纺机中的微机远程多电机同步传动控制系统

1.序言 在纺织、印染、造纸等工业生产中，多电机同步传动应用的十分广泛。其中，印染联合机的工艺及控制原理图如图1所示，采用西门子MICROMASTER Vector, 即MMV变频器，电机1(M1)至电机4(M4)为三相交流电机。 图1 印染联合机的工艺及控制原理图 变频调速以其显著的节能效益、优异的调速与起制动性能、高功率因数、安全性能及其它许多优点而被认为是非常有发展前途的调速方式。交流电机和变频器配合，能获得与直流电机相似甚至更好的控制性能。并且交流电机成本低，结构简单，容量和电压范围广。采用RS485标准总线，通过USS通讯协议组成网络，远程控制变频器，进而控制电机，可以监控生产线，远离对人体有害的工作现场，保存历史数据，出错参数自动回传，缩短诊断时间和维修时间，节省大量人力物力。工控机通过RS-232/RS-485接口转换器接入RS485网络，可远程控制31台变频器，当数据传输率＜100kbit/s时，通信距离可达到1200m。接口转换器采用Model 2485BR隔离型接口转换器，它能完成RS-232/RS-485隔离型接口转换，支持不同通讯速率及格式，最多可连接32个485终端设备。 2 软件的总体设计 VC有ClassWizard、SourceBrowser、Visual SourceSafe等一系列工具，它所带的MSDN更是让软件人员感到十分方便。而且VC应用程序对系统有极好的兼容性和稳定性。用VC从底部开发，虽然开发周期稍长，但能根据用户的需要进行编程，编出的软件的功能和风格适合用户的习惯。综合考虑开发周期和用户要求等因素，软件采用VC语言编写。软件的总体设计框图见图2。 图2 软件总体设计框图 3 软件开发过程 3.1 建立窗体显示项目 选择项目类型MFC AppWizard(exe),令主要的视图类从基类CFormView派生。 3.2 添加MScomm控件 Microsoft Communications Control(以下简称MSComm)是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。MSComm控件在串口编程时非常方便，程序员不必去花时间去了解较为复杂的API函数，而且在VC、VB、Delphi等语言中均可使用。它提供了两种处理通信问题的方法;一是事件驱动(Event-driven)方法，一是查询法。本软件采用事件驱动方式。 (1) MSComm 控件的常用属性 MSComm 控件有很多属性，几个重要的属性有; ●CommPort 设置并返回通讯端口号; ● Settings 以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位; ● PortOpen 设置并返回通讯端口的状态，也可以打开和关闭端口; ● Input 从接收缓冲区返回和删除字符; ● Output 向传输缓冲区写一个字符串。 (2) 添加MSComm 控件 选择Project菜单下Add To Project子菜单中的 Components and Controls选项，在弹出的对话框中双击Registered ActiveX Controls项，则所有注册过的ActiveX控件出现在列表框中。选择Microsoft Communications Control，单击Insert按钮将它插入到我们的Project中来，接受缺省的选项。另外，添加2个控件,1个List Box控件，用于改变通讯端口号，1个Edit Box控件，用于改变波特率、奇偶校验、数据位、停止位。 (3) 设置MSComm串口参数 可以在需要的时候打开串口，例如在程序中做一个开始按钮，在该按钮的处理函数中打开串口。现在我们在主对话框的CSCommTestDlg::OnInitDialog()打开串口，加入如下代码; // TODO: Add extra initialization here if(m_ctrlComm.GetPortOpen()) m_ctrlComm.SetPortOpen(FALSE); m_ctrlComm.SetCommPort(1); //选择com1 if( !m_ctrlComm.GetPortOpen()) m_ctrlComm.SetPortOpen(TRUE);//打开串口 else AfxMessageBox("cannot open serial port"); m_ctrlComm.SetSettings("9600,e,8,1"); //波特率9600，偶校验，8个数据位，1个停止位 m_ctrlComm.SetInputModel(1); //1;表示以二进制方式检取数据 m_ctrlComm.SetRThreshold(1); 串口初始化程序如下; m＿Coml.SetCommPort(1); //设置串口1 if(! m＿Coml.GetPortOpen()) m＿Coml.SetPortOpen(TRUE); //打开串口 m＿Coml.SetSettings(″9600，e，8，1″); //串口参数设置 m＿Coml.SetInputMode(1); //设置Binary缓冲输入方式 m＿Coml.SetRThreshold(14); //每接收14个字符，激活一次OnComm()事件 3.3 添加控制电机运行所需的各种控件 添加垂直滚动条List Box，对应于USS协议的地址ADR，表述为变频器号:1-31直接列出，广播式的32用“全部”代替。添加垂直滚动条List Box，对应于USS协议的STW，表述为电机动作方式:启动，停止等。添加垂直滚动条List Box，对应于USS协议的PKE, 表述为要回显的运行参数。添加开始发送按钮、紧急起动按钮、紧急停车按钮等等。 3.4 USS协议 USS协议是profibus的一个子集。USS通信协议有各种长度，视所要满足的功能多少而定，且因所用设备类型而有所不同。协议规定如表1所示; 表1 USS协议的规定 (1) 下传的规定; ● STX(start of text);起始字符，为02H。 ● LGE(telegram length);发送报文的字节数，可以变化。总报文的实际长度比LGE多两个字节，这是因为开始的2个字节(STX和LGE)不被计入LGE中。只有net字符、ADR字节和BCC字符计入LGE中。具体为;总报文最长256字节，总报文= STX+LGE+LGE=2+LGE，1d LGE d 254，LGE=ADR+n+BCC=1+n+1，nd254(设net字符数n)。 ● ADR(address byte);变频器的地址码，取值范围为0～31(Bit;0～4位)，第5位为1时为广播发送。 ● net character(或称net data)段分为2个区;PKW区和 PZD区, 如表2所示。 表2 PKW区和 PZD区的规定 a)PKW (parameter ID value);参数标识值，定义了处理2个通讯设备之间参数传递的机制。例参数的读和写，参数的定义等。包含PKE、IND、PKW elements3个内容。MM3的PKW长度为3个字，MM4的PKW长度为4个字, 如表3所示。 表3 MM4的PKW定义 PKE;为一16位的字，用来控制变频器的运行参数设置，各Bit的含义如表4所示; 表4 PKE各Bit的含义 控制位(15-12) 0(11) 变频器的参数值(10-0) 对于MMV变频器，控制位为0000时，无动作;控制位为0001时，读变频器的参数;控制位为0010时，写参数到变频器的RAM，控制位为1110时，写参数到变频器的EEPROM。 IND;为16位的字。用于读写参数说明，读写一维数组值，读写报文的信息内容。 PKW element(PKWE):信息，与任务或响应有关。假如在net data区只传送PZD data时，可以长度为0。 PKE与PKWE的使用举例。下传变频器参数PKE=(0001,0000,0101,1100)=105Ch(即要求上传P092(串口连接波特率))，PKWE =0000。若上传变频器参数为PKE=105Ch,PKWE=0006,又由于MMV变频器规定P092为3时是1200bit，为4时是2400bit，为5时是4800bit，为6时是9600bit，为7时是19200bit，则说明此时串口连接波特率为9600bit。 b) PZD (process data);过程数据，如表5所示。包含了自动操作所需的信号;从主机到从站的控制字和定位点，从从站到主机的状态字和实际值。最长16个字，最短0字。 表5 PZD的定义 PZD1为控制字，PZD2为主要定位点，PZD3... PZD16为定位点或辅助控制字; PZD1;为控制字，16位的字，用来控制变频器的运行动作; PZD2;为主要定位点，16位的字，用来控制变频器的输出频率，满频的值为16384(4000H)对应100％的输出频率，最大值为32767，即200％的输出频率。当取值为32768～65535时，表示反向的输出频率从0％～200％变化，电机反转。 ● BCC;校验字符，为前面所有字节的异或和。 上传规定与下传规定基本相同，只是上传的一般为实际值。 3.5 数据的处理 这里以发送数据中输出频率的处理为例，假设软件界面输出频率编辑框(对应变量m_strFreData)填写50，程序将“50”以字符形式取出，通过编写的函数String2Dec将字符“50”转换为十六进制字节数“32”即50D，由于USS发送协议中变频器的输出频率HSW为16位的字，所以 要将字节扩展成对应的字。50D通过扩展后对应的字为4000H。25D通过扩展后对应的字为2000H。以此类推运算。设输出频率50D，示范程序如下: CByteArray hexdata;// hexdata为十六进制数组，m_strFreData为输出频率的十进制变量 int len=String2Dec(m_strFreData,hexdata); // 输出频率m_strFreData=50D转换为十六进制的hexdata[0]= 0X32 LONG NUM1,NUM2;//实型精确一些 INT NUM3; hexdata.SetSize(14); NUM1=hexdata[0];//得到0X32(=50D) NUM2=( NUM1*4*16)/50;//字节扩展成对应的字,得到字节50D对应的字4000H的高字节NUM2=0X40 NUM3=NUM2;//实型变整型 hexdata[11]=NUM3; hexdata[12]=( NUM1*0X4000- NUM3*256*50)/50+1; //得到字节50D对应的字4000H的低字节NUM3=0X00，

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