1 引言
隨著網絡技術的發(fā)展，工業(yè)自動化領域越來越多的器件和設備逐漸向網絡化發(fā)展。變頻器是煙草行業(yè)應用非常普遍的調速設備，以往調速都是通過向變頻器輸入4～20mA的電流（或者是0～10V電壓）信號，這種方式接線簡單，成本低廉。
但是，如果需要增加對變頻器的訪問內容，如啟停信號、控制方式等，常規(guī)的硬件接線方式就難以實現了，必須通過網絡方式。
有兩種方式可以實現將變頻器接入網絡，第一種方式，通過如Profibus-DP、DeviceNet等現場總線，這種方式適用于大系統(tǒng)，通訊數據量大的情況；第二種方式，應用變頻器本身自帶的RS-485通訊接口組成網絡，這種方式適用于小系統(tǒng)，通訊數據量不大，成本要求較低的情況。本文將以Danfoss VLT5000系列變頻器為例，詳細介紹如何通過變頻器本身自帶的RS-485通訊接口實現網絡通訊。
2 在脫箱機的應用
2.1 脫箱機的控制現狀
脫箱機是煙草制絲線中的重要設備,用于葉片處理段,主要是負責將紙箱脫掉,再將紙箱回收。典型脫箱機是由六個獨立回轉運動構成,其速度隨一定的比例關系變化。
較新的脫箱機的六個回轉運動機構獨立傳動，采用觸摸屏+PLC+變頻器調速方案，觸摸屏、PLC、變頻器之間通過RS-485串口以通訊方式進行數據交換。線路極其簡潔,硬件成本低廉,并且擴展了脫箱機的功能。
上世紀90年代初開發(fā)的變頻器雖然也是采用觸摸屏+PLC+變頻器控制方案,但是它們的PLC對變頻器控制是采用開關量+模擬量方式,而筆者開發(fā)的PLC對變頻器控制是采用串口通訊方式。RS-485串口協(xié)議連接智能現場設備和自動化系統(tǒng)的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。
2.2 本控制系統(tǒng)的特點
（1）現場通信數字化
傳統(tǒng)技術中，現場設備與控制器的連接是一對一，信號傳遞是0～10V或4～20mA模擬信號或24VDC開關量信號。應用串口通訊技術可用一條通信電纜將控制器與現場設備連接，使用數字化通信完成底層設備通信及控制要求，靈活的數字通信將簡化現場布線，節(jié)省二次電纜，提高信號傳輸的精度和可靠性。
（2）開放性和互操作性
集現場設備的遠程控制，參數化及故障診斷為一體。
簡化了工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的集成，優(yōu)越的經濟性，與傳統(tǒng)設備點對點的接線方式相比，多臺設備共享一條總線的系統(tǒng)能夠節(jié)省大量的電纜及相關設備，連接設備與接頭校對工作量也大大減少。當需增加現場設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，在硬件投資上有著明顯的優(yōu)勢。
2.3 脫箱機控制系統(tǒng)
（1）脫箱機控制框圖
脫箱機控制框圖如圖1所示。
圖1 脫箱機控制框圖
脫箱機有共3個電機需要驅動，上升電機，旋轉電機，翻轉電機；紙箱回收系統(tǒng)三個電機，送箱電機，提升電機，收集紙箱電機，本系統(tǒng)采用6個VLT5000型丹佛斯變頻器去控制這6個電機，主控單元采用西門子S7-226通過RS-485串口控制6臺變頻器。S7-226PLC作為系統(tǒng)主站，6只VLT5000變頻器作為從站，HMI人機界面使用MT510TV4觸摸屏。通過HMI設定工藝參數，并將工藝參數成組地存儲在PLC的用戶數據區(qū)內，并且隨時可以調用這些參數。
由于信息交換是雙向的，因而可以方便地改變從站變頻器的很多參數，如本設備經常需要改變變頻器啟動時間，停車時間等參數。也可以通過RS－485串口監(jiān)控電機運行狀態(tài)，實現故障診斷功能，如本設備要監(jiān)控電機電流可以通過讀參數值，即電機電流來了解電機負荷情況。
（2）脫箱機控制程序框圖
脫箱機控制程序框圖如圖2所示。
1 引言
隨著網絡技術的發(fā)展，工業(yè)自動化領域越來越多的器件和設備逐漸向網絡化發(fā)展。變頻器是煙草行業(yè)應用非常普遍的調速設備，以往調速都是通過向變頻器輸入4～20mA的電流（或者是0～10V電壓）信號，這種方式接線簡單，成本低廉。
但是，如果需要增加對變頻器的訪問內容，如啟停信號、控制方式等，常規(guī)的硬件接線方式就難以實現了，必須通過網絡方式。
有兩種方式可以實現將變頻器接入網絡，第一種方式，通過如Profibus-DP、DeviceNet等現場總線，這種方式適用于大系統(tǒng)，通訊數據量大的情況；第二種方式，應用變頻器本身自帶的RS-485通訊接口組成網絡，這種方式適用于小系統(tǒng)，通訊數據量不大，成本要求較低的情況。本文將以Danfoss VLT5000系列變頻器為例，詳細介紹如何通過變頻器本身自帶的RS-485通訊接口實現網絡通訊。
2 在脫箱機的應用
2.1 脫箱機的控制現狀
脫箱機是煙草制絲線中的重要設備,用于葉片處理段,主要是負責將紙箱脫掉,再將紙箱回收。典型脫箱機是由六個獨立回轉運動構成,其速度隨一定的比例關系變化。
較新的脫箱機的六個回轉運動機構獨立傳動，采用觸摸屏+PLC+變頻器調速方案，觸摸屏、PLC、變頻器之間通過RS-485串口以通訊方式進行數據交換。線路極其簡潔,硬件成本低廉,并且擴展了脫箱機的功能。
上世紀90年代初開發(fā)的變頻器雖然也是采用觸摸屏+PLC+變頻器控制方案,但是它們的PLC對變頻器控制是采用開關量+模擬量方式,而筆者開發(fā)的PLC對變頻器控制是采用串口通訊方式。RS-485串口協(xié)議連接智能現場設備和自動化系統(tǒng)的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。
2.2 本控制系統(tǒng)的特點
（1）現場通信數字化
傳統(tǒng)技術中，現場設備與控制器的連接是一對一，信號傳遞是0～10V或4～20mA模擬信號或24VDC開關量信號。應用串口通訊技術可用一條通信電纜將控制器與現場設備連接，使用數字化通信完成底層設備通信及控制要求，靈活的數字通信將簡化現場布線，節(jié)省二次電纜，提高信號傳輸的精度和可靠性。
（2）開放性和互操作性
集現場設備的遠程控制，參數化及故障診斷為一體。
簡化了工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的集成，優(yōu)越的經濟性，與傳統(tǒng)設備點對點的接線方式相比，多臺設備共享一條總線的系統(tǒng)能夠節(jié)省大量的電纜及相關設備，連接設備與接頭校對工作量也大大減少。當需增加現場設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，在硬件投資上有著明顯的優(yōu)勢。
2.3 脫箱機控制系統(tǒng)
（1）脫箱機控制框圖
脫箱機控制框圖如圖1所示。
圖1 脫箱機控制框圖
脫箱機有共3個電機需要驅動，上升電機，旋轉電機，翻轉電機；紙箱回收系統(tǒng)三個電機，送箱電機，提升電機，收集紙箱電機，本系統(tǒng)采用6個VLT5000型丹佛斯變頻器去控制這6個電機，主控單元采用西門子S7-226通過RS-485串口控制6臺變頻器。S7-226PLC作為系統(tǒng)主站，6只VLT5000變頻器作為從站，HMI人機界面使用MT510TV4觸摸屏。通過HMI設定工藝參數，并將工藝參數成組地存儲在PLC的用戶數據區(qū)內，并且隨時可以調用這些參數。
由于信息交換是雙向的，因而可以方便地改變從站變頻器的很多參數，如本設備經常需要改變變頻器啟動時間，停車時間等參數。也可以通過RS－485串口監(jiān)控電機運行狀態(tài)，實現故障診斷功能，如本設備要監(jiān)控電機電流可以通過讀參數值，即電機電流來了解電機負荷情況。
（2）脫箱機控制程序框圖
脫箱機控制程序框圖如圖2所示。
圖2 脫箱機程序框圖
3 Danfoss FC協(xié)議
Danfoss VLT5000每臺變頻器都配備有一個標準的RS-485通訊接口，使之可在兩個協(xié)議間選擇:Profidrive與Danfoss FC,這符合脫箱機使用條件。則選擇Danfoss FC協(xié)議即在參數“512”中選擇“1”。
Danfoss VLT5000通訊電碼結構是由一個起始字節(jié)（STX）開始，這個起始字節(jié)為STX=2（十六進制）。隨后是表示電碼長度（LGE）的字節(jié)和表示變頻器地址的字節(jié)（ADR）。然后是一些數據字節(jié)。整個電碼由一個數據控制字節(jié)（BCC）來結束。如表1所示。
表1 通訊電碼結構
電碼長度（LGE）是數據字節(jié)的數目和地址字節(jié)（ADR）再加上電碼校驗字節(jié)（BCC）數目的總和。
數據字節(jié)（DATA）分成兩個部分即參數塊和過程塊，如表2所示。
表2 參數塊和過程塊
參數塊用于在主機與從機間傳遞參數；
過程塊包括： 控制字和參考值（主站到從站）；
狀態(tài)字和實際值（從站到主站）。
對應于FC協(xié)議的主站到從站的控制字如表3所示。
表3 主站到從站的控制字
參考值作為一個16位的字傳送給變頻器。參考值在整數表示為0—±32767(±200%),16384（十六進制4000）相當于100%。它具有下述格式：0-16384相對于參數204最小參考值—參數205最大參考值。
對應于FC協(xié)議的從站到主站的狀態(tài)字如表4所示。
表4 從站到主站控制字
實際值即變頻器當前輸出頻率作為一個16位的字傳送。這個值在整數表示為0—±32767(±200%),16384（十六進制4000）相當于100%。
脫箱機的主站PLC對從站變頻器就是通過“控制字”“參考值”對變頻器實施“啟、?！?，“正、反轉”及“頻率”大小的控制。通過“狀態(tài)字”“實際值”“參數塊”對變頻器運行情況，故障狀態(tài)，負荷情況實施監(jiān)控。
4 結束語
本文介紹脫箱機控制系統(tǒng)已在相關企業(yè)運行，實際開發(fā)和應用情況表明，和以前的情況相比，這套系統(tǒng)設計、安裝周期都很短，現場的接線也大大簡化，調試簡單，可靠性也得到提高。
RS-485串口通訊協(xié)議采用網絡技術、微處理等先進技術實現現場設備的智能化、通訊數據化、可以預見它的使用將在以后得到蓬勃的發(fā)展。
圖2 脫箱機程序框圖
3 Danfoss FC協(xié)議
Danfoss VLT5000每臺變頻器都配備有一個標準的RS-485通訊接口，使之可在兩個協(xié)議間選擇:Profidrive與Danfoss FC,這符合脫箱機使用條件。則選擇Danfoss FC協(xié)議即在參數“512”中選擇“1”。
Danfoss VLT5000通訊電碼結構是由一個起始字節(jié)（STX）開始，這個起始字節(jié)為STX=2（十六進制）。隨后是表示電碼長度（LGE）的字節(jié)和表示變頻器地址的字節(jié)（ADR）。然后是一些數據字節(jié)。整個電碼由一個數據控制字節(jié)（BCC）來結束。如表1所示。
表1 通訊電碼結構
電碼長度（LGE）是數據字節(jié)的數目和地址字節(jié)（ADR）再加上電碼校驗字節(jié)（BCC）數目的總和。
數據字節(jié)（DATA）分成兩個部分即參數塊和過程塊，如表2所示。
表2 參數塊和過程塊
參數塊用于在主機與從機間傳遞參數；
過程塊包括： 控制字和參考值（主站到從站）；
狀態(tài)字和實際值（從站到主站）。
對應于FC協(xié)議的主站到從站的控制字如表3所示。
表3 主站到從站的控制字
1 引言
隨著網絡技術的發(fā)展，工業(yè)自動化領域越來越多的器件和設備逐漸向網絡化發(fā)展。變頻器是煙草行業(yè)應用非常普遍的調速設備，以往調速都是通過向變頻器輸入4～20mA的電流（或者是0～10V電壓）信號，這種方式接線簡單，成本低廉。
但是，如果需要增加對變頻器的訪問內容，如啟停信號、控制方式等，常規(guī)的硬件接線方式就難以實現了，必須通過網絡方式。
有兩種方式可以實現將變頻器接入網絡，第一種方式，通過如Profibus-DP、DeviceNet等現場總線，這種方式適用于大系統(tǒng)，通訊數據量大的情況；第二種方式，應用變頻器本身自帶的RS-485通訊接口組成網絡，這種方式適用于小系統(tǒng)，通訊數據量不大，成本要求較低的情況。本文將以Danfoss VLT5000系列變頻器為例，詳細介紹如何通過變頻器本身自帶的RS-485通訊接口實現網絡通訊。
2 在脫箱機的應用
2.1 脫箱機的控制現狀
脫箱機是煙草制絲線中的重要設備,用于葉片處理段,主要是負責將紙箱脫掉,再將紙箱回收。典型脫箱機是由六個獨立回轉運動構成,其速度隨一定的比例關系變化。
較新的脫箱機的六個回轉運動機構獨立傳動，采用觸摸屏+PLC+變頻器調速方案，觸摸屏、PLC、變頻器之間通過RS-485串口以通訊方式進行數據交換。線路極其簡潔,硬件成本低廉,并且擴展了脫箱機的功能。
上世紀90年代初開發(fā)的變頻器雖然也是采用觸摸屏+PLC+變頻器控制方案,但是它們的PLC對變頻器控制是采用開關量+模擬量方式,而筆者開發(fā)的PLC對變頻器控制是采用串口通訊方式。RS-485串口協(xié)議連接智能現場設備和自動化系統(tǒng)的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。
2.2 本控制系統(tǒng)的特點
（1）現場通信數字化
傳統(tǒng)技術中，現場設備與控制器的連接是一對一，信號傳遞是0～10V或4～20mA模擬信號或24VDC開關量信號。應用串口通訊技術可用一條通信電纜將控制器與現場設備連接，使用數字化通信完成底層設備通信及控制要求，靈活的數字通信將簡化現場布線，節(jié)省二次電纜，提高信號傳輸的精度和可靠性。
（2）開放性和互操作性
集現場設備的遠程控制，參數化及故障診斷為一體。
簡化了工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的集成，優(yōu)越的經濟性，與傳統(tǒng)設備點對點的接線方式相比，多臺設備共享一條總線的系統(tǒng)能夠節(jié)省大量的電纜及相關設備，連接設備與接頭校對工作量也大大減少。當需增加現場設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，在硬件投資上有著明顯的優(yōu)勢。
2.3 脫箱機控制系統(tǒng)
（1）脫箱機控制框圖
脫箱機控制框圖如圖1所示。
圖1 脫箱機控制框圖
脫箱機有共3個電機需要驅動，上升電機，旋轉電機，翻轉電機；紙箱回收系統(tǒng)三個電機，送箱電機，提升電機，收集紙箱電機，本系統(tǒng)采用6個VLT5000型丹佛斯變頻器去控制這6個電機，主控單元采用西門子S7-226通過RS-485串口控制6臺變頻器。S7-226PLC作為系統(tǒng)主站，6只VLT5000變頻器作為從站，HMI人機界面使用MT510TV4觸摸屏。通過HMI設定工藝參數，并將工藝參數成組地存儲在PLC的用戶數據區(qū)內，并且隨時可以調用這些參數。
由于信息交換是雙向的，因而可以方便地改變從站變頻器的很多參數，如本設備經常需要改變變頻器啟動時間，停車時間等參數。也可以通過RS－485串口監(jiān)控電機運行狀態(tài)，實現故障診斷功能，如本設備要監(jiān)控電機電流可以通過讀參數值，即電機電流來了解電機負荷情況。
（2）脫箱機控制程序框圖
脫箱機控制程序框圖如圖2所示。
圖2 脫箱機程序框圖
3 Danfoss FC協(xié)議
Danfoss VLT5000每臺變頻器都配備有一個標準的RS-485通訊接口，使之可在兩個協(xié)議間選擇:Profidrive與Danfoss FC,這符合脫箱機使用條件。則選擇Danfoss FC協(xié)議即在參數“512”中選擇“1”。
Danfoss VLT5000通訊電碼結構是由一個起始字節(jié)（STX）開始，這個起始字節(jié)為STX=2（十六進制）。隨后是表示電碼長度（LGE）的字節(jié)和表示變頻器地址的字節(jié)（ADR）。然后是一些數據字節(jié)。整個電碼由一個數據控制字節(jié)（BCC）來結束。如表1所示。
表1 通訊電碼結構
電碼長度（LGE）是數據字節(jié)的數目和地址字節(jié)（ADR）再加上電碼校驗字節(jié)（BCC）數目的總和。
數據字節(jié)（DATA）分成兩個部分即參數塊和過程塊，如表2所示。
表2 參數塊和過程塊
參數塊用于在主機與從機間傳遞參數；
過程塊包括： 控制字和參考值（主站到從站）；
狀態(tài)字和實際值（從站到主站）。
對應于FC協(xié)議的主站到從站的控制字如表3所示。
表3 主站到從站的控制字
參考值作為一個16位的字傳送給變頻器。參考值在整數表示為0—±32767(±200%),16384（十六進制4000）相當于100%。它具有下述格式：0-16384相對于參數204最小參考值—參數205最大參考值。
對應于FC協(xié)議的從站到主站的狀態(tài)字如表4所示。
表4 從站到主站控制字
實際值即變頻器當前輸出頻率作為一個16位的字傳送。這個值在整數表示為0—±32767(±200%),16384（十六進制4000）相當于100%。
脫箱機的主站PLC對從站變頻器就是通過“控制字”“參考值”對變頻器實施“啟、停”，“正、反轉”及“頻率”大小的控制。通過“狀態(tài)字”“實際值”“參數塊”對變頻器運行情況，故障狀態(tài)，負荷情況實施監(jiān)控。
4 結束語
本文介紹脫箱機控制系統(tǒng)已在相關企業(yè)運行，實際開發(fā)和應用情況表明，和以前的情況相比，這套系統(tǒng)設計、安裝周期都很短，現場的接線也大大簡化，調試簡單，可靠性也得到提高。
RS-485串口通訊協(xié)議采用網絡技術、微處理等先進技術實現現場設備的智能化、通訊數據化、可以預見它的使用將在以后得到蓬勃的發(fā)展。
參考值作為一個16位的字傳送給變頻器。參考值在整數表示為0—±32767(±200%),16384（十六進制4000）相當于100%。它具有下述格式：0-16384相對于參數204最小參考值—參數205最大參考值。
對應于FC協(xié)議的從站到主站的狀態(tài)字如表4所示。
表4 從站到主站控制字
脫箱機的主站PLC對從站變頻器就是通過“控制字”“參考值”對變頻器實施“啟、停”，“正、反轉”及“頻率”大小的控制。通過“狀態(tài)字”“實際值”“參數塊”對變頻器運行情況，故障狀態(tài)，負荷情況實施監(jiān)控。
4 結束語
本文介紹脫箱機控制系統(tǒng)已在相關企業(yè)運行，實際開發(fā)和應用情況表明，和以前的情況相比，這套系統(tǒng)設計、安裝周期都很短，現場的接線也大大簡化，調試簡單，可靠性也得到提高。
RS-485串口通訊協(xié)議采用網絡技術、微處理等先進技術實現現場設備的智能化、通訊數據化、可以預見它的使用將在以后得到蓬勃的發(fā)展。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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