1  引言
西門子公司的MicroMaster Vector(MMV)變頻器，采用了無(wú)傳感器矢量控制技術(shù)和獨(dú)特的電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)技術(shù)，具有優(yōu)越的驅(qū)動(dòng)性能,在很多工業(yè)場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。該變頻器可以通過(guò)本機(jī)控制、繼電器控制和遠(yuǎn)程通信控制。本文較詳細(xì)地介紹了該變頻器在遠(yuǎn)程控制模式下的應(yīng)用及抗干擾措施。本系統(tǒng)使用RS-485遠(yuǎn)程控制方式，用MCS-51單片機(jī)通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的通信控制。

2  硬件接口
RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)接口的收發(fā)信號(hào)是由2條信號(hào)線的差分傳輸實(shí)現(xiàn)的，這樣可有效避免干擾。采用雙絞線傳輸，波特率為9600bps時(shí)，有效距離可達(dá)15km。由于MMV變頻器的通信是半雙工方式的，所以單片機(jī)的串行通信接口選用半雙工的電平轉(zhuǎn)換芯片(TTL→RS-485)，本系統(tǒng)采用的是MAXIM公司的MAX485。通信波特率的選擇時(shí)，在通信可靠的前提下，越高實(shí)時(shí)性越好，但對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的要求越高。結(jié)合本應(yīng)用系統(tǒng)，波特率設(shè)為4800bps。硬件接口原理圖見(jiàn)圖1。

圖1 通信接口電路原理圖

3  通信協(xié)議
MMV變頻器采用的是Siemens USS通信協(xié)議，它是西門子所有傳動(dòng)產(chǎn)品的通用通信協(xié)議。USS總線上的每個(gè)傳動(dòng)裝置都有一個(gè)從站號(hào)，通過(guò)串行接口的USS總線最多可接30臺(tái)變頻器。
3.1 通信執(zhí)行過(guò)程
在單片機(jī)與變頻器的通信過(guò)程中，始終由單片機(jī)給變頻器發(fā)送報(bào)文，變頻器接受報(bào)文并發(fā)送反饋報(bào)文，但不能主動(dòng)向單片機(jī)發(fā)送報(bào)文。根據(jù)單片機(jī)對(duì)變頻器的兩種操作，有2種通信過(guò)程。
(1) 寫操作
寫操作是單片機(jī)向變頻器寫參數(shù)，控制變頻器的運(yùn)行。其過(guò)程如下:反饋報(bào)文包括變頻器的當(dāng)前狀態(tài)(ZSW)。
單片機(jī)發(fā)報(bào)文 ?變頻器接收?qǐng)?bào)文 ?變頻器發(fā)送反饋報(bào)文 ?單片機(jī)接收?qǐng)?bào)文
(2)讀操作
讀操作是單片機(jī)從變頻器讀出參數(shù)，監(jiān)視變頻器的狀態(tài)。其過(guò)程如下:
單片機(jī)發(fā)報(bào)文啾淦燈鶻郵氈ㄎ泥變頻器發(fā)送報(bào)文(相關(guān)參數(shù))嗟テ⒈ㄎ?報(bào)文中相關(guān)參數(shù)為所要查詢的變頻器的運(yùn)行參數(shù)，這里主要是變頻器的運(yùn)行頻率、旋轉(zhuǎn)方向、電機(jī)轉(zhuǎn)速、故障狀態(tài)、電機(jī)電流值等。
3.2 報(bào)文格式
MMV通信的所有數(shù)據(jù)報(bào)文都由14個(gè)字節(jié)組成，用16進(jìn)制數(shù)表示。每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文都是標(biāo)準(zhǔn)的異步報(bào)文格式:包括1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位。
單片機(jī)到變頻器的報(bào)文格式為:   
STX LGE ADR PKE IND VAL STW HSW BCC
其中:STX為報(bào)文的首字節(jié)，單字節(jié)，值為02H;
 LGE為報(bào)文長(zhǎng)度，單字節(jié)，值為0CH;
 ADR為變頻器地址，單字節(jié);
 PKE用來(lái)控制變頻器的參數(shù)設(shè)定，雙字節(jié);
 IND在MMV中不用，雙字節(jié)，設(shè)為0;
 VAL為PKE中參數(shù)所設(shè)定的值，雙字節(jié);
 STW為變頻器的控制字，用來(lái)控制變頻器的運(yùn)行，雙字節(jié);
 HSW用來(lái)設(shè)定變頻器的運(yùn)行頻率，通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)P095設(shè)置，可以值4000H代表100%，亦可代表實(shí)際頻率值，雙字節(jié);
 BBC為報(bào)文校驗(yàn)值，由前面所有字節(jié)的異或構(gòu)成，單字節(jié)。
STW控制字的結(jié)構(gòu)為:

其中位13、14、15未被使用，設(shè)為0。
變頻器到單片機(jī)的報(bào)文格式為:
STX LGE ADR PKE IND VAL ZSW HIW BCC
其中:ZSW為變頻器的當(dāng)前狀態(tài)，雙字節(jié);HIW為變頻器的輸出頻率，雙字節(jié)。
其余同單片機(jī)到變頻器的報(bào)文格式中的定義。
ZSW為變頻器狀態(tài)字，其結(jié)構(gòu)為:

其中位8未被使用，總返回1, 位13、14、15未被使用，總返回0。
單片機(jī)在發(fā)送報(bào)文后，超過(guò)時(shí)間(1.5×11×14/波特率)未收到應(yīng)答報(bào)文，說(shuō)明變頻器未收到報(bào)文，應(yīng)重發(fā)該報(bào)文。

[NextPage]

4  通信程序設(shè)計(jì)
單片機(jī)與變頻器通信時(shí)，單片機(jī)始終處于主動(dòng)地位。軟件要實(shí)現(xiàn)2個(gè)功能:設(shè)置變頻器的運(yùn)行參數(shù)和讀取變頻器的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。功能模塊有:通信初始化、變頻器故障復(fù)位、變頻器關(guān)斷、減速停車、立即停車、快速制動(dòng)停車、按設(shè)定頻率、方向運(yùn)行等。
程序主要由發(fā)送報(bào)文和接收?qǐng)?bào)文子程序組成，報(bào)文初始化后，每個(gè)功能模塊只是改變相應(yīng)的報(bào)文參數(shù)，調(diào)用發(fā)送報(bào)文子程序SendMessage()實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。變頻器參數(shù)讀取，先發(fā)送參數(shù)查詢程序SPWMQuery(int PEK1;int PEK2)，等待10MS后查詢接收變頻器發(fā)送來(lái)的報(bào)文。變頻器通信流程圖見(jiàn)圖2。
以下為發(fā)送報(bào)文子程序和參數(shù)查詢子程序。
void SendMessage(void)   //發(fā)送一個(gè)報(bào)文
{
 uchar i,check;
 check=0;
 for(i=0;i<13;i++)
 {
  check^=MessSen[i];    //計(jì)算BCC
  ACC=MessSen[i];
  TB8=P;        //偶校驗(yàn)
  SBUF=MessSen[i]; 
  while(TI!=1);
     TI=0;
 }
 ACC=check;
 TB8=P;
 SBUF=check;     //發(fā)送BCC    
  while(TI!=1);
  TI=0;
}
Void SPWMQuery(int PEK1,int PEK2)
{
  int i;
  MessSen[5]=PEK1; //設(shè)定所要讀取的參數(shù) 
  MessSen[6]=PEK2;
  LCALL MessgeSent();  //發(fā)送查詢報(bào)文
  LCALL Delay10MS();  //延時(shí)10ms
  for(i=0;i<14;i++) //接收參數(shù)
   {
     while(RI!=1);
     RI=0;
     MessRec[i]=SBUF;
   }
}

圖2 變頻器通訊流程圖

5  通信抗干擾研究
西門子MMV變頻器作為一款成熟的產(chǎn)品自身有著出色的抗干擾性能，但它對(duì)周圍的電子部件還是產(chǎn)生了不同程度的干擾。變頻器工作時(shí)，作為一個(gè)強(qiáng)大的干擾源，影響單片機(jī)系統(tǒng)與變頻器的正常通信，有時(shí)甚至使得變頻器系統(tǒng)失去控制，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，對(duì)系統(tǒng)通信的抗干擾研究是保證系統(tǒng)可靠性的一個(gè)極其重要的方面。
變頻器工作時(shí)，其干擾途徑一般分為輻射、傳導(dǎo)、電磁耦合、二次輻射和傳導(dǎo)輻射同存等。在本系統(tǒng)中，主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)和電磁耦合。為了減少通信線路帶來(lái)的干擾，在通信電路上可采用兩種方法減少輻射、傳導(dǎo)和電磁耦合:
(1) 輻射 將變頻器和控制系統(tǒng)分別用鐵盒屏蔽，在本系統(tǒng)中，變頻器裝于接線盒內(nèi)，可有效防止變頻器對(duì)外界的輻射;控制系統(tǒng)單獨(dú)屏蔽，控制系統(tǒng)與變頻器的通信線選用屏蔽網(wǎng)線，并用磁環(huán)屏蔽，能有效減少電磁耦合。
(2) 傳導(dǎo) 傳導(dǎo)是變頻器通過(guò)通信線將干擾引入控制系統(tǒng)，可分為差模干擾和共模干擾，這里主要考慮共模干擾。盡管系統(tǒng)通信是差分方式，其共模部分仍需要一條返回通道，不然會(huì)以輻射的形式返回源端，故要將變頻器與控制系統(tǒng)的地相連。由于變頻器自身的特點(diǎn)，它對(duì)系統(tǒng)的電源有很大的影響，在控制系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)時(shí)采用了隔離變壓器，以防止其影響。事實(shí)證明隔離變壓器起到了很好的作用。
另外，在線路布置時(shí)要將信號(hào)線和動(dòng)力線、電源線要分開(kāi)走。

6  結(jié)束語(yǔ)
本文是筆者在應(yīng)用MMV變頻器的總結(jié)。實(shí)踐表明采用上述方法能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)西門子MMV變頻器遠(yuǎn)程控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)靈活而可靠的控制。