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1  引言

    隨著工控網絡技術的迅速發展和廣泛應用, 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控制系統所采用,因此,可靠地實現上位機與下位機的串行通信已成為工控自動化系統得以實現的一個非常重要的條件。

在以前的工控系統中,為了成本考慮,會采用文本作為操作界面,數據單調,乏味,人際交流有限,現在,MCGS公司的TPC系列觸摸屏作為一種最新的輸入設備,它界面色彩豐富,軟件開發簡單、方便,人機交互友好。采用WINCE操作系統,可以通過USB、RS232串口、RS485接口進行外部設備通訊,是一臺標準的小型計算機,它有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點。利用這種技術,只要用手指輕輕地指碰觸摸屏上的圖符或文字就能實現對主機操作,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,同時還需要添加A/D和D/A轉換特殊功能模塊。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定性,增添了維護和排除故障的困難[1]。隨著觸摸屏技術和變頻器技術的發展,在觸摸屏上設計組態界面及運行腳本,運用RS485串行通信方法,采用MODBUS協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,便于調試和排故,同時系統控制要求又能滿足,節約了成本,采用網絡通訊控制這樣的模式,已經成為了工控行業的一個發展趨勢。

2  系統配置及連接
本系統以某干燥設備公司的一臺干燥設備為例,通過TPC7062K觸摸屏與三臺匯川MD320變頻器的通訊,實現觸摸屏控制干燥設備中的引風、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進行溫度數據顯示。
系統硬件由北京昆侖通態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。
系統的通信接口與電纜連接設計:
1)  電腦與觸摸屏間通過USB下載線或以太網下載線下載;
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,就能夠實現觸摸屏與變頻器的RS485通訊。

3  系統控制要求
(1)  利用觸摸屏與變頻器的RS485串行通信,控制變頻器的正轉、反轉、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議,觸摸屏通信格式通過設置“設備窗口”來實現。
變頻器的通信格式通過設置相關的通信參數來實現。
4.1  觸摸屏通信格式的設置
首先打開MCGS嵌入版組態環境,點擊“設備窗口”,雙擊打開“設備窗口”圖a,點擊“設備管理”,添加“通用串口父設備”和“標準ModbusRTU設備”,如圖3、4所示:

然后建立“通用串口父設備”,下掛三個“標準ModbusRTU設備”子設備。設置“通用串口父設備”通訊參數設置按默認值設置,如下表1:其中通用串口父設備通訊參數設置應與MD320變頻器的通訊參數相同,否則無法正常通訊。

建立“通用串口父設備”,并下掛三個“標準ModbusRTU子設備”,如圖5所示。并對通用串口父設備按照表1規定的通訊參數進行設置,如圖6所示。

接下來,對“標準ModbusRTU設備”進行設置,首先,雙擊“設備0”進入子設備,點擊“設置設備內部屬性”。在查看變頻器停機/運行參數表及控制命令輸入表的基礎上,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]輸出寄存器”進行讀寫,數據類型為“16位無符號二進制數”,寄存器地址為“4097”,通道個數為“1”,如圖7、8所示。        

4.2  變頻器的通信相關參數設置
MD320系列變頻器與上位機觸摸屏進行串行口通訊時,需要Modbus協議通信格式支持,系統采用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容。CRC域是兩個字節,包含16位的二進制值。它由傳輸設備計算后加入到消息中。接收設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,然后調用一個過程將消息中連續的8位字節與當前寄存器中的值進行處理。僅每個字符中的8Bit數據對CRC有效,起始位和停止位以及奇偶校驗位均無效。
CRC產生過程中,每個8位字符都單獨和寄存器內容相異或(XOR),結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,寄存器單獨和預置的值相異或,如果LSB為0,則不進行。整個過程要重復8次。在最后一位(第8位)完成后,下一個8位字節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都執行之后的CRC 值。
(1)  變頻器通訊參數設置見表5。
(2)  通訊調試。
1)  通信參數必須在變頻器初始化中設定,如果沒有初始化設定或有錯誤設定,將不能通信。
2)  設置參數后,須將變頻器斷電再送電,以使參數設置生效。通訊連接方式:TPC與設備之間采用標準的RS485通訊。