6ES7312-1AE14-0AB0现货供应
1引言
由于变频器具有优良的控制特性以及其高效节能的特点，使得变频器近几年在各个领域被广泛的采用。在某些场合，需要用一台工控机灵活地控制多台变频器，以达到控制交流电机的目的。在油田输油控制系统中，多台变频器的控制问题成为关键，按照以往的控制方法，需要使用PLC或者控制电路板来控制变频器。使用这种方法造价高、系统复杂、布线量大、故障率高，亟需一种结构简单、造价低廉、可靠性高的系统来实现多台变频器的控制。
针对这一需要，一些公司（如日本三菱、德国西门子、日本东芝等）推出了带有RS-485通信接口的变频器，使用户能方便灵活地选择变频器的强大功能，设计各自的工业控制系统。我们可以充分利用厂商提供的工业总线接口，使控制系统布线简洁，稳定可靠。
目前，我们在利用工业总线接口开发用户程序时，大部分都是基于DOS环境下的，随着bbbbbbs操作系统的普及使得DOS单任务系统固有的缺陷显得日益突出，人们越来越希望能在bbbbbbs的环境下进行工业控制。
在bbbbbbs 9X下开发工控软件,不仅可以实现多任务操作，充分利用硬件资源，可以利用bbbbbbs 9X下丰富的开发工具，方便地生成各种菜单及友好的图形界面,软件产品质量高且开发周期短。但在bbbbbbs 9X环境下，系统完全接管了各种硬件资源，不允许用户直接对系统硬件进行控制。如何在bbbbbbs 9X/NT环境下开发微机的底层资源,已成为当今工控业的一个值得探讨的课题。
本文以三菱FR-A500变频器的串行通信为例，利用Visual Basic 6.0的ActiveX控件—Microsoft Communication控件，通过对变频器串行通信协议的分析，解决了bbbbbbs 9X环境下与多个变频器的串行通信, 成功地实现了用单台工控PC机对多台交流异步电机的灵活控制，从而在bbbbbbs9X环境下如何实现串行通信的问题上作了有益的尝试。
2 油田输油控制系统的简介
由于多台变频器的控制技术是油田输油控制系统中的关键，有必要简单介绍一下本控制系统的概况。
油田输油控制系统主要有以下几部分构成，图1所示：
1. 中央控制器,主要一台工控计算机及其通信模块构成，它主要负责发送控制指令及控制参数，并根据现场返回的工况数据调整控制参数;
2. 监控信号和管道反馈信号由RS—485总线连接到中央控制器；
3. 泵站1~n主要油泵、变频器、通信适配器、管道传感器等构成；
图1 油田输油控制系统结构组成
控制系统的通信原理
根据油田输油控制系统的要求,我们给出了通信原理框图（图2），这里只重点突出工控PC机与变频器RS—485的接口部分。RS—485的驱动器可带32个接收器,在波特率为100Kbit/s时,通信距离可达到1200m; 通信距离为15m时,波特率可达10Mbit/s。在工业现场，RS-485是应用较多的一种通信方式。
图2 中工控PC机通过RS-232C—RS-485转换器与多个变频器相连接,*多可达到32台。每个变频器被赋予各自的地址码用以识别身份,这样,上位机便能通过RS-485通信线,对挂在上面的所有变频器进行控制操作。
图2 通信原理框图
变频器的串行口通信协议分析
通过对油田输油控制系统的结构设计，以及对三菱FR-A500变频器原理及通信方式的研究，我们发现三菱FR-A500变频器的通信方式为异步半双工RS—485协议；波特率19200bit/s，9600bit/s,4800bit/s 可选；ASCII 7或8位数据位可选；1位奇偶校验可选；1或2位停止位可选。其通信协议的数据格式有十种，分别为：
A，A’，B，C，D，E，E’，F，G，H；
下面以格式A为例简要说明一下变频器通信协议：
格式A的功能是变频器运行频率、运行参数的写入和复位变频器，其结构如下：
*1 ENQ——表示控制代码，它有以下几种：(括号内为ASCII码)
STX (H02) 正文数据开始；ETX (H03) 正文数据结束；ENQ (H05) 通信请求；
ACK (H06) 应答无数据错误；LF (H0A) 换行；CR (H0D) 回车；
NAK (H15) 应答发现数据错误；
*2变频器站号——可用十六进制数在H00和H1F（站号0 至31 ）间设定；
*3指令代码——由计算机发给变频器，指明程序要求（如：监视、运行等）；
*4等待时间——规定变频器收到从计算机来的数据和传输应答数据之间的等待时间。根据计算机的响应时间在0和150ms之间设定，*小设定单位10ms。
*5数据——表示计算机与变频器之间传输的数据，如：频率、参数等；
*6总合校验——由被校验的ASCII码数据的总和（二进制）的*低一个字节表示的2个ASCII数字（十六进制）。
*7表示CR（回车）、LF（换行）代码。
与格式A相对应的数据格式有C和D；若用户程序通信请求以格式A发送到变频器的数据被变频器接受，则变频器以格式C形式的数据返回给计算机；若变频器发现计算机发送的数据有误，则变频器以格式D形式的数据返回给计算机。
数据格式C和D分别如下：
其他的数据格式的功能如下：格式A’ 用于运行指令的写入，其对应的应答数据格式为格式C和格式D；格式 B用于监视变频器的运行参数（频率、电压、电流、转速）及读出变频器的系统参数，其对应的应答数据格式为E、E’、F、G、H。
一般情况下，变频器通过操作面板（PU）来设置变频器参数，一旦参数设定好了，就不能改变，这样很难通过现场信号进行实时的控制。通过以上对变频器通信协议的分析，考虑用软件来实现工控机与变频器的串行通信，利用软件可以灵活的实现系统所需的各种功能而不必改动现场的硬件电路，RS-485通信线*多能控制32台变频器，各变频器的运行状态也能实时地回送给上位机。
5 控制系统通信控制软件设计
5.1串口通信程序设计方法
基于对系统结构和变频器串口通信协议的分析，必须对工控计算机的串行口进行编程。在DOS的操作系统下，计算机所有的硬件对编程人员是透明的，比较容易进行内存管理和硬件中断管理，程序的响应速度快。DOS是单任务操作系统，对硬件资源浪费严重，并且在进行图形界面编程时其难度和任务量都远远超过了对硬件部分的编程。我们采用bbbbbbs 9X操作系统和基于此平台的开发软件来编写控制系统软件。
在bbbbbbs 9X环境下，操作系统完全接管了各种硬件资源, 不允许用户程序直接读写硬件端口和进行中断管理。早期的程序员只能通过数目众多的API函数来控制端口，使用起来很不方便。
本系统利用VB6.0下提供了一个ActiveX控件（Microsoft Communication控件, 简称MSComm 控件）来实现串行口的通信设计。通过在应用程序中嵌入MSComm控件的方式，进行计算机串口的通信管理，下面简要介绍一下MSComm控件的功能：
MSComm 6.0控件可以实现数据缓冲区的管理，bbbbb （从缓冲区读取接收数据）的数据类型为Variant，从缓冲区读取数据的格式为字符串格式（Text）或二进制格式（Binary）。
MSComm控件提供的具体功能如表1：
其中串口号(CommPort)设置为1、2 … n等表示COM1、COM2 … COMn。参数设置(Settings)的格式为“BBBB，P，D，S”,BBBB表示波特率，P表示奇偶校验(N：无校验,E：偶校验,O：奇校验)，D表示字节有效位数,S表示停止位数。串口状态(PortOpen)为BOOL变量,TRUE表示打开串口，FALSE表示关闭串口。bbbbbMode使程序能方便地选择从缓冲区读取数据的格式，设置为0时，为字符串格式(Text)，设置为1时，为二进制格式(Binary)。bbbbbLen设置或返回的是用bbbbb从缓冲区读字符串时每次读出的字符个数,这个性质对于读出数据块中定长数据串非常有用。
InBufferCount和OutBufferCount用于串口的查询方式。对于较复杂的通信任务,可通过Com9Xvent处理串口的事件，当相应事件或串口错误事件发生时,系统会激活OnComm事件,在OnComm中添加用户的处理代码,则可实现类似DOS中断的串口处理程序。
5.2变频器串口通信软件结构
为了用该控件控制一个串口进行通信操作，还必须在应用程序中插入该控件。为此，将MSComm控件插入到程序的某个对话框，并为这个控件对象命名为MSComm1，则程序中对串口的各种操作都可通过对象MSComm1来实现。
下面是串口控制子程序的流程图：
6 结束语本文利用Win9X下的ActiveX控件和三菱变频器RS-485的串行通信功能，成功实现了在Win9X环境下单台IPC机对多台三菱变频器的控制，并能实时检测各变频器的运行状态。整个控制系统灵活方便，具有很大的实用性。本文在Win9X下多台变频器控制的设计方案及软件实现为此类问题的解决作了很好的尝试与探索。与DOS方式的控制相比，具有开发周期短、充分利用硬件资源、软件界面美观等优点。但由于Win9X是多任务分时操作系统，该系统不能做到强实时控制，这是今后有待改进的地方。
九十年代中期，国际上兴起的现场总线技术是计算机网络通信技术与自动化仪表系统相结合的成果。国际电工委员会（IEC）对现场总线定义为：现场总线是连接工业现场仪表与设置在控制室内控制设备的数字化、串行、双向、多变量、多节点的通信网络。现场总线控制系统（Field Control System,FCS）定义为：由各种现场仪表通过互连与控制室内人机界面所组成的系统；一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的生产过程自动控制系统。
目前，现场总线技术已经用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络中。作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场与控制设备之间的联系外，还连接着更高控制管理层。它不仅是一个基层网络，还可构成一种开放式、新型全分布控制系统，即，集智能、传感、控制、计算机、数字通信技术于一身的控制系统。正由于这些特点，以现场总线作为技术支撑的FCS在工业自动化领域有明显的优势，如很高的**性、设计组态简单、扩展安装方便、易于维护、节省软硬件投资等。它被公认为第五代控制系统，成为当今工业自动化发展的必然趋势。
考虑上述因素， 对笔架山水厂普通快滤池设计时，选用现场总线作为控制系统支撑技术。基于现场总线的笔架山水厂普通快滤池自动控制系统，应达到如下要求：
⑴ 系统具有较高的可靠性。
⑵ 笔架山水厂普通快滤池设计以全自动化，无人值守为目标。
⑶ 具有自动故障诊断和故障处理功能。
⑷ 具有远程监控功能。
⑸ 系统具有较强的开放性，能与全厂计算机控制系统实时交换信息。
经过对几家（如MODBUS、PROFIBUS、CCbbbb）现场总线的性能和价格认真比较，且考虑到过去使用情况。本系统采用日本三菱PLC的CCbbbb总线网络作为支撑网络。系统内控制装置采用三菱A系列PLC和FX系列PLC 两种，分级控制着现场及车间设备运行。
CCbbbb网络特性图如下：
CCbbbb具有如下特性：
1）在同行业中*快的通信速度，在需要高速应答时，可支持传感器输入及智能化设备之间进行大量数据传送。在100米距离内通信速率达10MB，1200米距离通信速率也达156KB。
2）对分散的PC（Progromme Controller）控制连网后进行循环传送，即，在主控PC与本地PC之间进行N：N的 循环传送。实现了控制系统的全分散、全开放、互操作、互换性。
3）可连智能设备，进行信息传送。
除了字数据的循环传送以外，CCbbbb 系统还能与智能化设备进行数据通 信，这些设备包括显示设备、条形码读写器、测量设备以及个人电脑等。
4）完善的RAS功能。具有自动在线恢复、待机主控功能、切断从站功能、确认链接状态功能及测试和诊断功能，系统具有高度可靠性。
5） 多厂商的开放性网络具有高度的安全性。
6） 采用双绞线组成总线网，节省投资，提高控制性能。
一、系统硬件设计
1． 就地控制单元硬件设计
就地控制单元不仅具有自动控制功能， 由于触摸屏的使用，而具有直观画面监视功能，其结构如图二所示。
如图所示，单格滤池由五个阀门组成： DF进水电磁阀、F1出水阀、F2水冲阀、F3气冲阀、F4排水阀。由一台FX2N PLC控制单格滤池的自动过滤和自动反冲洗。滤池就地控制单元即CCbbbb 网络的一个从站，执行三格滤池的控制过程内部数据交换。三格滤池通过RS485网络互连，这种RS485网络速率为192KB、距离为50米、数据传送量不大，但也是N`：N网络，可实现主控PC与从站PC之间数据循环传送。通过此网络三格滤格的三台FX2N PLC与触摸屏互连。
滤池就地控制单元功能包括：
① 控制单格滤池的自动过滤和自动反冲洗。自动过滤监测滤池水位，据滤池水位的情况及时调整出水阀的开度，使滤池保持在过滤水位。当运行周期到或强冲或水头损失以达到时，滤池进行自动反冲洗。控制器监测滤池水位到达低水位，开启排水阀，开启气冲阀、气冲5分钟，关闭气冲阀；开启水冲阀、水冲5分钟、关闭水冲阀；关闭排水阀，冲洗结束。
② 控制方式和流程的选择。识别手动、自动集控（包括全自动及触摸监控）方式。根据实际情况选择气水冲洗和单纯水冲流程。
③ 保护功能。当滤池水位高于*高水位时，自动停止进水，开大出水阀。给出报警提示。当滤池水位高于超高水位时，除上述操作外，自动关闭出水阀。
④ 故障检测和诊断。检测阀门在规定时限内是否到位，进行检错分析，为可靠性控制提供依据。
⑤ 动画监视。以动画形式实时显示滤池各个阀门开关状态、到位情况、故障发生情况等；显示各个滤格状态（包括正常过滤、冲洗、触摸屏状态、手动控制等）；显示风机水泵运行及故障情况；实时显示水位值。
⑥ 实时操作。包括滤格状态（全自动/触摸监控方式）选择；故障复位；在触摸监控方式下对滤池各个阀门进行开关控制。
⑦ 远程操作。在触摸屏上可执行对两台风机及两台反冲泵的直接启/停控制。
2．集控主站硬件设计
集控主站放置于车间的值班室内，由A系列PLC 作为主控制器。其硬件结构图如图三所示。
滤池集控主站管理CCbbbb网络上八个从站（每个从站监控三个滤池）共对24个滤池的1100点数据进行处理和交换；监控两台风机、两台反冲泵运行；对关键数据进行处理并上送到厂级站 。滤池集控主站的功能有：
① 动画监视。以动画形式实时显示24格滤池各个阀门开关状态、到位情况、故障发生情况等；显示各个滤格状态（包括正常过滤、冲洗、触摸屏状态、手动控制等）；显示风机水泵运行及故障情况；实时显示水位值及1小时内滤格水位变化趋势。
② 监控两台风机、两台反冲泵运行。对风机变频器进行选择、变频器频率设置。
③ 实时操作。执行对滤池进行强冲；排水阀、气冲阀、水冲阀的统一管理（同一时刻只能打开一个阀门）。
④ 流程的选择。根据实际情况选择气水冲洗和单纯水冲流程。
⑤ 实时数据的显示。以数字和曲线形式实时显示24格滤池的水位及1小时内水位走势；以数字和矩形图形式实时显示24格滤池的运行时间。
⑥ 历史数据查询。触摸屏可存储三千条记录（保持三个月的运行参数不刷新）。记录包括：24个滤池冲洗发生时间结束时间；滤池所处状态（全自动/触摸监控）；24格滤池各个阀门故障发生时间等。
⑦ 故障查询。当滤格阀门故障报警发生时，用户查看具体的故障类型、位置和发生时间。
⑧ 参数设置。可对滤池运行时间、运行水位；滤池水冲时间、气冲时间；阀门开关时限；启动反冲泵台数；风机变频器选择等，通过人机对话方式由技术人员设置，此功能只能通过密码进入。
二、 系统软件设计
1、滤池集控主站软件设计
滤池集控主站其结构图如下：
主站软件包括24格滤池排队冲洗、CCbbbb网络管理、两台风机监控、两台反冲泵监控、实时数据监测、故障诊断报警、与厂站通信等。
2、滤池就地控制单元软件设计
滤池就地控制单元包括：单格滤池控制、C网络管理（CCbbbb网络）、R网络管理（RS485网络）、人机界面、实时数据、故障诊断、风机及反冲泵监控等功能。
单格滤池控制执行自动过滤监测滤池水位，根据滤池水位的情况及时调整出水阀的开度，使滤池保持在过滤水位。当运行周期到或强冲或水头损失以达到时，滤池进行自动反冲洗。单格滤池控制软件流程如图六所示。
三、系统运行
笔架山水厂普通快滤池系统在投入运行五个月来，一直稳定可靠。见图七及图八所示滤池车间改造前后滤池控制柜比较。滤池水质也有所提高，且运行周期比过去延长50%。工人的劳动强度得到大幅降低，激发工人强烈的学习兴趣。系统的自诊断功能充分发挥作用，设备的维护率得到了很大提高。基本上能实现无人值守。
四、结束语
现场总线技术，这种网络通信技术渗透于自动控制仪表和系统中的结果。在自动控制领域已经得到越来越多的应用，毋庸置疑，该技术具有广大前景。