1、开发背景
随着自动化程度日益提高，对单台变频器的控制在许多场合已经不能满足生产的要求，必须对多台变频器进行协调控制，因此变频调速技术也逐渐朝着网络化的方向发展。为适应这一发展方向的需要，各大公司相继推出了带有标准通讯接口的通用变频器，为用户设计满足工业现场需求的控制系统带来了极大的方便。但是只有极少数公司的变频器支持标准的通信协议<例如：PROFIBUC、 CANBUS 等），实际控制系统有时会要求与不支持标准通信协议的变频器通信，普通的PLC 也不具备与第三方产品通信的能力，造成系统集成的巨大困难。让开发人员从底层开发通信协议是一项复杂且工作量相当大的工作，而且系统的可靠性也难以得到保证。基于上述问题，贝加莱2005系列 PCC（可编程计算机控制器）产品除了支持标准的通信协议之外， 还向用户提供了用于与第三方产品通信的协议开发工具---帧驱动器，用户只需要了解第三方产品的通信协议细节<包括信息帧格式的组成等>，并用帧驱动器写出与第三方产品通信协议一样的通信规约，就可方便地实现PCC与第三方产品之间的通信。
本文利用PCC的帧驱动器，成功地实现了PCC 对多台变频器的网络控制，并且PCC 可以作为上层网络的一个节点，以实现全厂的网络化和自动化。Driveframe 是一个运行在PLC 里面的函数库，系统的串行通信程序是用B&R Automation StudioTM下的Automation Basic来开发的，作为完整的任务模块可以添加到任何其它复杂项目中，不仅能提高系统的可靠性，而且可以提高代码的可重用性，缩短项目的开发周期，使项目开发人员能够方便进行系统集成。为了扩大串行通信的有效传输距离，提高通信传输速率，增强抗干扰能力，采用RS-422/485 串行总线通信标准。
2、系统的总体设计
变频器采用西门子的Micro Master变频器，PCC采用贝加莱的B&R2003。PCC 通过RS-485网络与多个变频器相连接，最多可达32 台，波特率为10Mb/s时，通信距离为15m；波特率为100Kb/s 时，通信距离可达1200m。每台变频器被赋予各自独立的地址码用以识别身份，这样，PCC 便能通过RS-485接口，对挂在总线的所有变频器进行控制操作。
3、利用PCC控制变频器
3.1变频器的串行通讯协议
西门子Micro Master 变频器在远程通讯时，遵循西门子的USS 通信协议。USS 通信协议由一个双向信息表组成；接受来自远程主机发送的控制信息，并反馈信息给主机作为已接收信息后的应答。其报文结构包含了参数数据和过程数据，前者用于改变变频器的参数，后者用于快速刷新变频器的过程数据，如启动停止、速度给定、力矩给定等。USS 协议的数据报文由14 个字节组成。每个字节采用2 位16 进制数的形式，遵循UART 格式：1 个起始位，8 个数据位，1 个偶校验位和1个停止位。变频器接收数据的通信协议如下：
STX 为起始字符，02H;LGE为发送字节数， 对于Micro Master为0CH(12)个字节;ADR 为变频器的地址码，取值范围为0~31 (bit0-4位)，bit5 为1 时为广播发送；PKE 为16 位的字，用来控制变频器的运行参数设置。各bit 的含义如下：
对于Micro Master 变频器，控制位为0001 时，读变频器的参数，控制位为0010 时，写参数到变频器的RAM和EEPROM,Bit11未用，置为0:IND为16 位的字，未用，置为0:VAL为16位的变频器参数值，与PKE 一起将运行参数写入到变频器中；STW 为16位的字，用来控制变频器的运行动作；HSW 为16 位的字， 用来控制变频器的输出频率， 满频时的值为16384(4000H)对应100%的输出频率，最大值为32767(8000H)对应200%的输出频率，当取值为:32768~65535 时，表示反向的输出频率从0~200%变化，电机反转；BCC 为校验字节，是前面所有字节的异或和。
同时，变频器也向PCC 回送数据报文，其通信协议如下：
与PCC向变频器发送的数据报文相比，变频器回送的数据报文只是以ZSW 代替了STW，HIW 代替了HSW，其余字节的含义是一样的。ZSW 是16 位的状态字，用来表示变频器的当前运行状态；HIW 也是16 位的字，代表变频器的输出频率，其意义与HSW 是一样的。
3.2 PCC 帧驱动器的配置
PCC 是贝加莱公司于1994 年推出的新一代硬件平台，它是集计算机技术、通讯技术和控制技术(3C技术)于一体的新型控制装置。PCC 的一个显著特点是其具有强大的网络通信能力，除了标准的网络通信协议外，通过帧驱动器可以很容易地制作任意第三家的串行通信协议。利用帧驱动器编写串行通信程序比传统的通信编程方法要容易得多， 它的命令包括如下。FRM-xopen：初始化接口，为帧驱动器分配缓存，安装相关的中断处理程序。FRN-read：读数据并将其放在读缓存区。FRM-RBUF：释放读缓存区。FRM-GBUF：申请写缓存区。FRM-WRITE：将数据写入写缓存区。FRM-ROBUF：释放写缓存区。FRM-CLOSE：接口通信结束。FRM-ctrl：接口控制。串口在使用前必须初始化，设置串口操作所需要的参数， 这样在程序初始化部分需要使用FRM-xopen(enable,adr(device),adr(mode),adr(config),status,ident)函数来初始化串口。参数mode, 是用来定义接口参数的字符串地址，其字符串格式为：
"[(TYPE)],[(BAUD)],[(PARITY)],[(DATABIT)],[(STOPBIT)],[(OPTION)]"TYPE为通信接口的类型，BAUD为波特率，PARITY 为校验类型，DATABIT为数据位个数，STOPBIT为停止位个数,OPTION 为可定义硬件握手。
3.3 程序实现
PCC的软件可分为系统软件和应用软件两大类。PCC 的操作系统是系统软件的核心，是一个分时多任务的操作系统。一个完整的复杂项目可分成多个独立的任务来完成，每个任务都是独立的程序，有各自的循环时间，可以完成各种不同的功能，真正实现了软件的模块化设计。此外PCC 还提供了大量系统模块和应用函数，系统模块可以在需要的时候方便地加载至操作系统中，应用函数可以根据用户及应用程序的需要，模块式地添加到PCC 的软件系统中。应用软件是指用户的应用程序。PCC以PC机作为在线编程开发工具，其编程语言不仅可以采用常规PLC的梯形图(LAD)和指令表(STL)，而且还可采用面向控制的结构化高级语言(例如B&R Automation Basic 、C语言)。
本系统采用B&R Automation Basic 作为编程语言，系统采用2 个任务层来完成通信功能。负责通信的任务（任务1）工作在标准任务层TC#4，扫描周期为100ms；负责循环设置各变频器参数和频率的任务(任务2)工作在标准任务层TC#1，扫描周期为10ms，优先级高于任务1。在运行程序之前，须将模块"dvframe.br"下载到CC，以实现对帧驱动器的管理。
3.3.1 初始化接口
串口初始化程序必须放在程序的初始化部分，即仅在首次扫描时运行初始化程序。本例设置串口参数为：RS-485 接口，波特率9600b/s，1 个偶校验位，8 个数据位，1 个停止位。设置
如下：(* initprogram*) myconfig.ldle=2；最大字节间隔时间；设置串口初始化参数FRM-xopen(1, "SS2.IF2", "RS485,9600,E,8,1",adr(my-config),status,ident)enable=1
3.3.2 向变频器写数据
串口初始化成功后，就可以通过帧驱动器的写命令向串口写数据，以实现对变频器的控制和监测。程序如下：
If(status=0)and(enable=1)then:// 串口初始化成功
FRM-gbuf(enable,ident,g-stst,buffer,buflng)://获得写缓冲区
If(g-stat=0)then enable="0" write="1"：// 允许写操作
endif endif outbufaccessbuffer:// 获得指向写缓冲区的指针；向写缓冲区写数据，其中(ADR~HSW1)为全局变量
outbuf[0]=$02:// 起始字符
outbuf[1]=$0c://数据长度字符outbuf[2]=ADR:// 变频器地址outbuf[3]=PKEh:// 变频器参数
outbuf[4]=PKElotbuf[5]=$00outbuf[6]= $00outbuf[7]=VALh]:// 变频器参数值outbuf[8] =VALloutbuf[9] =STWh:// 变频器运行参数
outbuf[10] =STWloutbuf[11] =HSWh:// 变频器输出频率
outbuf[12]=HSWl://计算效验和
bcc=02 loop j="1" 12 do
bcc=bcc×oroutbuf[j]loopoutbuf[13] =bccoing=14:// 定义写缓冲区的长度
if(write=1)then FRM-write(1,ident,adr(outbul),olng,w-stat) ://向串口写数据
write=0
if(w-stat<>0)then FRM-write(1,ident,adr(outbul),olng,rostat):// 释放写缓冲区
endif
endif
3.3.3从变频器读数据
由于USS 通信协议由一个双向信息表组成，在向变频器写完数据后，须通过帧驱动器的读指令来读取变频器的返回报文。程序如下：
FRM-read(1,ident,r-stat,r-buf,rbuflng)://从串口读数据
If(r-stat=0)then memcpy(adr(mybuf),r-buf,rbuflng)://保存读缓冲区中的数据FRM-rbuf(1,ident,r-buf,rbuflng,rbstat)://释放读缓冲区
4 结束语
本文利用PCC的帧驱动器和Micro Master 变频器的串行通信功能，实现了PCC对多台变频器的网络控制，并能实时监测各变频器的运行状态，从根本上增强了系统可靠性，提高了生产效益。采用B&R Automation Basic 开发的串行通信程序，并在实践中取得良好的运行效果。该程序具有通用性，针对不同的通信协议，只需做简单的修改，就可以模块式地添加到其它复杂项目中，既可提高系统的可靠性，又可缩短项目的开发周期。将该方法与新型控制理论相结合，可实现高精度的同步传动和多电机协调控制。
参考文献
1 齐荣，等新一代可编程计算机控制器技术[M].西北工业大学出版社，2000
2 刘计讯,现代可编程计算机控制PCC 及其应用[J].集成电路应用，2000(3)：68~69