1  引言

    随着工控网络技术的迅速发展和广泛应用, 上位机与下位机的主从式工作方式更多地为各种智能化工业控制系统所采用,因此,可靠地实现上位机与下位机的串行通信已成为工控自动化系统得以实现的一个非常重要的条件。

在以前的工控系统中,为了成本考虑,会采用文本作为操作界面,数据单调,乏味,人际交流有限,现在,MCGS公司的TPC系列触摸屏作为一种最新的输入设备,它界面色彩丰富,软件开发简单、方便,人机交互友好。采用WINCE操作系统,可以通过USB、RS232串口、RS485接口进行外部设备通讯,是一台标准的小型计算机,它有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术,只要用手指轻轻地指碰触摸屏上的图符或文字就能实现对主机操作,从而使人机交互更为直接了当,这样极大地方便了操作机器的用户。
另外,在对变频器的常规控制中,以前常用的方式是采用PLC加模块对变频器进行控制,一般需要占用了PLC较多的输入、输出点数,同时还需要添加A/D和D/A转换特殊功能模块。这种控制模式增加了变频器的控制成本。另外,变频器还需要繁琐的控制线路配线,由此还影响了变频器的运行稳定性,增添了维护和排除故障的困难[1]。随着触摸屏技术和变频器技术的发展,在触摸屏上设计组态界面及运行脚本,运用RS485串行通信方法,采用MODBUS协议对变频器进行通讯控制,能省去控制线路接线,减少接线工作量,便于调试和排故,同时系统控制要求又能满足,节约了成本,采用网络通讯控制这样的模式,已经成为了工控行业的一个发展趋势。

2  系统配置及连接
本系统以某干燥设备公司的一台干燥设备为例,通过TPC7062K触摸屏与三台汇川MD320变频器的通讯,实现触摸屏控制干燥设备中的引风、送风、冷却三台电动机的变频启动运行,并通过带485通讯接口的阿尔泰的温度检测模块DAM-3043进行温度数据显示。
系统硬件由北京昆仑通态软件科技有限公司的TPC7062K触摸屏、汇川MD320变频器、汇川MD32-485通讯卡,和通讯电缆组成。
系统的通信接口与电缆连接设计:
1)  电脑与触摸屏间通过USB下载线或以太网下载线下载;
2)  汇川MD320变频器需要安装RS-485通讯卡,型号为MD32-485; 
3)  触摸屏与汇川MD320变频器、DAM-3043测温模块之间使用RS485通讯接线,如图1所示;

汇川变频器的控制面板有专门的扩展卡接口,断电后,把MD32-485通讯卡插到扩展卡接口上,即完成了汇川变频器的RS485通讯扩展(如图2所示),再配备1根带屏蔽的双绞线通讯电缆, 将变频器485通讯接口同TPC7062K触摸屏的9针D型母头安照图1的连接方式相连接,就能够实现触摸屏与变频器的RS485通讯。

3  系统控制要求
(1)  利用触摸屏与变频器的RS485串行通信,控制变频器的正转、反转、停止运行;
(2)  能在触摸屏上改变变频器的运行频率[2];
(3)  在触摸屏上显示变频器的运行频率、电流、电压;
(4)  在触摸屏上实时显示当前干燥箱1#至8#的温度,并能对所有温度进行历史查询和报警处理。

4  通信设置
在触摸屏与变频器的串行通信中, 通信双方必须遵守相同的通信协议,触摸屏通信格式通过设置“设备窗口”来实现。
变频器的通信格式通过设置相关的通信参数来实现。
4.1  触摸屏通信格式的设置
首先打开MCGS嵌入版组态环境,点击“设备窗口”,双击打开“设备窗口”图a,点击“设备管理”,添加“通用串口父设备”和“标准ModbusRTU设备”,如图3、4所示:

然后建立“通用串口父设备”,下挂三个“标准ModbusRTU设备”子设备。设置“通用串口父设备”通讯参数设置按默认值设置,如下表1:其中通用串口父设备通讯参数设置应与MD320变频器的通讯参数相同,否则无法正常通讯。

建立“通用串口父设备”,并下挂三个“标准ModbusRTU子设备”,如图5所示。并对通用串口父设备按照表1规定的通讯参数进行设置,如图6所示。

接下来,对“标准ModbusRTU设备”进行设置,首先,双击“设备0”进入子设备,点击“设置设备内部属性”。在查看变频器停机/运行参数表及控制命令输入表的基础上,增加通道,如:变频器中地址H1001为变频器的“运行频率”,增加该通道时,寄存器类型选择“[4区]输出寄存器”进行读写,数据类型为“16位无符号二进制数”,寄存器地址为“4097”,通道个数为“1”,如图7、8所示。        

4.2  变频器的通信相关参数设置
MD320系列变频器与上位机触摸屏进行串行口通讯时,需要Modbus协议通信格式支持,系统采用ModbusRTU模式,RTU模式通讯格式简便[5]。
校验方式-CRC 校验方式:CRC(Cyclical Redundancy Check)
使用RTU帧格式,消息包括了基于CRC方法的错误检测域。CRC域检测了整个消息的内容。CRC域是两个字节,包含16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC,并与接收到的CRC域中的值比较,如果两个CRC值不相等,则说明传输有错误。
CRC是先存入0xFFFF,然后调用一个过程将消息中连续的8位字节与当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效,起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。
CRC产生过程中,每个8位字符都单独和寄存器内容相异或(XOR),结果向最低有效位方向移动,最高有效位以0填充。LSB被提取出来检测,如果LSB 为1,寄存器单独和预置的值相异或,如果LSB为0,则不进行。整个过程要重复8次。在最后一位(第8位)完成后,下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相异或。最终寄存器中的值,是消息中所有的字节都执行之后的CRC 值。
(1)  变频器通讯参数设置见表5。
(2)  通讯调试。
1)  通信参数必须在变频器初始化中设定,如果没有初始化设定或有错误设定,将不能通信。
2)  设置参数后,须将变频器断电再送电,以使参数设置生效。通讯连接方式:TPC与设备之间采用标准的RS485通讯。