基于VC的工控機(jī)通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)*

陳遠(yuǎn)方 張洛平 孟文寶 周金朋

(河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南洛陽(yáng) 471003)

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的深入發(fā)展，基于變頻器調(diào)速的控制系統(tǒng)在大中型自動(dòng)化生產(chǎn)中取得了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際的工業(yè)控制領(lǐng)域，一條生產(chǎn)流水線(xiàn)通常由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，能否實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)工作，直接關(guān)系到生產(chǎn)的可靠性和產(chǎn)品的質(zhì)量［1］。人工操作變頻器的控制面板，可以完成參數(shù)設(shè)定、發(fā)送運(yùn)行指令、讀各類(lèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)等。但過(guò)程復(fù)雜、專(zhuān)業(yè)化要求較強(qiáng)，并且在數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、保存等諸多方面存在弱點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)變頻器公司(如臺(tái)灣臺(tái)達(dá)、日本東芝等)推出了帶有RS－485串行通訊接口的變頻器，為用戶(hù)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制變頻器提供了條件［2］。本文研究了上位機(jī)控制多電動(dòng)機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)的方法。

1 通信方案

在通信領(lǐng)域內(nèi)，有兩種數(shù)據(jù)通信方式:并行通信和串行通信。串行通信只使用一條數(shù)據(jù)線(xiàn)，節(jié)省傳輸線(xiàn)。尤其是在遠(yuǎn)程通信時(shí)，此特點(diǎn)尤為重要。本文選擇串行通信作為通信工程開(kāi)發(fā)的通訊方式。

1.1 串行通信的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

串行口在Win 32中是作為文件來(lái)進(jìn)行處理的，而不是直接對(duì)端口進(jìn)行操作。對(duì)于串行通信，Win 32提供了相應(yīng)的文件I/O函數(shù)與通信函數(shù)，通過(guò)使用這些函數(shù)，可以編制出符合不同需要的通信程序。下面只介紹我們熟知的windows下串行通信的兩種方法。

1.1.1 利用MSComm控件

MicrosoftCommunicationsControl(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MSComm)是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。

1.1.2 采用MFC串口通信編程

Win32系統(tǒng)對(duì)文件的概念進(jìn)行了擴(kuò)展，無(wú)論是文件、通信設(shè)備、命名管道、郵件槽、磁盤(pán)還是控制臺(tái)都被看作是文件。因此，可以用MFC中的CFile類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的操作。

相對(duì)于后種方式，調(diào)用MSCOMM串口編程控件顯得更加簡(jiǎn)便，不需要清楚知道各種API的用法，另外由于它在多種語(yǔ)言中的通用性，文中選擇通過(guò)MSCOMM串口控件實(shí)現(xiàn)串行通信。

2 變頻器

2.1 臺(tái)達(dá)VFD－B系列

本系統(tǒng)選用臺(tái)達(dá)公司的高機(jī)能·向量型交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器VFD－B系列變頻器。VFD－B是采用高品質(zhì)之元件、材料及融合最新的微計(jì)算機(jī)控制技術(shù)制造而成。這款變頻器是以RS－485作為串行通信協(xié)議并且具有網(wǎng)絡(luò)功能，RS－485采用平衡發(fā)送接收方式，它具有傳輸距離長(zhǎng)(最大可達(dá)1 200 m)、抗干擾能力強(qiáng)和多站能力的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 變頻器串行通信協(xié)議

VFD－B系列交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用Modbus networks通訊協(xié)議。而Modbus可使用ASCII(American Standard Code for Information Interchange)或RTU(Remote Terminal Unit)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(duì)的ASCII碼后再傳送，而RTU則是資料直接傳送，不再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換［3］。

以ASCII資料編碼為例，簡(jiǎn)述如下:

10－bit字符框(for ASCII)，如圖1所示。ASCII資料格式的通訊協(xié)議見(jiàn)表1。

表1 ASCII模式通訊協(xié)議

(1)ASCII模式:變頻器向上位機(jī)回應(yīng)訊息的控制字與發(fā)送的控制字格式基本相同，只是在功能碼為03H(讀出寄存器內(nèi)容)時(shí)，在DATA資料內(nèi)容中增加資料數(shù)(以byte計(jì)算)，但最多可同時(shí)讀取連續(xù)的20筆數(shù)據(jù)。

(2)偵誤值:ASCII模式的檢查碼(LRC Check)由Address到Data Content結(jié)束加起來(lái)的值。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)器做通信連接時(shí)，如果產(chǎn)生錯(cuò)誤，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器會(huì)回應(yīng)錯(cuò)誤碼且將命令碼的最高位(bit7)設(shè)為1(即Function code AND 80H)回應(yīng)給主控系統(tǒng)，讓主控系統(tǒng)知道有錯(cuò)誤產(chǎn)生。并且于驅(qū)動(dòng)器的鍵盤(pán)顯示器上顯示CE－XX，作為警告信息，XX為當(dāng)時(shí)的錯(cuò)誤碼。錯(cuò)誤碼的意義見(jiàn)表2說(shuō)明。

表2 錯(cuò)誤碼的意義

3 程序?qū)崿F(xiàn)

3.1MSCOMM控件串行通信處理方式

MSCOMM控件提供了兩種處理通信問(wèn)題的方法:一是事件驅(qū)動(dòng)(Event－Driven)方式，二是查詢(xún)方式。

3.1.1 事件驅(qū)動(dòng)方式

本文采用事件驅(qū)動(dòng)方式處理通信問(wèn)題。首先設(shè)置事件通知，當(dāng)所希望的事件發(fā)生時(shí)，Windows發(fā)出該事件已發(fā)生的通知。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)、可靠性高，特別是對(duì)于擴(kuò)展了多個(gè)串口的情況，能避免數(shù)據(jù)丟失［4］。

3.2 MSComm控件串口通信編程實(shí)例

3.2.1 創(chuàng)建通信工程ModeProject

打開(kāi)Visual C++6.0，創(chuàng)建一個(gè)基于對(duì)話(huà)框的MFC AppWizard(exe)項(xiàng)目，命名為 ModeProject，插入MSComm控件。

3.2.2 串口初始化

在Class Wizard中為CModeProjectDlg類(lèi)添加變量和響應(yīng)函數(shù)。

以單臺(tái)為例，程序主要部分如下:

3.2.2.1 串口事件處理函數(shù) OnCommMscomm1

MsComm控件一般用事件驅(qū)動(dòng)方式從串口接收數(shù)據(jù)，事件驅(qū)動(dòng)法完成對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)視，并在程序中捕捉和處理這些事件。為串口事件添加OnComm()消息處理函數(shù)。消息處理函數(shù)是對(duì)串口事件的處理，根據(jù)自身需要編寫(xiě)［5］。

3.2.2.2 串口初始化

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 閉環(huán)調(diào)速軟件流程圖

如圖2所示，通訊程序包括:單臺(tái)、多臺(tái)選擇模式，閉環(huán)調(diào)節(jié)程序，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、停止、故障復(fù)位切換程序，手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)頻模塊。檔位切換、正反停切換由相應(yīng)按鍵處理程序完成。閉環(huán)調(diào)節(jié)程序、電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的測(cè)量、模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)由速度模塊服務(wù)程序處理。整個(gè)程序由工控機(jī)調(diào)動(dòng)，程序初始化完成之后，可以根據(jù)需要手動(dòng)選擇單、多臺(tái)控制模式。以單臺(tái)為例，可在對(duì)話(huà)框界面選擇變頻器，運(yùn)動(dòng)開(kāi)始之后如果速度達(dá)不到設(shè)定目標(biāo)，則進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果達(dá)到設(shè)定速度，則自動(dòng)等待下一個(gè)周期速度比較，不作處理。通過(guò)改變變頻器的頻率值改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由編碼器反饋到程序的速度處理模塊中，從而周而復(fù)始運(yùn)轉(zhuǎn)下去。多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制原理與單臺(tái)類(lèi)似。

4.2 VC++6.0編寫(xiě)的程序?qū)υ?huà)框界面

程序編寫(xiě)過(guò)程中，單臺(tái)、多臺(tái)組成 group，電動(dòng)機(jī)停止、正傳、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)正傳、點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)、故障復(fù)位組成 group，手動(dòng)、自動(dòng)校正組成group，這樣形成類(lèi)似互鎖模式，當(dāng)選擇時(shí)，只能選擇同一group中的一個(gè)單選框。如圖3所示。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試本程序過(guò)程中，數(shù)據(jù)滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求，采用閉環(huán)調(diào)速，變頻器以0.01 Hz為調(diào)速單位，調(diào)速精度高，精度范圍限制在±1 r/min，運(yùn)行良好。

5 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了VC++下變頻器與工控機(jī)的通訊工程開(kāi)發(fā)方法，編寫(xiě)程序并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，用戶(hù)可以十分便捷地寫(xiě)出靈活性高，移植性強(qiáng)的串口通信程序，避免了去掌握復(fù)雜windows API函數(shù)的弊端。這種開(kāi)發(fā)方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性，系統(tǒng)能夠做到無(wú)級(jí)調(diào)速，并廣泛地用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。

［1］張丹紅，劉波.基于RS－485總線(xiàn)的多電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)研究［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009，19(9):228 －231.

［2］楊玲.利用Visual C++6.0的MSComm控件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與變頻器的串行通訊［J］.長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，23(1):23 －25.

［3］VFD－B使用手冊(cè)［Z］.中達(dá)電通股份有限公司，2008.

［4］高遠(yuǎn).通過(guò)MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口的設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸［J］.鐵道通信信號(hào)，2009，45(1):56 －57.

［5］吉翔，李永全.VC++下MSComm控件的串口通信方法［J］.電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2009，22(12):34 －38.