變頻器的串行通信控制技術(shù)在離心機中的應(yīng)用研究

【摘要】介紹了西門子 ＭＭ４４０ 變頻器的 ＲＳ４８５ 通信協(xié)議，利用 ＶＣ＋＋６．０ 中的 ＡｃｔｉｖｅＸ 控件ＭＳＣｏｍｍ 實現(xiàn)了 ｗｉｎｄｏｗｓ下計算機與變頻器的串行通信控制。設(shè)計了一套全自動閉環(huán)控制系統(tǒng)，可方便有效的通過變頻器調(diào)節(jié)離心機的運轉(zhuǎn)，發(fā)揮離心機的功效，達到清除有害固相，回收加重材料的目的。
　　關(guān)鍵詞：計算機控制系統(tǒng)；     ＵＳＳ 協(xié)議；  ＶＣ＋＋；ＭＭ４４０ 變頻器；離心機  
　　中圖分類號：ＴＨ１６     文獻標(biāo)識碼：Ａ
　　在油田部門，使用變頻器去控制交流電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向，變得越來越廣泛［１￣２］。為了實現(xiàn)集中控制，常需要用一臺工控機或微機去控制多臺變頻器。針對這一需要各變頻器生產(chǎn)廠家推出了帶有ＲＳ－４８５ 通信接口的變頻器，其中西門子公司生產(chǎn)的新一代多功能的 Ｍｉｃｒｏ－Ｍａｓｔｅｒ４４０ 變頻器（簡稱 ＭＭ４４０ 變頻器），因其采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速、高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時又具備超強的過載能力，而得到了廣泛應(yīng)用。
　　因此，重點闡述了要實現(xiàn)一臺計算機對多臺 ＭＭ４４０ 變頻器［３］實現(xiàn)矢量控制，應(yīng)如何設(shè)置 ＭＭ４４０ 變頻器，以及如何利用ＶＣ＋＋的 ＭＳＣｏｍｍ控件實現(xiàn)對 ＭＭ４４０ 變頻器集中控制，從而達到有效控制離心機的轉(zhuǎn)速，滿足油田的實際工況。
　?。?nbsp;系統(tǒng)組成
　　為了滿足油田部門的實際工況，采取將計算機、變頻器、ＲＳ－２３２／４８５ 轉(zhuǎn)換器，有效的結(jié)合的方法，來達到高效控制離心機的主輔電機，從而改變離心機的轉(zhuǎn)速。如圖１所示，計算機通過從ＲＳ－２３２串口取電、并能自動識別和控制數(shù)據(jù)傳輸方向的 ＲＳ－２３２／４８５轉(zhuǎn)換器，與多個 ＭＭ４４０ 變頻器相連（最多達到 ３２ 臺）。為了達到區(qū)分各個變頻器的目的，每個變頻器采用不同的地址碼。因此，可以清楚的發(fā)現(xiàn)，這套控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)計算機對１６臺離心機的同時控制，方便有效的進行遠程計算機控制，發(fā)揮離心機最佳功用，滿足油田需要，更好的達到固相控制系統(tǒng)的完善。
                
    ２ ＭＭ４４０ 變頻器的串行接口協(xié)議（ＵＳＳ）
     西門子 ＭＭ４４０ 變頻器可采用兩種串行接口：ＲＳ－２３２ 或 ＲＳ－４８５。采用 ＲＳ－ ２３２ 接口時，需另選配件。當(dāng)采用 ＲＳ－ ４８５ 接口，波特率為 ９６００ｂｐｓ 時，通信距離可達 １２００ｍ，最高波特率可為１１５２００ｂｐｓ，但此時通信距離大約只有 １５ｍ。
    ２．１ ＵＳＳ 報文的結(jié)構(gòu)
    主站（計算機）和從站（ＭＭ４４０ 變頻器）的報文格式如下：
                 
    各字母代表的含義：
    ＳＴＸ：ＳＴＸ區(qū)表示一條信息的開始，固定為 ０２Ｈ。
    ＬＧＥ：ＬＧＥ 區(qū)是一個字節(jié)，指明這一條信息中后跟的字節(jié)數(shù)目。采用哪種報文長度由 ＭＭ４４０ 變頻器的參數(shù) Ｐ２０１２ 和 Ｐ２０１３來定義 ＰＫＷ和 ＰＺＤ的長度。一般采用固定長度 ４ 個字（８ 個字節(jié)）的 ＰＫＷ區(qū)和 ２ 個字（４ 個字節(jié)）的 ＰＺＤ 區(qū)，再加上一個字節(jié)的 ＡＤＲ 區(qū)和一個字節(jié)的 ＢＣＣ 區(qū)，這樣 ＬＧＥ＝１＋８＋４＋１＝１４，即ＬＧＥ 值為 ０ＥＨ。
     ＡＤＲ：ＡＤＲ 區(qū)是一個字節(jié)，是每個變頻器的地址，值范圍為０￣３１（ｂｉｔｓ：０￣４）， 位為 １ 時為廣播發(fā)送。 ｂｉｔ５ＰＫＷ：ＰＫＷ區(qū)是 ８ 個字節(jié)，用于寫或讀變頻器參數(shù)的值。ＰＺＤ：ＰＺＤ區(qū)是 ４ 個字節(jié)，用于控制或監(jiān)測變頻器的運行。
     ＢＣＣ： ＢＣＣ區(qū)是長度為一個字節(jié)的校驗和，用于檢查該信息是否有效。它是 ＢＣＣ前面所有字節(jié)“異或”運算的結(jié)果。
    ２．２ ＰＫＷ 區(qū)
               
    ＰＫＥ：為一個 １６ 位的字，用來控制變頻器運行參數(shù)的設(shè)置。
    ｂｉｔ 位：１５－ １２ １１ １０－ ０
                
    對于 Ｍｉｃｒｏｍａｓｔｅｒ，控制位為 ０００１ 時，讀變頻器的參數(shù)；控制位為 ００１０ 時，寫參數(shù)到變頻器的 ＲＡＭ或 ＥＥＰＲＯＭ。Ｂｉｔ１ 未用，置為 ０。變頻器的具體參數(shù)值可參照說明書。
    ＩＮＤ：為一個１６位的字，用于參數(shù)號的擴展和參數(shù)號的下標(biāo)。
     ２．３ ＰＺＤ 區(qū)
     主站到從站的ＰＺＤ的格式如下：
               
    從站到主站的 ＰＺＤ的格式如下：
               
     ＳＴＷ：為一個 １６ 位的控制字，用來控制變頻器的運行的動作。
     ＨＳＷ：為一個 １６ 位的字，用來表示變頻器的輸出頻率。
     ＺＳＷ：為一個 １６ 位的字，是變頻器的狀態(tài)字，用來指示變頻器當(dāng)前的運行狀態(tài)。
     ＨＩＷ：為一個 １６ 位的字，表示變頻器的輸出頻率，其定義與ＨＳＷ一樣。
     變頻器接收控制的通信協(xié)議如下：
             
    同時，變頻器發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)，通信協(xié)議如下：
             
     其中，主站到從站和從站到主站的報文格式主要區(qū)別在于ＰＺＤ部分，因此接收還是發(fā)送信息見 ＰＺＤ。
    ３ ＶＣ＋＋６．０ 下對變頻器進行串行通信控制
     在 Ｗｉｎｄｏｗｓ 環(huán)境下，操作系統(tǒng)完全接管了各種硬件資源，不允許用戶直接控制串行口的中斷管理。以往程序員只能通過數(shù)目眾多的 ＡＰＩ 函數(shù)來控制串口。ＶＣ＋＋６．０ 下提供了 ＭＳＣｏｍｍ控件。用戶可以在自己的應(yīng)用程序嵌入 ＭＳＣｏｍｍ 控件，利用它可以方便地進行計算機串口的通信管理。
    ３．１ ＭＳＣｏｍｍ 控件的實現(xiàn)過程
     實現(xiàn)步驟如下：在當(dāng)前的 Ｗｏｒｋｓｐａｃｅ 插入 ＭＳＣｏｍｍ控件。Ｐｒｏｊｅｃｔ 菜單→Ａｄｄ ｔｏ Ｐｒｏｊｅｃｔ→Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ→Ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ ＡｃｔｉｖｅＸ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ→選擇 Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ：Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｍ－ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ｖｅｒｓｉｏｎ ６．０ 插入當(dāng)前的 Ｗｏｒｋｓｐａｃｅ 中。結(jié)果添加了類 ＣＭＳＣｏｍｍ（及相應(yīng)文件：ｍｓｃｏｍｍ．ｈ 和 ｍｓｃｏｍｍ．ｃｐｐ）
     在軟件上，采用 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋來編制程序。程序中使用串行口控件（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ６．０），通過一個簡單的對話框程序，便實現(xiàn)了對變頻器的遠程控制。程序流程圖，如圖 ２所示。
                  
    ３．２ 初始化實現(xiàn)過程
     在對話框初始化函數(shù) ＯｎｌｎｉｔＤｉａｌｏｇ（）中對串行口的一些參
數(shù)進行初始化的代碼。
     通過編制程序，實現(xiàn)了對變頻器的啟動、運行、停止及運行時間的控制。因此，對變頻器的直接控制，間接的實現(xiàn)了對離心機的運轉(zhuǎn)的操作，這樣我們可以通過對離心機中的鉆井液與離心機性能的變化，達到對離心機轉(zhuǎn)速的合理操作，解決我們的實際需要。
    ４ 結(jié)論
     利用 ＶＣ＋＋６．０ 下的 ＡｃｔｉｖｅＸ 控件和 ＭＭＶ 變頻器 ＲＳ４８５ 的串行通信功能，實現(xiàn)了在 Ｗｉｎｄｏｗｓ 環(huán)境下用計算機控制變頻器的任務(wù)，并能實時檢測各變頻器的運行狀態(tài)。整個控制系統(tǒng)靈活方便，具有很大的實用性。在油田部門中，可以方便的根據(jù)離心機中鉆井液性能的變化，通過此套閉環(huán)控制系統(tǒng)，有效的發(fā)揮離心機的功效，清除有害固相，回收加重材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。