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李方園（1973-）

男，浙江舟山人，畢業(yè)于浙江大學(xué)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事于變頻器等現(xiàn)代工控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作。



    摘要：通訊功能是所有變頻器都會(huì)配置的，如提供RS232、RS485串行通訊或總線通訊，目前有很多遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)控制等都會(huì)用到該功能。但是變頻器通訊一旦故障，涉及面會(huì)特別廣。本文將主要探討變頻器通訊故障形成的原因及其處理措施，并以“遠(yuǎn)程盒無(wú)法通訊”案例闡述了通訊故障排除的步驟。

    關(guān)鍵詞：變頻器；通訊故障；主站；從站

    Abstract: The communication is the basic function in AC inverter, such as RS232, RS485, 
field bus commnunication , and so on. Now the remote control and automatic control will 
use these function widely. But if the communication is of malfunction, the whole system 
will be shut down. This paper analyzes the inverter communication fault causes, as well 
as communication fault problem to solve some common measures. Finnaly the example of 
“remote operator out of communication” is explained and the communication troubleshooting 
steps are carried out.

    Key words: AC inverter; Communication fault; Master Station; Slave Station

1 前言

    通訊功能是所有變頻器都會(huì)配置的，如提供RS232、RS485串行通訊或總線通訊，并以此為基礎(chǔ)，組成單主單從或單主多從的通訊控制系統(tǒng)，并利用上位機(jī)（PC機(jī)、PLC控制器或DCS控制系統(tǒng)）軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中變頻器的實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)控制，以及實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)行控制，如無(wú)限多段程序運(yùn)行。因此，變頻器通訊一旦故障，涉及面會(huì)特別廣。

    通過(guò)綜合變頻器的故障現(xiàn)象，通訊故障主要集中硬件接線錯(cuò)誤、通訊卡失常、EMC干擾、通訊協(xié)議出錯(cuò)、總線軟件配置出錯(cuò)等。

    本文將主要探討變頻器缺相故障的危害、檢測(cè)方法及其處理措施。

2 變頻器的通訊功能

    在交流調(diào)速全數(shù)字化的過(guò)程當(dāng)中，各種通訊總線也扮演了相當(dāng)重要的角色。STD總線、工業(yè)PC總線、現(xiàn)場(chǎng)總線以及CAN總線等在交流調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域起到了重要的作用。

    新型通用變頻器可提供多種兼容的通信接口，支持多種不同的通信協(xié)議，內(nèi)裝RS485接口，可由個(gè)人計(jì)算機(jī)向通用變頻器輸入運(yùn)行命令和設(shè)定功能碼數(shù)據(jù)等，通過(guò)選件可與現(xiàn)場(chǎng)總線：Profibus-DP、Interbus-S、DeviceNet、Modbus、Plus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CAN、Open、T-LINK等通訊。如西門(mén)子、VACON、富士、日立、三菱、普傳、臺(tái)安、東洋等品牌的通用變頻器，均可通過(guò)各自可提供的選件支持上述幾種或全部類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線。

    計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使"天涯若咫尺"，依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制也是一個(gè)發(fā)展方向。通過(guò)RS485接口及一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這樣在有些不適合于人類(lèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作的場(chǎng)合，也可以很容易的實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

    數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)功能在近年的變頻器國(guó)際展會(huì)上都是重頭戲，包括AB公司的PF系列變頻器，都提供了網(wǎng)絡(luò)接入方案，如最新的PowerFlex4變頻器具有內(nèi)置的RS485通信能力，可以用在多種網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接中使用，同時(shí)PowerFlex4變頻器可以通過(guò)裝有DriveExplorerTM或DriveExecutiveTM軟件的微機(jī)進(jìn)行編程和控制。

    作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，變頻器的網(wǎng)絡(luò)化配置主要基于3個(gè)層面：設(shè)備層、控制層和信息層。可以配接最基本的RS232/RS485串行通訊協(xié)議、PROFIBUS等的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以及INTERNET局域網(wǎng)協(xié)議。

    在網(wǎng)絡(luò)化日益普及的今天，與普通的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)硬線連接方式而言，通過(guò)高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率、減少運(yùn)行成本。目前安裝的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用戶(hù)可以有更大的自由根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)選擇PLC型號(hào)和品牌，并非常簡(jiǎn)單地集成到現(xiàn)有地網(wǎng)絡(luò)中去。而且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，可以不考慮變頻器的型號(hào)，而以同一種編程語(yǔ)言和程序結(jié)構(gòu)來(lái)與不同功率段、不同型號(hào)的變頻器進(jìn)行組構(gòu)，如功率、速度、轉(zhuǎn)矩、電流、設(shè)定值等。

3 變頻器通訊故障的對(duì)策

    變頻器通訊故障主要檢查以下三方面的內(nèi)容：

    （1）通訊接口的硬件接線和配置

    硬件是通訊建立的基本條件，但是在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)變頻器通訊故障很大一部分是來(lái)自硬件問(wèn)題，尤其是EMC問(wèn)題。因此，一旦通訊故障時(shí)，必須首先查通訊接口的配線，并需注意以下事項(xiàng)：① 每臺(tái)變頻器的PE端就近單點(diǎn)接地；② 每臺(tái)變頻器的地線GND連在一起；③ RS485通訊采用屏蔽電纜，且屏蔽電纜采用單端接地方式，屏蔽電纜的地線和RS485通訊模塊的外殼PE接在一起。

    在采用以上標(biāo)準(zhǔn)配線仍不能解決通訊故障時(shí)，還可以繼續(xù)采取以下措施：① 采用隔離的RS485通訊模塊；② 當(dāng)由于干擾是從GND線串入變頻器或外部設(shè)備的，導(dǎo)致變頻器或外部設(shè)備不能正常工作時(shí)，可斷開(kāi)各臺(tái)變頻器相連的GND連線。

    （2）通訊協(xié)議的參數(shù)設(shè)置

    常規(guī)的變頻器通訊分為三種：① 變頻器RS232接口與上位機(jī)RS232通訊；② 變頻器通過(guò)RS232口后再接調(diào)制解調(diào)器MODEM與上位機(jī)聯(lián)機(jī)；③ 變頻器RS485接口與上位機(jī)RS485通訊。因此，在變頻器中必須設(shè)置相對(duì)應(yīng)的通訊參數(shù)。

    （3）通訊軟件的配置

    由于很多變頻器系統(tǒng)都是建立在總線控制基礎(chǔ)上，因此，總線系統(tǒng)的軟件配置是檢查通訊故障的難點(diǎn)。只有將通訊軟件故障排除了，變頻器的通訊故障才會(huì)徹底消除。

    對(duì)于通訊故障，艾默生變頻器EV /TD主要表現(xiàn)為兩種情況，一種是有故障代碼顯示，即“E017”（RS232/485通訊錯(cuò)誤），還有一種是無(wú)故障代碼顯示，對(duì)于前者而言，其故障定位如圖1所示。

                              圖1   艾默生通訊故障定位

    而對(duì)于無(wú)故障代碼的通訊故障，則必須首先查看系統(tǒng)配置，找到故障原因所在，然后再重新配置系統(tǒng)。

4 案例分析：遠(yuǎn)程操作盒無(wú)法通訊

    （1）故障現(xiàn)象

    圖2所示為某碳酸鈣企業(yè)在中控室通過(guò)變頻器的遠(yuǎn)程控制盒來(lái)操作150米外的1臺(tái)艾默生TD2000-4T2000G變頻器（研磨機(jī)電機(jī)），在接好線后，并將F00、F02設(shè)成了串行通訊設(shè)定和通訊控制有效外，其余的均用出廠參數(shù)，但開(kāi)機(jī)后變頻器顯示E017（RS232/485通訊錯(cuò)誤）。

                                    圖2   遠(yuǎn)程控制示意

    （2）分析處理

    圖3所示為艾默生TD/EV系列變頻器的遠(yuǎn)程操作器連線示意，該遠(yuǎn)程操作器型號(hào)為T(mén)DO-RC02，與其變頻器TD2000/2100系列操作器鍵盤(pán)的外觀、基本操作方法以及顯示風(fēng)格等基本一致。它是采用內(nèi)置RS485通訊方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制的，工作電壓為直流24V，在距離只有幾十米的范圍內(nèi)可以采用變頻器內(nèi)部直流電源，若超過(guò)50米以上或者變頻器內(nèi)部直流電源另有他用，可以選用10W左右的標(biāo)準(zhǔn)直流24V電源。由于采用通訊方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制，所以該操作器的安裝距離可以在數(shù)百米范圍內(nèi)正常工作，并且通過(guò)采用不同的通訊地址對(duì)多達(dá)32臺(tái)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)控操作。這些操作內(nèi)容包括正反轉(zhuǎn)運(yùn)行、電動(dòng)運(yùn)行、停機(jī)、功能碼設(shè)置、功能碼參數(shù)查看、運(yùn)行參數(shù)查看、故障復(fù)位等。

                              圖3   艾默生變頻器遠(yuǎn)程操作器連線

    檢查變頻器與遠(yuǎn)程操作盒的通訊格式是否匹配，發(fā)現(xiàn)兩者之間的地址和通訊格式均不一致，現(xiàn)修改參數(shù)如下：

    D002：從機(jī)地址設(shè)置

    本功能碼用于設(shè)定當(dāng)前操作的從機(jī)地址，實(shí)際有效設(shè)定范圍為組網(wǎng)從機(jī)的本機(jī)號(hào)碼范圍，超過(guò)組網(wǎng)的從機(jī)本機(jī)號(hào)碼范圍時(shí)，無(wú)法與指定的從機(jī)通訊，則遠(yuǎn)程控制盒相關(guān)控制無(wú)效。但是，即使D002=0與變頻器F118＝0相同，也是不能通訊的。因?yàn)榈刂贰?”已經(jīng)預(yù)留給變頻器廠家，用戶(hù)使用無(wú)效。因此，本系統(tǒng)可以選擇地址為D002=F118=10。

    D003：通訊波特率

    本功能碼用于設(shè)定與從機(jī)進(jìn)行串行通訊的數(shù)據(jù)速率，0～3分別代表9600bps、4800bps、2400bps、1200bps四種傳輸速率?，F(xiàn)變頻器F116=5即9600bps通訊速率，將D003設(shè)定為0即可。

    D004：數(shù)據(jù)格式

    本功能碼用于設(shè)定串行通訊中采用的數(shù)據(jù)格式，且采用1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，校驗(yàn)方式分別為“0”（無(wú)校驗(yàn)）、“1”（奇校驗(yàn)）和“2”（偶校驗(yàn)）?，F(xiàn)變頻器參數(shù)F117=0為無(wú)校驗(yàn)方式，即選擇D004=0。

    參數(shù)修改后，按STOP/RESET鍵復(fù)位，變頻器恢復(fù)正常，通過(guò)遠(yuǎn)程操作盒能夠正?？刂谱冾l器的運(yùn)行。

    （3）案例歸納

    用遠(yuǎn)程操作盒進(jìn)行變頻器控制時(shí)，必須按照變頻器說(shuō)明書(shū)正確接線的同時(shí)，還要設(shè)置好相關(guān)的通訊參數(shù)，即要求變頻器與遠(yuǎn)程操作盒的通訊參數(shù)一一對(duì)應(yīng)，并保持一致。如本案例中，波特率、數(shù)據(jù)格式和地址設(shè)置只要有一個(gè)不一致，就不能進(jìn)行正常的通訊。

5 結(jié)束語(yǔ)

    串口通訊是由一臺(tái)上位機(jī)與多臺(tái)從站構(gòu)成，主站與從站之間的串行通訊通常是主站發(fā)出信號(hào)，從站響應(yīng)信號(hào)。在某一時(shí)刻，主站和一臺(tái)從站進(jìn)行通訊。因此，用戶(hù)首先必須設(shè)置每個(gè)從站的地址、通訊速率、通訊協(xié)議，這樣主站就可以通過(guò)指定地址進(jìn)行信號(hào)傳送，而從站接到來(lái)自主站的指令執(zhí)行預(yù)定功能，并發(fā)送一個(gè)響應(yīng)信號(hào)給主站。

參考文獻(xiàn)

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