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技術(shù)
中國(guó)節(jié)能網(wǎng)

一類(lèi)常見(jiàn)變頻器遠(yuǎn)端訊息運(yùn)作板線的研發(fā)

   2011-10-11 中國(guó)節(jié)能網(wǎng)6910
核心提示:  1操作面板的功能  控制面板能夠?yàn)樽冾l器用戶(hù)提供人機(jī)操作界面,面板帶有不同的功能按鍵和指示燈,幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)向、參
  1操作面板的功能

  控制面板能夠?yàn)樽冾l器用戶(hù)提供人機(jī)操作界面,面板帶有不同的功能按鍵和指示燈,幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)向、參數(shù)設(shè)置、信息查詢(xún)等遠(yuǎn)程操作。如1所示:控制面板由顯示屏、指示燈、功能鍵和電位器組成,顯示屏由4個(gè)八段LED組成。功能鍵包括:運(yùn)行鍵、停止鍵、上升鍵、下降鍵、移動(dòng)鍵、編程鍵、正反鍵、確認(rèn)鍵。運(yùn)行鍵用于電機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行;停止鍵用于電機(jī)的停車(chē)、故障復(fù)位以及參數(shù)停止修改等功能;正反鍵用于控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn);移動(dòng)鍵可以使顯示屏循環(huán)顯示頻率、電流、電壓、用戶(hù)參數(shù)1、用戶(hù)參數(shù)2等運(yùn)行參數(shù)的大小,并在參數(shù)修改時(shí)可實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示閃動(dòng)位置移動(dòng)(用戶(hù)參數(shù)1、用戶(hù)參數(shù)2可根據(jù)設(shè)定滿(mǎn)足不同需求的參數(shù)顯示,如要求顯示功率及速度);確認(rèn)鍵在參數(shù)修改時(shí)可作為參數(shù)確認(rèn);編程鍵實(shí)現(xiàn)進(jìn)入?yún)?shù)編輯狀態(tài);上升/下降鍵用于參數(shù)代碼和參數(shù)數(shù)值的加減;電位器用于設(shè)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速模擬量給定。這些鍵配合使用,可完成控制變頻器的各種功能,指示燈則表明當(dāng)前的狀態(tài)。

  2硬件設(shè)計(jì)

  操作面板以PIC16C73單片機(jī)為核心,主要包括鍵盤(pán),數(shù)碼與指示燈顯示、SPI通訊、A/D及等幾部分組成,其結(jié)構(gòu)如2所示。

  鍵盤(pán)與顯示模塊由四個(gè)LED數(shù)碼管及12個(gè)指示燈組成,采用軟件編程進(jìn)行逐位掃描實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示與鍵盤(pán)識(shí)別,簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)。單片機(jī)與由DSP實(shí)現(xiàn)的通用變頻器的通信是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,由于DSP的串行通訊接口SCI設(shè)計(jì)成與上位機(jī)通信,實(shí)現(xiàn)波形顯示及群控功能,因而,與單片機(jī)的通信采用串行外設(shè)接口SPI.SPI是一個(gè)高速、同步串行I/O口。SPI由于屬于短距離通信方式,因此必須要有驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)計(jì)中將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS-485總線結(jié)構(gòu),這種總線標(biāo)準(zhǔn)能以1MBPS速率傳輸數(shù)據(jù),如適當(dāng)降低傳輸速率,其傳輸距離可增加數(shù)倍。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換RS-485的器件有75174和75175。如3所示:

  74174為串行信號(hào)轉(zhuǎn)為差分信號(hào),75175為差分信號(hào)轉(zhuǎn)為串行信號(hào),利用75174和75175組成一對(duì)可實(shí)現(xiàn)串行通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS-485信號(hào)傳輸,滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離通信的需求。

  3通訊方式及協(xié)議

  單片機(jī)與dsp實(shí)現(xiàn)的通用變頻器之間的通信協(xié)議要完成狀態(tài)信息的傳輸、參數(shù)的修改與保存及運(yùn)行參數(shù)的顯示等功能。由于采用串行外設(shè)接口SPI方式,有主控制模式和從控制模式,數(shù)據(jù)都是在SPICLK的一個(gè)邊沿移出移位寄存器,并在相對(duì)的另一個(gè)邊沿鎖存到寄存器。因此,兩個(gè)控制器可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。應(yīng)用軟件決定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的真?zhèn)危l(fā)送時(shí)不接收數(shù)據(jù),接收數(shù)據(jù)時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)。

  4為一組數(shù)據(jù)的格式,每一組數(shù)據(jù)為16個(gè)字節(jié),第一個(gè)字節(jié)STX為起始字節(jié);第二個(gè)字節(jié)LGE說(shuō)明本組數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度;第三個(gè)字節(jié)ADR說(shuō)明變頻器的地址,接著是數(shù)據(jù)字節(jié)DATA,最后緊跟數(shù)據(jù)字節(jié)的BCC是一個(gè)校驗(yàn)字節(jié),協(xié)議采取異或校驗(yàn)的方式,即將前述所有字節(jié)異或,結(jié)果放在最后一個(gè)字節(jié),作為校驗(yàn)字節(jié)。

  通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)中參數(shù)字節(jié)的內(nèi)容可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器中參數(shù)的讀取和修改,以及對(duì)變頻器運(yùn)行狀況的查詢(xún)。數(shù)據(jù)塊由12個(gè)字節(jié)組成,有參數(shù)塊和過(guò)程快兩部分(見(jiàn)5)。

  5數(shù)據(jù)塊格式過(guò)程塊由個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)組成,包括:1)控制字和參考值;2)狀態(tài)字和當(dāng)前輸出數(shù)據(jù)值。參數(shù)塊包含參數(shù)代碼與參數(shù)值,完成顯示和修改對(duì)應(yīng)代碼的參數(shù)值。

  參數(shù)塊包含3部分:參數(shù)命令與應(yīng)答及參數(shù)代碼、索引、參數(shù)值,如5所示。

  參數(shù)命令與應(yīng)答及參數(shù)代碼PKE用于傳送主機(jī)到從機(jī)的參數(shù)命令和從機(jī)答復(fù)主機(jī)的應(yīng)答。

  索應(yīng)IND與參數(shù)數(shù)目一起用于讀/寫(xiě)有索應(yīng)的參數(shù),以識(shí)別參數(shù)值PWE對(duì)應(yīng)參數(shù)命令的參數(shù)數(shù)值。

  4軟件設(shè)計(jì)

  軟件設(shè)計(jì)的幾個(gè)主要部分有:?jiǎn)纹瑱C(jī)與變頻器之間的通信;單片機(jī)與AT2C08之間的通信;要發(fā)往變頻器的數(shù)據(jù)和變頻器返回的數(shù)據(jù)的處理;以及鍵盤(pán)和顯示程序。變頻器遠(yuǎn)程控制面板的軟件編程采用模塊化設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際需要,劃分出不同的功能模塊。各模塊的主要功能如下:

  ①初始化模塊:主要完成對(duì)單片機(jī)的I/O口的設(shè)定、定時(shí)器的設(shè)定、SPI初始化、中斷的設(shè)定等。此外,該模塊還對(duì)LED顯示模塊進(jìn)行初始化,完成上電自動(dòng)顯示過(guò)程。

 ?、诎存I掃描模塊:查詢(xún)按鍵,判斷是否有按鍵按下,確定鍵值。

 ?、壑袛囡@示模塊:通過(guò)定時(shí)器中斷,采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示數(shù)據(jù)。

  ④SPI接收模塊:接收主機(jī)發(fā)送的命令或數(shù)據(jù)參數(shù),同時(shí)能夠校驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

 ?、軸PI發(fā)送模塊:根據(jù)主機(jī)的要求,發(fā)送數(shù)據(jù)參數(shù)或按鍵信息以及校驗(yàn)碼。另外,還有A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊。

  SPI接收和發(fā)送模塊是軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵,單片機(jī)與變頻器之間的通信是一直進(jìn)行的,沒(méi)有按鍵操作時(shí),單片機(jī)要不斷地查詢(xún)變頻器的運(yùn)行狀況,并定時(shí)重新讀取當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù),因?yàn)楫?dāng)前顯示的數(shù)據(jù)可能是在變化的,操作面板必須實(shí)時(shí)更新顯示數(shù)據(jù);有些按鍵操作也會(huì)引起通信事件的發(fā)生,如讀取和修改參數(shù)值操作等,通訊規(guī)則采用一應(yīng)一答方式。

  軟件的總體結(jié)構(gòu)如6所示,采用三層模式:監(jiān)控模式,代碼模式,參數(shù)模式。上電自動(dòng)顯示過(guò)程完成以后,即進(jìn)入監(jiān)控模式狀態(tài),按<鍵循環(huán)顯示設(shè)定的運(yùn)行參數(shù),按PROG鍵進(jìn)入代碼模式,表示開(kāi)始編輯變頻器的參數(shù)代碼,按〈、△和鍵完成操作面板的編輯功能。接著是參數(shù)模式,對(duì)應(yīng)代碼的參數(shù)數(shù)值,可進(jìn)行修改,按ENTER鍵則編輯的數(shù)據(jù)上傳完成變頻器的參數(shù)修改。

  5實(shí)驗(yàn)調(diào)試

  在實(shí)驗(yàn)調(diào)試中須注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

 ?、偻ㄐ艛?shù)據(jù)要采用浮點(diǎn)數(shù)格式,4位數(shù)碼管能正確顯示數(shù)據(jù)的范圍為驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)完全滿(mǎn)足參數(shù)數(shù)據(jù)的要求。

 ?、谕ㄐ艛?shù)據(jù)要確保正確的發(fā)送和接受。

  實(shí)際實(shí)現(xiàn)中首先比較接受的第一個(gè)字節(jié)與起始字節(jié),如相等則接受其它字節(jié),如不相等,則這一幀數(shù)據(jù)不接受;其次,最后一字節(jié)作為校驗(yàn),調(diào)試過(guò)程中采用異或校驗(yàn),效果良好;并且在數(shù)據(jù)接受不對(duì)時(shí),應(yīng)能重新發(fā)送一幀數(shù)據(jù)以便接受正確數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,當(dāng)通信出現(xiàn)故障出現(xiàn)3次接受數(shù)據(jù)不正確時(shí),顯示通信故障。

  ③變頻器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)故障,如變頻器過(guò)載、輸入電源欠壓等,因此要求能正確顯示故障代碼,為技術(shù)人員的維修提供便利。在實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)通信線達(dá)10米及更長(zhǎng)時(shí),循環(huán)查詢(xún)參數(shù)能顯示可靠、穩(wěn)定,參數(shù)的設(shè)定和修改準(zhǔn)確、無(wú)誤,當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),能正確顯示故障代碼,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)提出的指標(biāo)。運(yùn)行穩(wěn)定,工作可靠,達(dá)到要求。

  6結(jié)束

  設(shè)計(jì)的操作面板已成功應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的某系列通用變頻器。實(shí)踐證明:

  SPI通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS-485格式,通信數(shù)據(jù)距離遠(yuǎn),方法實(shí)用新穎,面板操作方便,工作準(zhǔn)確可靠,滿(mǎn)足了變頻器面板操作的工作要求。

  本文作者創(chuàng)新點(diǎn):采用SPI方式實(shí)現(xiàn)操作面板與通用變頻器的通信,SPI接口為同步串行I/O口屬于短距離通信,需經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。實(shí)驗(yàn)中采用利用75174和75175組成一對(duì),可實(shí)現(xiàn)串行通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS-485差分信號(hào)傳輸,滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離通信的需求。操作面板通過(guò)按鍵功能的組合簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu),同時(shí)操作簡(jiǎn)單、實(shí)用,工作準(zhǔn)確、可靠。
 
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