí)行之后的CRC 值。
(1)  變頻器通訊參數(shù)設(shè)置見表5。
(2)  通訊調(diào)試。
1)  通信參數(shù)必須在變頻器初始化中設(shè)定,如果沒有初始化設(shè)定或有錯誤設(shè)定,將不能通信。
2)  設(shè)置參數(shù)后,須將變頻器斷電再送電,以使參數(shù)設(shè)置生效。通訊連接方式:TPC與設(shè)備之間采用標準的RS485通訊。