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        1 前言
可編程計算機控制器（Programmable Computer Controller，簡稱PCC）是在可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC）的基礎(chǔ)上逐步演變，發(fā)展起來的新一代控制器。它把工控機（簡稱IPC）的主要特點，即處理能力強大、編程靈活與PLC的主要特點，即運行可靠、使用簡便有機地結(jié)合起來，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了迅猛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和工廠自動化要求的不斷提高，并適應(yīng)管理信息和控制相結(jié)合的需要，對底層控制單元的控制能力和通信能力，特別是對上位機與底層智能控制單元、現(xiàn)場智能控制單元相互之間的通信的要求也越來越高。B&R 的PCC技術(shù)在工控領(lǐng)域具有突出的特點和某些優(yōu)勢，并不斷推出新產(chǎn)品滿足市場的需求，為工控人士提供一個強有力的開發(fā)平臺，能簡單快捷地完成一個復(fù)雜的項目。
臺達的VFD-A系列變頻器在我公司的設(shè)備上大量使用，但是它不能與PCC之間通過標準協(xié)議通信，只能通過硬連線（I/O）的方法完成，這種方法不能滿足控制系統(tǒng)的要求。為此，通過臺達變頻器的通信協(xié)議，調(diào)用B&R提供的Frame Drive函數(shù)直接讀寫串口的方法實現(xiàn)了PCC與變頻器（VFD-A系列）之間的數(shù)據(jù)通信。本文詳細介紹了PCC（2005系列產(chǎn)品）和臺達變頻器（VFD-A系列）通信的方法。

        2 系統(tǒng)的構(gòu)成
該驅(qū)動程序是與同向雙螺桿擠出機配套的電儀控制系統(tǒng)的一部分。同向雙螺桿擠出機電儀控制系統(tǒng)以PCC為整個控制系統(tǒng)的核心，IPC為人機界面，變頻器和直流調(diào)速器為調(diào)速單元構(gòu)成的一套控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的控制方式簡稱為PCC控制模式，PCC模式一般適合中大規(guī)模的控制項目。在這種模式中，PCC 負責通信控制、順序邏輯控制及溫度PID調(diào)節(jié)，IPC負責統(tǒng)計管理、人機接口及打印，變頻器和直流調(diào)速器負責主電動機的無級調(diào)速、啟動、停止。整個系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。
從圖1可看出，PCC模式是由幾個相對獨立的單元組成的，通信程序又把整個系統(tǒng)組織成一個有機整體，能夠?qū)崿F(xiàn)管控一體化。貝加萊的PCC 提供了多種通信模塊，有一種通信模塊IF622同時具有三種標準通信接口（RS232、RS422、RS485）。臺達變頻器的通信接口采用的是RS485標準，直流調(diào)速器的通信接口采用的是RS422標準，而一般的IPC串行通信接口采用的是RS232標準。因此，若要實現(xiàn)三者之間的通信必須解決通信接口之間信號的轉(zhuǎn)換問題。主要是電平轉(zhuǎn)換和物理接口的轉(zhuǎn)換。為了解決這個問題，可以在PCC中插入一塊IF622即具有三種通信標準的接口，分別連接相對應(yīng)的設(shè)備。這樣整個系統(tǒng)的連接就非常簡單，降低了系統(tǒng)的造價，并提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

圖 1 同向雙螺桿擠出機控制系統(tǒng)的構(gòu)成

        
 
IF1是標準的RS232作為IPC的編程接口和組態(tài)軟件的通信口使用。IF2是標準RS485口通過兩線的485雙絞線與臺達變頻器連接。IF3是標準的RS422口，通過四線422與直流調(diào)速器連接。

        3 PCC與變頻器的數(shù)據(jù)通信
    PCC與變頻器的通信和PCC與直流調(diào)速器的通信程序的框圖基本一致，而兩者之間的根本區(qū)別是通信協(xié)議的不同。本文以PCC與臺達變頻器VFD-A系列的通信程序為例。
3.1通信協(xié)議
      VFD-A系列變頻器的通信協(xié)議是以十六進制的ASCII碼方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?傳輸?shù)膯挝皇菐?。傳輸?shù)乃俾适?800Bit/S，校驗方式是奇校驗。每幀數(shù)據(jù)格式如圖2所示。

圖2  幀數(shù)據(jù)格式

         由圖2可知，每幀數(shù)據(jù)有11個字節(jié)， 8字節(jié)的數(shù)據(jù)，2個字節(jié)的控制位字符和1個字節(jié)的校驗位。協(xié)議同時規(guī)定了變頻器可以識別的四種指令，每種指令都有唯一的控制字頭標識。指令可以分為兩類，寫指令和讀指令。如表1。
表1  寫指令和讀指令

        

   指 令

 指令格式

返回指令格式

   說   明

 控制指令

CSAUUMMFFFF

CSBUUMMFFFF

啟動，停止

參數(shù)設(shè)置指令

PSAUUNNDDDD

PSBUUNNDDDD

設(shè)置參數(shù)

參數(shù)讀取指令

RSAUUNN

RSBUUNNDDDD

讀取參數(shù)

狀態(tài)讀取指令

QSAUUNN

QSBUUNNABCD

讀取變頻器狀態(tài)

      在PCC與變頻器的數(shù)據(jù)通信過程中，PCC 是指令的發(fā)出者，它主動向變頻器請求數(shù)據(jù)，而變頻器是被動者，它只對PCC發(fā)出的正確指令進行響應(yīng)。
3.2 驅(qū)動程序的設(shè)計
3.2.1驅(qū)動程序的接口
    驅(qū)動程序的編寫要求編程人員對底層硬件非常熟悉。隨著硬件的更新，驅(qū)動程序也需要不斷地升級。所以，驅(qū)動程序要求調(diào)用簡單，使用方便，以便能夠和更多的人共享驅(qū)動程序。為此，在編程過程中，引入了結(jié)構(gòu)體這一數(shù)據(jù)類型。結(jié)構(gòu)體為上層程序的編寫提供了極大的方便，通過它來編程是非常簡單的事。通過這個結(jié)構(gòu)體，上層程序來調(diào)用驅(qū)動程序，實現(xiàn)和底層智能設(shè)備交換數(shù)據(jù)，下達指令。它是上層程序和下層程序之間交流的窗口。結(jié)構(gòu)體定義如下：
Debbbbbbion;
  ;varable "VFD_55"(structure), use the bbbbbeter in it to control VFD_55， to use this driver programme, the user must define a PV name "VFD_55" with the following elements:
  ;- device      LONG
  ;     refer to Frame Drive documentation
  ;     eg. "IF2"/"SL4.IF3"
  ;     at the moment, the maxium port in PCC is limited with 8
  ;- baud        LONG
  ;      baud rate to be used
  ;- max_retry   BYTE
  ;     maxium retry times when response is incorrect
  ;- slave_adr   BYTE
  ;     VFD_55 slave address (no.)
  ;- bbbbbeter   BYTE
  ;     refer to VFD_55 manual book
  ;- read        WORD
  ;     read flag, set the flag > 0 to activate the read operation
  ;     if mode=$51, return value is 1,2,3,4
  ;- write       BYTE
  ;     write flag, set the flag > 0 to activate the read operation
  ;- value       WORD
  ;     1 or 2 bytes data read from or written to VFD
  ;_ mode        WORD
  ;     $43 sent the order of control bbbbat
  ;     $50 sent the order of bbbbbeter bbbbat
  ;     $51 sent then order of question bbbbat
  ;     $52 sent then order of  read bbbbat
  ;     detail to refer to VFD_55 manual book
  ;_ command
  ;     if mode=$43 , value of command is 0,1,2,3,4,5,6,7 or 8
  ;     if mode=$51 , value of command is 0,1,2 or 3
  ;     detail to refer to VFD_55 manual book
  ;- status      WORD
  ;     100...Initializing serial port
  ;     101...potr is not initialized
  ;     102...read or write service is active
   ;- error_nr    WORD
  ;     the detail error code for 1000 in status
  ;     also error code. of VFD_55 when FR_A540.status = 1030
3.2.2 驅(qū)動程序的邏輯結(jié)構(gòu)
  驅(qū)動程序的設(shè)計對編程者的要求相對較高。這是因為驅(qū)動程序的本身要求較高，它是整個系統(tǒng)是否能夠可靠運行的關(guān)鍵?；镜囊笫沁\行效率高、實時性好、可靠性高及容易維護和調(diào)試，它是整個系統(tǒng)是否能夠可靠運行的關(guān)鍵。但是，以上各項指標的要求是矛盾的，是不可皆得的。常常根據(jù)整個系統(tǒng)的要求，整體考慮，采用折中的辦法。驅(qū)動程序的邏輯結(jié)構(gòu)框圖是實現(xiàn)其各項指標的基礎(chǔ)。為此，根據(jù)驅(qū)動程序的兩個主要的操作（讀操作和寫操作），把驅(qū)動程序的邏輯結(jié)構(gòu)分成兩部分，即讀部分和寫部分。讀和寫的邏輯框圖分別如圖3和圖4所示。
寫部分的邏輯相對讀部分的邏輯要簡單。當PCC要下達指令或調(diào)整變頻器內(nèi)部的數(shù)據(jù)時，就要有一次寫操作。寫操作的開始是以結(jié)構(gòu)體中WRITE=1為標志，驅(qū)動程序通過串行口把一幀的數(shù)據(jù)逐個發(fā)給變頻器。當變頻器檢測到正確的數(shù)據(jù)包后，進行奇偶校驗位的計算，并決定這次寫操作成功和失敗。如果寫成功，變頻器給驅(qū)動程序返回一幀的數(shù)據(jù)，也就是說返回ACK信號。相反，如果寫操作失敗，返回NAK信號，同時要求驅(qū)動程序再發(fā)送一次數(shù)據(jù)。連續(xù)發(fā)送幾次數(shù)據(jù)后，變頻器仍然收不到正確的數(shù)據(jù)，那么這次寫操作完全失敗，這種情況有可能線路上有問題或干擾嚴重。同時，當寫操作的指令發(fā)送下去后，經(jīng)過一段延時，仍收不到變頻器任何返回信息，那么這次寫操作超時失敗。

圖3  驅(qū)動程序的讀操作邏輯框圖
        
讀部分要完成把驅(qū)動程序需要的變頻器中的狀態(tài)和參數(shù)實時地傳輸給驅(qū)動程序。當讀操作開始時，首先要象寫操作一樣，驅(qū)動程序發(fā)一個指令給變頻器，指令中攜帶需要讀取數(shù)據(jù)的信息。當變頻器收到正確的指令后，把數(shù)據(jù)發(fā)回給驅(qū)動程序。收到正確的數(shù)據(jù)后，驅(qū)動程序需要發(fā)送第二個指令給變頻器，來確認這次讀操作是否成功。在這一過程中，還是需要處理重發(fā)、超時、干擾、奇偶校驗等問題。

圖4  驅(qū)動程序的寫操作邏輯框圖
        

4 結(jié)語
    該文介紹的PCC與臺達變頻器通訊驅(qū)動程序是“同向雙螺桿擠出機控制系統(tǒng)”軟件的一部分。該驅(qū)動程序已通過調(diào)試，順利地實現(xiàn)了在幾個項目中的應(yīng)用，并取得較好的效果。