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PC机与变频器的串行通信研究_0

引言

  计算机串行通信是计算机与控制设备(如变频器)进行数据传送的一种通信方式,也是实现工业自动控制经常用到的通信模式。每一种通信方式都严格约定了与其对应的通信协议。要确保计算机与变频器之间能正常通信,就必须遵照变频器通信协议编写通信程序。本文就带有rs-485通信接口的日普变频器作为研究对象,设计了变频器网络监控的方案,实现了对变频器各项参数的在线监视和控制。以下就围绕如何在c++builder编程环境下,利用api函数编写计算机与日普变频器(rp3200)之间的串行通信程序进行阐述。

串行通信

  串行通信在工业系统控制的范畴中一直占据着极其重要的地位,串行端口(rs-232)是计算机上的标准配置,常用于连接调制解调器来传输数据,在计算机的硬件设备管理器中可以看到,定义为com1、com2等。常用的串行通信方式有两种,分别是rs-232和rs-485,本文以rs-485方式为例进行介绍。

使用c++builder api函数编写通信程序

  c++builder本身不提供单独的串行通信组件,这不是说它不能使用这项功能,而是必须使用一些windowsapi函数来达到这个目的。windowsapi是由操作系统提供的函数,这些函数可以为程序设计人员提供相当多的执行功能,就连操作系统本身也是由这些api函数所组成,由于已经将win32api均声明进去了,因此在中使用api时只要直接使用即可。使用时必须以api函数的定义使用,才可以得到正确的结果,尤其参数的定义更是重要,使用时必须注意和定义相符,否则执行结果将会出错,以下就先说明这些必备的函数。

c++builder中与串行通信相关的api函数

  c++builder本身并不提供单独的串行通信组件,而是使用一些windowsapi的函数来达到此目的。这些函数是由操作系统所提供,可以为程序设计人员提供相当多的执行功能。api中与串行通信相关的函数约有20个,以下对经常使用的函数作以讨论。

  打开串行端口

  hcomm=createfile(comno,generic_read|generic_write,

  0,null,open_existing,1,0)

  函数参数定义如下:

  hcomm:createfile()函数的返回值,程序使用此返回值进行相关的串行端口操作。

  comno:定义串行端口号,为com1、com2等。

  generic_read|generic_write:对串行端口的读/写操作。

  0:是否共享串行端口,通常不会将串行端口与其它程序共享,因此设为0,否则为1。

  null:函数的返回值hcomm是否可被子程序继承,此处设为不可继承。

  open_existing:打开端口的方式,串行端口是一种设备,必须指定为open_existing方式。

  1:使用同步或异步方式传输数据,变频器为异步方式,因此设为1。

  0:由于使用串行端口编程,设为0。

  得到串行端口状态

  getcommstate(hcomm,dcb)

  函数参数定义如下:

  hcomm:createfile()函数的返回值。

  dcb:串行端口控制块地址,负责对串行端口参数进行设置,具体参数如下:

  dcb.baudrate:设置串行端口的波特率,有19200kb/s、9600kb/s、4800kb/s几种,一般为:9600kb/s。

  dcb.bytesize:设置串行端口的数据位数,有5、6、7、8几种,变频器数据位数为8。

  dcb.parity:设置串行端口的校验位检查,有none、even、odd几种,设为none。

  dcb.stopbits:设置串行端口的停止位数,有1、1.5、2几种,变频器的停止位数为1。

  设置串行端口状态

  setcommstate (hcomm,dcb)

  函数参数定义与getcommstate()函数相同。

  向串行端口写数据

  writefile(hcomm,senddata,bs,lrc,null)

  函数参数定义如下:

  hcomm:createfile()函数的返回值。

  senddata:写数据的地址。

  bs:写入数据的字节数。

  lrc:被写入的数据地址。

  null:写入数据的同步检查,串行端口采用同步通信时可以设为null。

  清除串行端口的错误或将串行端口当前的数据状态送至输入缓冲区

  clearcommerror(hcomm,dwerror,cs)

  函数参数定义如下:

  hcomm:createfile()函数的返回值。

  dwerror:返回错误信息代码。

  cs:指向串行端口状态的结构变量。

  从串行端口的输入缓冲区读出数据

  readfile(hcomm,inbuff,cs.cbinque,nbytesread,null);函数参数定义如下:

  hcomm:createfile()函数的返回值。

  inbuff:指向用来存储数据的地址。

  cs.cbinque:读取数据的字节数。

  nbytesread:总的读取字节数。

  null:如果不进行后台工作,串行端口设为null。

  关闭串行端口

  closehandle(hcomm)

  函数参数定义如下:

  hcomm:createfile()函数的返回值。

变频器的监控系统设计

  硬件连接框图

  本文设计的监控系统采用平衡发送和差分接收方式实现通信。由于传输线通常使用双绞线,又是差分传输,所以有极强的抗共模干扰的能力。rs-485最大的通信距离可达1219m,rs-485最大传输速率为10mb/s。rs-485采用半双工工作方式,支持多点数据通信。总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。

  rs-485总线一般最大支持32个节点。

  本设计采用带有rs-485接口的日普变频器(rp3200)控制电机运转,上位计算机和变频器进行通讯,计算机通过读写变频器的参数来监控变频器的运行状态。上位机为主控计算机,下位机为被控变频器(最多为31个)。主控和被控之间的串行控制信号始终是主控启动传送,被控对此作出响应。某一个时刻,主控和一个被控进行信号传送,所以要预先给每个被控分配地址号,并由主控指定地址执行发送。被控接收到主控来的信号后执行其功能,并返回应答给主控。由于计算机本身支持rs-232串行通信方式,所以需要用rs-232与rs-485转换器将计算机与变频器连接起来。上位机与变频器控制组网结构如图1所示。

  变频器通信功能设置

  此变频器控制命令和方式有三种:数字面板控制、端子控制和rs-485通讯控制,变频器的默认出厂设置为变频器控制面板控制,这不符合我们与pc

  机通讯的要求,为了能使变频器与 pc机之间通讯,我们对变频器作如下设置:

  操作方式选择

  在数字面板中选择参数设定,将运行方式按表1设置为rs-485运行方式。

  通信参数设定

  通信地址设定:定义设备地址 1 31,在线不允许两个设备占用一个地址

  传送中断检测时间:设定 范围为:0-60sec

  通信规格设定:

  接口:rs-485 同步方式:异步

  传输参数:

  波特率:可从 1200,2400,4800,9600,19200 等中选择

  停止位:固定为 1位

  变频器通信命令介绍

  通信数字元格式

  数字元格式如图2所示。

  1位起始位,8位数据位,奇校验,1位停止位。

  纠错方法

  在信息后加checksum, checksum等于所有字节(hex)之和的最后一字节,转换为ascii码。

  数据包格式

  类似modbus ascii格式,格式如下。

  header akp1p0 d3d2d1d0 s delimiter

  格式解析:

  【header】:3ah

  【delimiter】:0dh,0ah

  a、k、p1p0、d3d2、d1d0、s分别为单字节十六进制数,转换为ascii码。

  【a】:从机(变频器)地址。变频器地址范围为(1-31),a必须存在。

  注:地址a=00h时对所有从机有效,且所有从机不回送响应信息。故a=00h只能发送运行命令操作。

  【k】:数据包功能代码。

  【p1p0】:参数序号。参数标号,两字节十六进制数。

  【d3d2d1d0】:参数值:去掉小数点的参数值,共四字节的十六进制数,先发高位,后发低位。

  【s】:和校验字。s是上面所有字节十六进制之和(a+k+p1p0+d3+d2+d1+d0)取最后一字节(bit7-bit0)值,转换为ascii码。

  其中k、p、d3d2d1d0参数定义如表3所示。

  计算机与变频器串行通信程序实现

  通信主程序的设计架构

  设计通信主程序的主要功能是:实现计算机对变频器的运行控制和状态监视,即构成一个闭环监控系统。程序设计架构如图3示。

  例1:变频起运行参数设定

  1#变频器在运行状态下改变它的设定频率为35.00hz

  方法如下:

  35.00去掉小数为3500d=0dach

  a=1=01h (变频器地址为01h)

  k=04h (运行参数设定为04h)

  p1p0=0001h (运行时设定频率为0001h)

  d3=00h (数据高字节为00h)

  d2=00h (数据次高字节为00h)

  d1=0dh (数据次字节为0dh)

  d0=ach (数据低字节为ach)

  s=c9h (和校验字节为c9h)

  (s=0bh+04h+00h+01h+00h+00h+00h+0dh+ach=c9h)

  主机先后依次发送字节如下的数据包ascii:

  3ah,30h,42h,30h,34h,30h,30h,30h,31h,30h,30h,30h,30h,30h,44h,41h,43h,43h,39h,0dh,0ah

  变频器回复主机相同数据。

  部分通信代码如下:

  打开通讯端口代码

  char *comno;

  dcb dcb;

  string temp;

  temp=com+inttostr(rdcom-》itemindex+1);

  comno=temp.c_str() ;

  hcomm=createfile(comno,generic_

  read|generic_write,0,null,open_existing,0,0);

  if(hcomm==invalid_handle_value)

  {

  statusbar1-》simpletext=打开通信端口错误!;

  return;

  }

  else

  statusbar1-》simpletext=端口已打开!;

  sleep(100);

  getcommstate(hcomm,dcb);

  dcb.baudrate=cbr_9600;

  dcb.bytesize =8;

  dcb.parity =noparity;

  dcb.stopbits =onestopbit;

  setcommstate(hcomm,dcb);

  if(!setcommstate(hcomm,dcb))

  {

  statusbar1-》simpletext=通信端口设置错误!;

  closehandle(hcomm);

  return;

  }

  发送数据代码

  int i=0;

  unsigned char sends[21];

  unsigned long lrc,bs;

  sends[0]=3ah; //header

  sends[1]=30h; //a

  sends[2]=31h;

  sends[3]=30h;//k

  sends[4]=34h;

  sends[5]=30h; //p1

  sends[6]=30h;

  sends[7]=30h; //p0

  sends[8]=31h;

  sends[9]=30h; //d3

  sends[10]=30h;

  sends[11]=30h;//d2

  sends[12]=30h;

  sends[13]=30h; //d1

  sends[14]=44h;

  sends[15]=41h; //d0

  sends[16]=43h;

  sends[17]=43h; //s

  sends[18]=39h;

  sends[19]=0dh; //delimiter

  sends[20]=0ah;

  for(i=0;i++;i《21)

  {

  if(hcomm==0)

  return;

  writefile(hcomm,sends,1,lrc,null);

  }

  接收数据代码

  int ln;

  unsigned long lrc,bs;

  char inbuff[1024];

  dword nbytesread,dwevent,dwerror;

  comstat cs;

  if(hcomm==0)

  {

  mreceive-》text=读取过程有问题,已跳出!;

  return;

  }

  if(hcomm==invalid_handle_value)

  {

  mreceive-》text=读取过程有问题,已跳出!;

  return;

  }

  clearcommerror(hcomm,dwerror,cs);

  if(cs.cbinque)

  {

  readfile(hcomm,inbuff,cs.cbinque,nbytesread,null);

  inbuff[cs.cbinque]=`\0`;

  mreceive-》text=inbuff;

  interceptrece(mreceive-》text);

  }

  else

  mreceive-》text=未读取到数据!;

  以上代码在winxp sp2操作系统, c++builder6 编程环境下调试编译通过。

结语

  通过对带有rs-485通信接口的日普系列变频器的研究,设计了可行的变频器网络监控系统方案,在c++builder编程环境下,利用api函数,实现了变频器各项参数的在线监测与控制。提高了变频器控制的自动化水平。

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