CN105404181B - 一种一体式变频电机用多功能通讯方法 - Google Patents
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Abstract
一种一体式变频电机用多功能通讯方法，涉及一种变频电机通讯方法。普通电机在组控时，只能采用继电器进行故障反馈，无法做到对组内每个电机状态的实时监控，也无法做到基于外界因素下的电机时间和转速的合理分配。本发明设置一体式变频电机系统与主机之间进行数据传输的通讯协议以实现主机对一体式变频电机的监视和控制，并对监视和控制的权限进行划分，主机根据不同的权限分别进行对应等级的监视和控制。本技术方案中通讯监控可以轮询组内每个电机状态，当通讯异常时，电机将自动停机，以保护系统安全、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频电机通讯方法，尤其涉及一种一体式变频电机用多功能通讯方法。
背景技术
随着一体式变频电机的流行，传统采用模拟电压输入控制的系统越来越无法满足要求。同时，传统的电机无法获得电机运行时的准确信息，包括运行时的电压、电流、转速以及变频器内部参数等实时信息，且模拟量控制对速度控制而言，无法做到精确的数字控制。目前的变频器的通讯接口无法对与主机进行权限控制，且无法做到当通讯失联时，从机的自动停机保护。鉴于MODBUS已经成为工控领域内一种流行的标准，变频器与主机之间大多采用MODBUS协议。
普通电机在组控时，只能采用继电器进行故障反馈，无法做到对组内每个电机状态的实时监控，也无法做到基于外界因素下的电机时间和转速的合理分配。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种一体式变频电机用多功能通讯方法，以达到的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种一体式变频电机用多功能通讯方法，设置一体式变频电机系统与主机之间进行数据传输的通讯协议以实现主机对一体式变频电机的监视和控制，并对监视和控制的权限进行划分，主机根据不同的权限分别进行对应等级的监视和控制。为了保护内部核心参数，自定义了权限协议，对不同的用户开放不同的权限，主机可以根据使用不同权限分别进行不同等级的监视和控制。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
一体式变频电机系统设有至少一个与电机相连的从机，通讯协议使用不同的功能码以实现对应功能的操作，主机发送含功能码的请求帧，从机根据收到的功能码，操作对应的寄存器。
功能码包括第一类功能码、第二类功能码、第三类功能码、第四类功能码，其中第一类功能码用于设置从机地址和清除故障信息；第二类功能码用于控制系统运行参数；第三类功能码用于进行权限操作、监视系统运行状态和查询出厂参数；第四类功能码用于实现主机轮询从机状态，当从机接收到开始轮询请求帧，则每台从机需在规定时间内应答主机，并准备下一次轮询数据帧的接收；若在轮询状态下，从机未接收到主机发送的结束轮询请求帧且在一段时间内未接收到轮询信息，则表明主从机通讯失联，失联的从机在设定时间内主动停机，直至通讯恢复正常。
主机进行监视和控制时的参数包括第一参数组、第二参数组、第三参数组，所述的第一参数组用于监视系统的运行状态；第二参数组用于查询系统的出厂信息；第三参数组用于控制系统的运行参数。
其中第一参数组的状态参数包括：历史故障信息、电机输出电流、电机是否在线、电机在不同速度下的最大输出功率、工作时间、PIM模块温度、模拟或数字控制方式、电机旋转方向、电机最大转速、电机运行速度；第二参数组的出厂信息包括：电机出厂日期、电机序列号、控制器版本；第三参数组的控制运行参数包括：模拟或数字控制方式、电机旋转方向、电机最大转速、电机运行速度、PID参数调节、加减速；主机对每一参数组的单个参数或多个参数进行监视和控制。
故障信息包括过流、过压、欠压、缺相。
当需启停群组电机时，主机发送带有广播地址、启动指令/停止指令的请求帧至从机。
主机与从机之间的通讯包括以下步骤：
A. 主机发送请求帧，从机等待接收，并对其在规定时间内接收到的主机请求帧进行解析；
B. 从机判断主机发送的通讯地址是否与本从机地址相符，若是则继续解析功能码；若不是则需要进行多层判断：判断主机发送的通讯地址是否为广播地址，若为广播地址则从机不需要应答主机，若不广播地址则再判断主机发送的通讯地址是否与主机发送的从机地址寄存器内容相同，若相同则表明此次通讯是为了设置从机地址，从机将更新从机地址并应答主机；若不相同则表明此次通讯主机将要操作的为非本从机，从机不应答；
C. 根据解析出的功能码，从机操作不同的寄存器，寄存器操作包括用于监视系统运行状态的寄存器操作、查询系统出厂信息的寄存器操作、用于控制系统运行参数的寄存器操作、用于从机地址设置、故障信号清除或群组电机启停的寄存器操作及权限操作中的一种或多种操作；
D. 从机完成寄存器操作之后，根据解析结果以相应的数据帧回复主机或者不回复；
E. 如果从机接收到主机发送的开始轮询请求帧后，在一段时间内没有接收到主机发送的结束轮询请求帧及轮询帧，则认为主从机通讯失联，从机在设定时间内主动停机，直到通讯故障清除；重复步骤A-E实现主机对从机的监视和控制。
主机与从机的通讯流程包括主机流程和从机流程两个部分；主机流程步骤为：主机判断请求帧发送的通讯地址是否为广播地址，若为广播地址，则不需等待从机的应答；若不是广播地址，则需等待从机的应答；从机流程步骤为：从机判断主机发送的通讯地址是否与本从机地址相符，若相符则解析功能码；若不相符则需进行多层判断：判断主机发送的通讯地址是否为广播地址，若是广播地址则从机不应答主机；若不广播地址则再判断此次通讯是否为用于设置从机地址，若为设置从机地址则从机将更新从机地址；若不为设置从机地址，则判断此次通讯主机将要操作的为非本从机，本从机不应答。
在对从机地址设置时，通讯协议帧内容包括：从机地址、功能码、寄存器起始地址、数据、校验码、寄存器个数；主机请求帧内容由需要设置的从机地址、功能码、寄存器起始地址、数据、校验码组成；从机请求帧内容由更新的从机地址、功能码、寄存器起始地址、寄存器个数、校验码组成；其中从机地址由一个字节组成；功能码由一个字节组成，当主机发送请求帧到从机时，功能码告知从机需进行哪一类读写操作；在设置从机地址操作的从机应答帧中，功能码通知主机其是否执行了一个正确的操作，正确的操作、错误的操作对应的应答帧功能码不同；寄存器起始地址由两个字节组成，寄存器起始地址指向起始操作对象；设置从机地址通讯帧的数据由两个字节组成，内容为从机地址的值；校验码由主机对除从机地址以外的数据进行计算后加入到消息中，校验码根据校验方式的不同由1个或者2个字节组成；寄存器个数为操作的寄存器个数，其由两个字节组成。主机和从机在保证通讯内容完整性的前提下，根据功能码的不同相应地减少通讯帧中重复的内容，以达到简洁协议、保证通讯快速可靠的目的。
有益效果：本技术方案中通讯监控可以轮询组内每个电机状态，当通讯异常时，电机将自动停机，以保护系统安全、可靠。实时监控电机运行信息。用户可直接在主机上读取电流值、温度值等，可以做出电流曲线、温度曲线等，这样大大省去了一些工具的使用，如示波器、电流钳。
附图说明
图1 是本发明的主从机通讯拓扑图。
图2a是本发明的主机工作流程图。
图2b是本发明的从机工作流程图。
图3a是本发明的设置从机地址请求帧及设置从机地址应答帧内容。
图3b是基本通讯协议格式。
图4是本发明的参数分组列表。
1-主机；2-写寄存器操作；3-读寄存器操作；4-第1类功能码；5-第2类功能码；6-第3类功能码； 7-第4类功能码；8-设置从机地址；9-清除故障信息； 10-控制系统运行参数；11-权限操作；12-监视系统运行状态； 13-查询出厂信息；14-主机轮询; 15-从机； 16-解析数据帧并根据解析结果进行操作；17-从机地址；18-功能码；19-寄存器起始地址；20-数据；21-校验码；22-寄存器个数；23-寄存器字节数。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
本发明设置一体式变频电机系统与主机之间进行数据传输的通讯协议，通讯协议为一体式电机类配套通讯协议，提供权限操作、电机状态查询、用户参数设置、故障信息查询和故障清除等。通讯协议包括的主机1请求帧和从机15应答帧的协议框架基本相同，根据主机1请求帧功能码的不同，从机15以不同的方式操作寄存器，如：读或者写寄存器。除此之外，主机1和从机15在保证通讯内容完整性的前提下，根据功能码的不同相应地减少通讯帧中重复的内容，以达到简洁协议、保证通讯快速可靠的目的。主机1监视和控制采用的分组模式分别为：第一参数组用于监视系统的运行状态，状态参数包括：历史故障信息、电机输出电流、电机是否在线、电机在不同速度下的最大输出功率、工作时间、PIM模块温度、模拟或数字控制方式、电机旋转方向、电机最大转速、电机运行速度等；第二参数组用于查询系统的出厂信息，出厂信息包括：电机出厂日期、电机序列号、控制器版本等；第三参数组用于控制系统的运行参数，控制参数包括：模拟或数字控制方式、电机旋转方向、电机最大转速、电机运行速度、PID参数调节、加减速等。组内参数可以单个或者一组进行监视和控制。参数读写操作的实现依据通讯帧功能码的不同。同时，为了保护内部核心参数，自定义了权限协议，对不同的用户开放不同的权限，主机1可以根据使用不同权限分别进行不同等级的监视和控制。自定义通讯协议还可以实现故障信息的清除，故障信息包括过流、过压、欠压、缺相等。通讯协议基于标准MODBUS协议,为一体式电机配套用，读写功能俱全，实现了电机的智能化控制。一种一体式变频电机用多功能通讯的从机15地址为1-247；地址0为广播地址，如果此时主机1发送请求帧，从机15只作接收解析执行而不应答。
多功能通讯满足群组电机同时启停的需求：当群组电机均采用模拟量控制时，群组电机的开启/停止需要通过总开关的启动/关闭，而且群组电机整体断电。当群组电机采用通讯控制时，群组电机的开启/停止通过主机1发送带有广播地址、启动指令/停止指令的请求帧至从机15即可，群组电机通讯不断电，因此可以显示某台电机是否出现故障，为下次启动保证了安全。除此之外，在通讯正常时，可以实时对组内所有电机进行轮询监控，一旦某台运行电机通讯失联，电机在一段时间内主动停机，直到系统通讯故障清除。
如图1所示，本发明的主从机通讯拓扑包括主机1、写寄存器操作2、读寄存器操作3、第1类功能码4、第2类功能码5、第3类功能码6、第4类功能码7、设置从机地址8、清除故障信息9、控制系统运行参数10、权限操作11、监视系统运行状态12、查询出厂信息13、主机轮询14、从机15、解析数据帧并根据解析结果进行操作16。其中主机1发起请求，根据读寄存器操作或者写寄存器操作的不同请求方式，主机1可选择不同的功能码，不同的功能码分别对应着不同的功能，如第1类功能码可设置从机地址8和清除故障信息9；第2类功能码可控制系统运行参数10；第3类功能码可进行权限操作11、监视系统运行状态12和查询出厂参数13；第4类功能码可实现主机轮询14从机状态，如果从机15接收到开始轮询请求帧，则每台从机15需在规定时间内应答主机1，并准备下一次轮询数据帧的接收。如果在轮询状态下，从机15未接收到主机1发送的结束轮询请求帧且在一段时间内未接收到轮询信息，则表明主从机15通讯失联，失联的从机15需在一定时间内主动停机，直至通讯恢复正常。
如图2a、2b所示，本发明的主从机工作流程包括主机状态和从机状态两个部分。如图2a所示,主机1部分如下：主机1判断请求帧发送的通讯地址是否为广播地址0，如是，则不需等待从机的应答；如不是，则需等待从机的应答。如图2b所示,从机部分如下：从机判断主机1发送的通讯地址是否与本从机地址相符，如是，则解析功能码；如不是，则需进行多层判断：判断主机1发送的通讯地址是否为广播地址0，如是，则从机15不应答主机1；如不是，则再判断此次通讯是否为了设置从机地址，如是，则从机15将更新从机地址；如不是，则表明此次通讯主机1将要操作的为非本从机15，本从机15不应答。
如图3a所示，在进行从机地址设置时，通讯协议帧内容包括：从机地址17、功能码18、寄存器起始地址19、数据20、校验码21、寄存器个数22。
从机地址17由一个字节组成，用于区别其它从机设备。功能码18由一个字节组成，当主机1发送请求帧到从机15时，功能码18告知从机15需进行哪一类读写操作；在设置从机地址17操作的从机15应答帧中，功能码18通知主机1其是否执行了一个正确的操作，如果正确，应答帧功能码18为0x06；如果错误，应答帧功能码18为0。寄存器起始地址19由两个字节组成，寄存器起始地址19指向起始操作对象；数据20由N个数据组成，N取决于操作功能码的类型，如设置从机地址17通讯帧的数据20由两个字节组成，内容为从机地址17的值；校验码21根据校验方式的不同可由1个或者2个字节组成，如CRC校验由两个字节组成，为一个16位的二进制值。校验码由主机1对除从机地址17以外的数据进行计算后加入到消息中。寄存器个数22由两个字节组成，为操作的寄存器个数。此图3a的通讯协议格式为设置从机地址用，与图3b的标准MODBUS通讯格式相比，主机1请求帧减少了寄存器个数22和寄存器字节数23两块内容，从机应答帧减少了数据20和寄存器字节数23两块内容，其中寄存器字节数23由2个字节组成，其值为寄存器个数22值的2倍。除此之外，进行故障清除、第一参数组-第三参数组参数监视和控制、权限操作时，在保证通讯内容完整性的前提下，根据操作功能码的不同，也相应地减少了通讯帧中重复的内容，以达到简洁协议、保证通讯快速可靠的目的。
图4为参数分组列表，其包括第一参数组、第二参数组和第三参数组参数。其中第一参数组用于监视系统的运行状态、第二参数组用于查询系统的出厂信息、第三参数组用于控制系统的运行参数。其中，具有高级权限的用户可更改出厂参数或者读取内核参数等一些重要参数。综上，主机1可通过这几类参数进行一体式变频电机的监视和控制。
以上图所示的一种一体式变频电机用多功能通讯方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显着进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：设置一体式变频电机系统与主机之间进行数据传输的通讯协议以实现主机对一体式变频电机的监视和控制，并对监视和控制的权限进行划分，主机根据不同的权限分别进行对应等级的监视和控制；主机进行监视和控制时的参数包括第一参数组、第二参数组、第三参数组，所述的第一参数组用于监视系统的运行状态；第二参数组用于查询系统的出厂信息；第三参数组用于控制系统的运行参数。
2.根据权利要求1所述的一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：一体式变频电机系统设有至少一个与电机相连的从机，通讯协议使用不同的功能码以实现对应功能的操作，主机发送含功能码的请求帧，从机根据收到的功能码，操作对应的寄存器。
3.根据权利要求2所述的一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：功能码包括第一类功能码、第二类功能码、第三类功能码、第四类功能码，其中第一类功能码用于设置从机地址和清除故障信息；第二类功能码用于控制系统运行参数；第三类功能码用于进行权限操作、监视系统运行状态和查询出厂参数；第四类功能码用于实现主机轮询从机状态，当从机接收到开始轮询请求帧，则每台从机需在规定时间内应答主机，并准备下一次轮询数据帧的接收；若在轮询状态下，从机未接收到主机发送的结束轮询请求帧且在一段时间内未接收到轮询信息，则表明主从机通讯失联，失联的从机在设定时间内主动停机，直至通讯恢复正常。
4.根据权利要求3所述的一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：其中第一参数组的状态参数包括：历史故障信息、电机输出电流、电机是否在线、电机在不同速度下的最大输出功率、工作时间、PIM模块温度、模拟或数字控制方式、电机旋转方向、电机最大转速、电机运行速度；第二参数组的出厂信息包括：电机出厂日期、电机序列号、控制器版本；第三参数组的控制运行参数包括：模拟或数字控制方式、电机旋转方向、电机最大转速、电机运行速度、PID参数调节、加减速；其中模拟或数字控制方式、电机旋转方向、电机最大转速和电机运行速度既在在第一参数组，又在第三参数组；
主机对每一参数组的单个参数或多个参数进行监视和控制。
5.根据权利要求3所述的一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：故障信息包括过流、过压、欠压、缺相。
6.根据权利要求1所述的一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：当需启停群组电机时，主机发送带有广播地址、启动指令/停止指令的请求帧至从机。
7.根据权利要求2所述的一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：主机与从机之间的通讯包括以下步骤：
A. 主机发送请求帧，从机等待接收，并对其在规定时间内接收到的主机请求帧进行解析；
B. 从机判断主机发送的通讯地址是否与本从机地址相符，若是则继续解析功能码；若不是则需要进行多层判断：判断主机发送的通讯地址是否为广播地址，若为广播地址则从机不需要应答主机，若不广播地址则再判断主机发送的通讯地址是否与主机发送的从机地址寄存器内容相同，若相同则表明此次通讯是为了设置从机地址，从机将更新从机地址并应答主机；若不相同则表明此次通讯主机将要操作的为非本从机，从机不应答；
C. 根据解析出的功能码，从机操作不同的寄存器，寄存器操作包括用于监视系统运行状态的寄存器操作、查询系统出厂信息的寄存器操作、用于控制系统运行参数的寄存器操作、用于从机地址设置、故障信号清除或群组电机启停的寄存器操作及权限操作中的一种或多种操作；
D. 从机完成寄存器操作之后，根据解析结果以相应的数据帧回复主机或者不回复；
E. 如果从机接收到主机发送的开始轮询请求帧后，在一段时间内没有接收到主机发送的结束轮询请求帧及轮询帧，则认为主从机通讯失联，从机在设定时间内主动停机，直到通讯故障清除；重复步骤A-E实现主机对从机的监视和控制。
8.根据权利要求2所述的一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：主机与从机的通讯流程包括主机流程和从机流程两个部分；主机流程步骤为：主机判断请求帧发送的通讯地址是否为广播地址，若为广播地址，则不需等待从机的应答；若不是广播地址，则需等待从机的应答；从机流程步骤为：从机判断主机发送的通讯地址是否与本从机地址相符，若相符则解析功能码；若不相符则需进行多层判断：判断主机发送的通讯地址是否为广播地址，若是广播地址则从机不应答主机；若不广播地址则再判断此次通讯是否为用于设置从机地址，若为设置从机地址则从机将更新从机地址；若不为设置从机地址，则判断此次通讯主机将要操作的为非本从机，本从机不应答。
9.根据权利要求3所述的一种一体式变频电机用多功能通讯方法，其特征在于：在对从机地址设置时，通讯协议帧内容包括：从机地址、功能码、寄存器起始地址、数据、校验码、寄存器个数；主机请求帧内容由需要设置的从机地址、功能码、寄存器起始地址、数据、校验码组成；从机请求帧内容由更新的从机地址、功能码、寄存器起始地址、寄存器个数、校验码组成；其中从机地址由一个字节组成；功能码由一个字节组成，当主机发送请求帧到从机时，功能码告知从机需进行哪一类读写操作；在设置从机地址操作的从机应答帧中，功能码通知主机其是否执行了一个正确的操作，正确的操作、错误的操作对应的应答帧功能码不同；寄存器起始地址由两个字节组成，寄存器起始地址指向起始操作对象；设置从机地址通讯帧的数据由两个字节组成，内容为从机地址的值；校验码由主机对除从机地址以外的数据进行计算后加入到消息中，校验码根据校验方式的不同由1个或者2个字节组成；寄存器个数为操作的寄存器个数，其由两个字节组成。
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