阿尔法变频器与无线设备的通信

 一、 简介       此系统要实现威纶通触摸屏与阿尔法变频器的无线通信。威纶通触摸屏支持RS485的MODBUS RTU通信模式和RS232通信模式。阿尔法变频器支持MODBUS RTU通信模式，也可以通过更改电路支持RS232的通信模式。由于两个产品都不具备无线通信功能，所以需要另外的转换模块帮忙。 二、 接线图

三、 两个无线模块与变频器通信时的效果       这两个模块与阿尔法变频器通信时表现效果完全不同，重庆金瓯的蓝牙串口模块，连接触摸屏和阿尔法变频器之后，通讯时而接通，时而中断，导致触摸屏每隔一两秒中自动报“PLC NO Response”故障。而科易连的无线模块连接之后，直接就能够通讯，只是稍微比有线的慢了一点。将触摸屏和变频器有线连接时，数据每次增加或减少5，而无线连接时数据每次增加或减少8。 四、 对重庆金瓯蓝牙串口设备的测试 1) 用两台电脑A,B分别连接蓝牙串口的主从设备，手动（大概1S中发送一次）。电脑A连接蓝牙串口主设备通过“Commix混合串口调试工具 1.0”软件发送数据01 06 01 00 00 01 49 F6，电脑B连接蓝牙串口从设备通过“Commix混合串口调试工具 1.0”软件接收的数据为01 06 01 00 00 01 49 F6，全部正确。 2) 将电脑A与蓝牙串口设备相连接，同样通过手动发送：01 06 01 00 00 01 49 F6，将蓝牙串口从设备与变频器相连，通过“Commix混合串口调试工具 1.0”软件可以观察到发送数据正常，返回的数据由：01 80 [25] 80 1B和01 83 [25] 80 EB，01 83 [03] 03 31这三组无规则组合。 [25]表示CRC校验故障，[03]表示阅读或写入的地址个数不正确。 3) 将蓝牙串口主设备接电脑，通过“Commix混合串口调试工具 1.0”软件发送“55AA”“AA55”两个数据，在接收端观察所得波形，如下图所示：  

图 1   电脑串口发送55AA波形图  

图2   电脑串口发送AA55波形图

4) 将蓝牙串口主设备连接电脑A，通过“Commix混合串口调试工具 1.0”软件分别发送“ 55AA”“AA55”，用示波器观察从设备接收的波形，如下图所示：  

图3   蓝牙串口模块接收55AA

图4   蓝牙串口模块接收AA55

5) 对重庆金瓯所得数据进行分析       蓝牙串口模块将我们电脑发送的8bit的数据，分成两部分进行发送，中间隔了相当大的一端时间。如图3，中间隔了4.3MS的延时。如图4，中间隔了5.33MS的延时。 阿尔法变频器支持MODBUS RTU的485协议，协议格式为：

      消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。在最后一个字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束，一个新的消息可在此停顿之后开始。       整个消息帧必须作为一连续的流传输。如果在帧完成之前两个字符间超过1.5个字符时间的停顿时间，则认为帧错误，停止接受，清缓冲。 也就是要保证两个帧间的间隔至少大于3.5个字符的时间，两个字符间的时间间隔必须小于1.5个字符的时间。       假如波特率为19200，那么1.5个字符间隔1.5char=1.5*11*1000/19200=0.86ms，3.5个字符间隔3.5char=3.5*11*1000/19200=2ms。       通过蓝牙串口发送的数据，字符间的间隔远远大于1.5char，所以肯定会出现传输错误的。 6) 根据以上分析，我更改了变频器程序中MODBUS程序部分1.5char和3.5char那里的时间，最后可以通信上了。       但是当通过“串口调试精灵 V1.023.exe”进行自动发送数据时发现有丢包现象，即当通过此串口调试精灵自动向变频器发送10000个：01 06 01 00 00 01 49 F6，如果没有发生丢包或者错误的话，变频器应该返回10000个数据，可现在接收到的数据一般都丢了60-90个包。再怎么更改程序，也不能消除。       此时测试了一下蓝牙设备，将蓝牙主设备接到电脑A的串口上，将蓝牙从设备接到电脑B的串口上，此时在两个电脑上通过“串口调试精灵 V1.023.exe”软件进行收发测试，结果如下图所示：

图5  电脑A通过蓝牙串口发送数据截图

图6  电脑B通过蓝牙串口接收数据截图

      通过这个截图，可以看到蓝牙串口本身就有丢包现象，发送了8080个数据，总共接收了8056个数据。 五、 对深圳科易连无线模块的测试       深圳科易连无线模块能够直接跟阿尔法变频器通信，我测了一下它的丢包情况和接收端的数据波形。 1) 发送端接到PC串口，接收端接阿尔法变频器，发送端接收端相距不到1m距离，通过“串口调试精灵 v1.023”给变频器发送数据：01 06 01 00 00 01 49 FA，发现没有丢包现象，即发送了8072个数据，接收了8072个数据。如下图所示。

2) 将发送端放置在公司实验室，接收端放到公司前台，两者之间距离大概是50m，通过“串口调试精灵 V1.023” 给变频器发送数据：01 06 01 00 00 01 49 FA，发现没有丢包现象，如下图所示。

3) 将发送端放置在公司实验室，接收端放到公司前台，将发送模块放到调成静音的手机上边，在发送数据过程中给手机打电话，通过“串口调试精灵 V1.023” 给变频器发送数据：01 06 01 00 00 01 49 FA，发现出现了丢包现象，发送了8072个数据，接收了8026个数据，如下图所示。

        据科易连无线模块厂家的工作人员介绍，他们的带有金属外壳的模块的抗干扰能力很强。 4) 将发送端接电脑，波特率为19200，通过“Commix混合串口调试工具 1.0”软件发送“55AA”观察波形。所得波形如下图所示：

图7   蓝牙串口模块接收55AA

      由上图可以看出，在接收端，55与AA两个数据之间的时间间隔为320us，小于MODBUS RTU协议中规定的0.86ms，所以他能够直接通信，而不需要更改阿尔法变频器的软件。 六、 总结       工业无线网络具有低成本，低功耗，高度灵活性，扩展性强，特别是在工控条件恶劣复杂的工业现场，使得控制安全、可靠，已经成为了继现场总线技术之后又一个前景广阔的工业应用技术，这也使得阿尔法变频器的应用领域更加广阔，可以推荐给客户使用。