基于LPC2148通讯的变频器控制.doc

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1、 目 录1 选题背景11.1 发展现状11.1.1 国内发展现状11.1.2 国外发展现状11.2 设计要求22 方案论证22.1 主控芯片的选择22.2 变频器控制方式的选择33 电路原理设计43.1 主控芯片的简介43.2 UART串行通讯43.3 变频器的简介53.3.1 变频器内部原理简介53.3.2 变频器通讯控制概述63.4 RS485接口电路73.4.1 RS-485简介83.4.2 RS-485与LPC2148的连接93. 5 通讯协议113.5.1 Danfoss FC通讯协议113.5.2 Modbus通讯协议154 变频器驱动软件设计174.1 Danfoss变频器利用D

2、anfoss FC协议驱动设计174.2 三菱变频器利用Modbus协议驱动设计194.3 LPC2148与变频器通讯设计244.3.1 LPC2148与单台变频器通讯的设计244.3.2 LPC2148与多台变频器通讯的设计264.4 调试过程284.4.1 变频器的安装与测试28444.4.2 变频器通讯参数设置284.4.3 联机调试295 结果分析326 总结32致 谢34参考文献35附录A Uart1串口程序代码36附录B 发送数据指令至变频器程序代码38附录C 调试界面41附录D LPC2148引脚分布图42附录E 整个课题原理图42基于LPC2148通讯的变频器控制摘 要变频调速

3、作为交流电机调速的主要手段已经在工业领域中应用的十分广泛，其具有的调速范围宽、稳速精度高、动态响应快、适用范围广、运行可靠等技术性能，已逐步取代直流电机调速系统。变频器一般都带有RS232/422/485通信接口，可以实现上位工控机对变频器的1对1或1对32的通信功能，可将上位机的运行指令下达，或将变频器的运行状态上传。在网络化日益普及的今天，与普通的点对点的硬线连接方式而言，通过高速通讯连接的变频器系统可以最大程度上降低系统的维护时间、提高生产效率、减少运行成本。本文采用在LPC2148的控制下，利用RS-485通讯接口分别与Danfoss、三菱变频器下通过Danfoss FC、Modbus

4、通讯协议通讯，最终能够根据控制要求实现PID闭环自动控制。关键词 变频器，LPC2148，通讯协议， RS-485 ，串行通讯Control by LPC2148 Communication-based inverterABSTRACTFrequency conversion motor speed as a major means of communication in the industry has been applied widely, the wide speed range, high precision and steady speed fast dynamic respons

5、e, and wide application scope, technical performance, reliable operation has been gradually replacing dc motor control system. General inverter with RS232/422/485 communication interface, can achieve superior polymerizing-kettles 1 on 1 of frequency converter to 32 communications or a function, can

6、be PC operation orders, or will the operation state upload. Inverter In the growing popularity of network, and the common today point-to-point connection string, through high-speed communications connection of inverter system can reduce the maximum extent system maintenance time and improve producti

7、on efficiency and reduce operation costs.Based on the LPC2148 under control, using the RS-485 communication interface with Danfoss, mitsubishi inverter Modbus, Danfoss FC under through communication, communication protocol finally able to realize PID closed-loop control requirements for automatic co

8、ntrol.Keywords Variable-frequency, LPC2148, communication protocol, RS-485, serial communication1 选题背景1.1 发展现状1.1.1 国内发展现状变频器在中国的应用始于20世纪80年代末，从1988 年日本三垦公司第一台通用变频器进入中国市场后，经过近多年的推广和使用，通用变频器已得到各行各业的认可，并显示出了它的活力。随着能源的紧缺和认识的深入，20世纪90年代末以来，交流变频调速技术在我国有了突飞猛进的发展。变频调速在调速范围、调速精度、动态响应、低速转矩、通信功能、智能控制、功率因数、节约电

9、能、工作效率、使用方便等方面具有优异的性能，是其他的交流调速方式无法比拟的。通用变频器以体积小、重量轻、通用性强、适用范围广，保护功能完善、可靠性高、操作简便等优点，受到众多行业的欢迎。取得了良好的经济效益和社会效益。同时变频器经常被用于系统复杂、工作环境恶劣、高负荷、长时间运行的工况中，如无人值守泵站、油田磕头机等。变频器故障率在这种环境中自然，比较高，一般都采取事后维修的方式进行，随着电子技术的发展，传统的维修方式将变为故障预报和整机在线维修。有必要对其实现在线工作状态的监测以及常规故障机理的综合分析研究，以便对其故障的事先诊断分析。目前大功率变频器的故障诊断、远程监控系统及智能控制方面取

10、得了较大进展，并已经投入实际运行。1.1.2 国外发展现状国外交流变频器通讯技术的现状：新型变频器一般都带有RS232/422/485通信接口，可以实现上位工控机对变频器的1对1或1对32的通信功能，可将上位机的运行指令下达，或将变频器的运行状态上传。随着变频调速技术、计算机技术、微电子技术、信息技术、网络技术和传感技术等的飞速发展，可以利用上位机来与变频器之间进行数据的传送及控制变频器。在网络化日益普及的今天，与普通的点对点硬线连接方式而言，通过高速通讯连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、提高生产效率、减少运行成本。目前安装的现场总线模块有ProfibusDP、Interbus、

11、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。我们可以有更大的自由根据生产过程来选择主控机的型号和品牌，并非常简单地集成到现有地网络中去。而且通过现场总线模块，可以不考虑变频器的型号，而以同一种语言来与不同功率段、不同型号地变频器进行组构，如功率、速度、转矩、电流、设定值等。由于采用了通讯方式，可以通过上位机来方便地进行组态和系统维护，包括上传、下载、复制、监控、参数读写等。国内外变频调速作为交流电机调速的主要手段已经在工业领域中应用的十分广泛，其具有的调速范围宽、稳速精度高、动态响应快、适用范围广、运行可靠等技术性能，已逐步取代直流电机调速系统。正是基于变频器的发展，在我们毕业

12、设计大课题多功能智能烘烤科学试验箱中，我们选用变频器来控制三相异步电动机的转向和转速。其中利用LPC2148与变频器的通讯来更改变频器的参数设置。1.2 设计要求1、熟悉电路设计、掌握LPC2148的应用开发。2、熟悉变频器的原理、功能及使用。3、掌握LPC2148和变频器的MODBUS通信协议及其他通信协议。4、掌握RS-485的接口电路。5、实现LPC2148对单个及总线上多台变频器的参数设置。6、实现对丹弗斯、三菱两种类型变频器通信控制。2 方案论证2.1 主控芯片的选择方案一：利用PLC控制变频器运行参数的设置。方案二：利用单片机以通信的方式对变频器运行参数进行设置。方案三：利用LPC

13、2148以通信的方式对变频器运行参数进行设置。通常使用上位机、PLC、变频器构成一套监控系统，PLC作为桥梁把变频器与上位机联系起来，向下控制变频器，向上实现与上位机的数据交换。如今变频器提供了标准的工业RS485通信接口和内置协议，为计算机监控管理提供了方便。若变频器直接与上位机相连，省去了PLC，降低了成本，便于实现分布式控制。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路、1 个USART）集

14、成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。LPC2148 是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16 位ARM7TDMI-SCPU 的微控制器，并带有32kB 和512kB 嵌入的高速Flash 存储器。由于内置了宽范围的串行通信接口（从USB 2.0 全速器件、多个UART、SPI、SSP到I2C 总线）和8kB40kB 的片内SRAM，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、软modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个32 位定时器、1 个或2 个10 位ADC、10 位DAC、PWM 通道、45 个高速GPIO 以及多达9个边沿或电平触发的外

15、部中断管脚，使它们特别适用于工业控制和医疗系统。通过三种控制器的比较，最终方案三，利用LPC2148控制器，主要由于LPC2148功能更强大，端口多，有两个UART 能够满足我们毕业设计大课题多功能智能烘烤科学试验箱的要求，需要两个UART分别控制变频器与液晶显示、需要较多的端口来控制四个电机、一个USB接口用于存储数据、一个温度传感器接口、八个限位开关、两个备用继电器、六个按键接口。若利用单片机，要增加不少外围电路，使电路更为复杂。而使用PLC控制成本高。2.2 变频器控制方式的选择方案一：通过变频器面板操作，即通过操作面板改变频率的输出和其他运行参数;方案二：在变频器模拟量输入端输入010

16、V或420mA信号,通过改变输入模拟量的大小控制变频器的输出频率;方案三：通过变频器的通讯口(多为RS-485)进行控制。 第一种方案一般用于现场手动调节和参数设定，后二种方案多用于自动调节和远程控制。工控领域中常用的PLC、DCS等控制系统都具有适用于变频器接口条件的控制模块，可以方便的实现变频器的闭环自动控制，在大中型的控制系统中使用较为普遍。而对于一些小型实验装置和嵌入式控制装置，处理器在控制变频器之外，一般还需要处理键盘输入、显示屏、数据采集和其它过程控制等工作，这种控制要求更适合采用ARM7或单片机系统作为控制核心。使用ARM7或单片机控制变频器可以选择后二种方案，采用通讯口方式控制

17、，其优点是控制功能全面，通过相应的电平转换电路适合变频器的通讯口形式(RS484/RS232/CAN等)，就可与变频器进行通讯，硬件简单，二者间的连线数量少连接方便。 同时考虑到我们毕业设计大课题多功能智能烘烤科学试验箱的要求，利用ARM7发送命令直接控制。因此在后两种方案中，方案三通过变频器的通讯口(多为RS-485)进行控制符合我们的要求。3 电路原理设计3.1 主控芯片的简介LPC2148 是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16 位ARM7TDMI-SCPU 的微控制器，并带有32kB 和512kB 嵌入的高速Flash 存储器。128 位宽的存储器接口和独特的加速结构使32 位

18、代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16 位Thumb 模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。较小的封装和很低的功耗使LPC2148特别适用于访问控制和POS 机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信接口（从USB 2.0 全速器件、多个UART、SPI、SSP到I2C 总线）和8kB40kB 的片内SRAM，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、软modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个32 位定时器、1 个或2 个10 位ADC、10 位DAC、PWM 通道、45 个高速GPIO 以及多达9个边沿或电平触发的

19、外部中断管脚，使它们特别适用于工业控制和医疗系统1。其中LPC2148的引脚分布图见附录D3.2 UART串行通讯UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。1该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。UART首先将接收到的并行数据转换成串行数据来传输。消息帧从一个低位起始位开始，后面是7个或8个数据位，一个可用的奇偶位和一个或几个高位停止位。接收器发现开始位时它就知道数据准备发送，并尝试与发送器时钟频率同步。如果选择了奇偶，UART就在数据位后面加上奇偶位。奇偶位可用来帮助错误校验。在接收过程中，UART从消息帧中去掉起始位和结束位，对进来的字节进行奇偶校验，并将数据字节从串行转换成并行。

20、UART也产生额外的信号来指示发送和接收的状态。例如，如果产生一个奇偶错误，UART就置位奇偶标志。LPC2141/42/44/46/48 包含2 个UART。除了标准的发送和接收数据线外，LPC2144/46/48UART1 还提供一个完全的调制解调器控制握手接口。与先前的LPC2000 微控制器相比，LPC2141/42/44/46/48 的UART 在两个UART 中引入分数波特率发生器，使能这些微控制器来激活标准波特率如115200（具有2MHz 以上的晶振频率）。另外， 在硬件中完全实现自动-CTS/RTS 流控制功能（UART1 仅用于LPC2144/46/48）。特性：h

21、8698; 16 字节接收和发送FIFO。􀁺 寄存器位置遵循 550 工业标准。􀁺 接收器 FIFO 触发点为1、4、8 和14 个字节。􀁺 内置分数波特率发生器，包括波特率的宽范围而无需特定值的外部晶体。􀁺 发送 FIFO 控制使能实现2 个UART 的软件（XON/XOFF）流控制。􀁺 LPC2144/46/48 UART1 带有标准的调制解调器接口信号。该模块也完全支持硬件流控制（自动-CTS/RTS）。其中LPC2148中UART管脚名称及功能如表3-2-1所示：表3-2-1 LPC2148中UA

22、RT管脚描述管脚名称UART管脚功能描述说明P0.0TxD0串行输出串行发送数据P0.1RxD0串行输入串行接收数据P0.8TxD1串行输出串行发送数据P0.9RxD0串行输入串行接收数据3.3 变频器的简介变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），这可能是现代科技由中文反向译为英文的为数不多实例之一。（但VFD也可解释为Vacuum fluorescent display，真空荧光管，故这种译法并不常用）。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作

23、VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter）。3.3.1 变频器内部原理简介变频器2是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它主要由两部分电路构成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板）。CPU就安装在控制电路板上，变频器的操作软件烧录在CPU上，同一型号的变频器软件是固定的，唯一例外的就是三晶变频器，软件可根据使用需求更改。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是

24、电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。3它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。 平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波

25、回路。 逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。 控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 驱动电路

26、：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。 3.3.2 变频器通讯控制概述当前，在机器和设备的控制系统中，对变频器采用串行通讯的进行控制的应用越来越广泛，与传统的控制方式相比较，3通讯控制有以下几个方面主要优点： 1、变频器控制线路连接的最简单化 由于大多数工业总线的物理层均为RS-485连接，由控制器

27、(工业控制计算机或PLC)至变频器的控制线路 可采用最简单的屏蔽双绞线即可实现，与传统的端子控制相比较，不仅可以节省线缆的费用，同时也 最大地避免了人工配线过程中出现的失误。 2、变频器与控制器的直接数字交换 由于控制器和变频器均为数字控制器件，采用通讯控制可以实现两者之间的直接数字交换，与传统的控制方式相比较，不仅可以节省控制系统A/D、D/A模块的费用，同时，其控制精度也得到了极大的提高。 例如，对变频器采用传统的模拟量控制时，其频率给定精度在50Hz时为0.05Hz，100Hz时为0.1Hz；如采用通讯控制时，则其精度在最大运行频率(如400Hz)范围内可达到1转(相当于约0.01Hz)

28、。 3、多台变频器的远程集中监控 随着机器和设备的自动化水平提高，对变频器的远程集中监控已经成为控制系统的必然趋势，采用传统的控制方式基本上无法满足其要求，而采用通讯控制则轻而易举。 采用通讯控制方案，可以通过控制器对远程多台变频器实现： 对变频器配置参数的调整 对变频器调节参数的整定 对变频器的监视及启/停控制 对变频器的故障管理及其故障后重新起动 4、变频器远程/本地切换控制 这是变频器通讯控制的一个可选功能，允许在调试阶段或控制器/通讯线路出现故障时，对变频器进行本地控制(通过操作面板或端子控制)。3.4 RS485接口电路电子工业协会（EIA）于1983 年制订并发布RS-485标准，

29、并经通讯工业协会（TIA）修订后命名为TIA/EIA-485-A，习惯地称之为RS-485标准。RS-485标准是为弥补RS232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。4RS-485标准数据信号采用差分传输方式（Differential Driver Mode），也称作平衡传输，RS-485标准的最大传输距离约为1219 米。通常，RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体，平衡双绞线的长度与传输速率成反比。在这里尤为注意并不是所有的RS-485收发器都能够支持高达10Mbps的通讯速率。如果采用光电隔

30、离方式，则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。3.4.1 RS-485简介随着现代化社会生活的迅速发展，工业自动化的程度越来越高。在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中，也常常使用简便易用的串行通讯方式作为数据交换的手段。但是，在工业控制等环境中，常会有电气噪声干扰传输线路，使用RS232通讯时经常因外界的电气干扰而导致信号传输错误；另外，RS232通讯的最大传输距离在不增加缓冲器的情况下只可以达到15 米。为了解决上述问题，RS-485标准通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。 RS-485标准采用平衡式发送，差分式接收

31、的数据收发器来驱动总线。因为RS-485的远距离、多节点（256个）以及传输线成本低的特性，是EIA RS-485称为工业应用中数据传输的首选标准。RS-485接口是在RS232接口的基础上推出的性能更优的一种串口。由于RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站功能等优点，它成为应用越来越广泛的串行接口。 此外，RS-485接口组成的半双工网络一般只需二根屏蔽双绞电线，这为长距离的通讯线路节省了很多配线，降低了系统的成本。典型的串行通讯标准是RS232和RS-485，它们定义了电压,阻抗等，但不对软件协议给予定义，5区别于RS232, RS-485的特性包括： RS-485的电

32、气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（26）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（26）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。 RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。 RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的R

33、S-485接口方便地建立起设备网络。 RS-485编程串口协议只是定义了传输的电压，阻抗等，编程方式和普通的串口编程一样，因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS-485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS-485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS-485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS-485采用DB-9（针） 3.4.2 RS-485与LPC2148的连接RS485有两线制和四线制两种接线，6四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在

34、多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。7在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有两个原因：(1)共模干扰问题： RS-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7+12V，只有满足上述条件

35、，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。(2)EMI问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。一般终端的匹配采用终端电阻方法，8 9 RS-485应在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻。终接电阻在RS-485网络中取120。相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100120。这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合。另外一种比较省电的匹配方式是RC匹

36、配。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。 还有一种采用二极管的匹配方法，这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著。RS-485通讯接口定义的标准 英式标识为 TDA(-) 、TDB(+) 、RDA(-) 、RDB(+) 、GND 美式标识为 Y 、Z 、 A 、 B 、 GND 中式标识为 TXD(+)/A 、TXD(-)/B 、RXD(-) 、RXD(+)、GND RS-485两线一般定义为: A, B或Date+,Date- 即常说的：”485，485”

37、 RS-485四线一般定义为： Y,Z,A, B,一般RS-485协议的接头没有固定的标准，可能根据厂家的不同引脚顺序和管脚功能可能不尽相同，但是官方一般都会提供产品说明书，用户可以查阅相关rs485管脚图定义或者引脚图RS-485接口电路设计采用终端电阻方法，其电路设计图如图3-4-1：图3-4-1 RS-485四线制接口电路图3-4-2 RS-485两线制接口电路3. 5 通讯协议通信协议又称通信规程，是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式，同步方式，传送速度，传送步骤，检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守，它也叫做链路控制规程10。以下主

38、要介绍了变频器中常用的通讯协议。3.5.1 Danfoss FC通讯协议Danfoss FC协议是 Danfoss 公司推出的一种应用于其自动化产品的串行通信协议，它具有帧结 构简单，容易实现等优点。通过FC协议可以构成一个主从式控制网络，实现对多个自动化产品 的网络化控制。主机可以是PC机、PLC或单片机系统等。报文的传输由主机控制，当不使用中继 器时，主机最多带31个从机，若使用中继器，则最多可带 126 个从机。主机不断发出某个地址的报文给从机，等待从机的响应。只有当一个从机收到一个无错信息而且被寻址时，该从机才能发出响应。Danfoss FC协议的典型应用就是对变频器的 控制，11Da

39、nfoss变频器具有 RS-485接口，并内置了FC协议，通过串行通信，主机除了能对变频器的 输出进行控制，还可以实现对变频器的绝大部分 参数进行调节和控制。Danfoss FC协议规范简介（1）数据格式 报文中的数据格式为11位：1个起始位，8个数据位，1个结束位和1个奇偶校验位。（2）报文结构 每个报文由一个起始字节（STX）开始，随后紧跟一个表示报文长度的字节LGE，和表示变频器地址的字节ADR。然后是数据字节。整个报文由一个数据控制字节(BCC)来结束。表3-5-1 报文结构 STXLGEADRDATABCC STX STX为起始字节，固定为STX=02H。 LGE 电报长度是数据字节

40、个数、地址字节ADR以及数据控制字节BCC三者之和。如果电报有4个数据字节，则其长度为：LGE=4+1+1=6个字节如果电报有12个数据字节，则其长度为：LGE=12+1+1=14个字节如果电报含有文本，则其长度为10+n个字节。10是固定字符数，而n是可变的（取决于文本的长度）。 ADR变频器地 址(ADR)可以使用两种不同的地址格式，其中变频器的地址范围分别为1-31或1-126。a 地址格式 1-31这种地址范围的字节有以下特征：位7=0（地址格式1-31有效） 位6不适用 位5=1：广播、地址位(0-4)，不使用位 5=0：没有广播位0-4=变频器地址1-31b 地址格式1-126使用

41、地址范围1-126时，其字节有以下特征：位7=1（地址格式1-126有效）位0-6=变频器地址1-126位 0-6 = 0 广播从系统在对主系统的回复电报中会原封不动地将该地址字节发回。 BCC数据控制字节由以下方法得到：先置BCC初值为零，从报文的第一个字节开始，依次与BCC按位做“异或”运算，结果赋予 BCC,直到除BCC外的最后一个字节运算结束，所得的值就是BCC的值。 DATA 数据块的结构取决于报文类型。 有3种类型的报文，它们适用于控制报文（主机从机）和应答报文（从机主机）。它们分别是： a 参数数据块 用于主从机之间的参数传递，由 12个字节组成；同时还包含下面将提到的过程块。表

42、3-5-2 参数数据块PKEINDPWEhighPWElowPCD1PCD2PKE由2字节组成，高4位（AK）用于传送参数命令，低12位（PNU）用于参数编号。如图3-5-1所示图3-5-1 PKE组成参数字节第12-15位属于参数命令和响应(AK)位，用于传输参数命令（由主到从），并且将从系统处理过的回复传回到主系统。参数指令如表3-5-3所示表3-5-3 参数指令由主到从的参数命令：位编码15141312参数命令0000无命令0001读取参数值0010将参数值写入RAM(字)0011将参数值写入RAM(双字)1101将参数值写入RAM和EEPROM（双字）1110将参数值写入RAM和EEP

43、ROM（字）1111读/写文本由从到主的回复：位编码15141312回复0000无回复0001传输的参数值（字）0010传输的参数值（双字）0111命令无法执行1111传输的文本IND IND(Index)和PNU一起使用，用于指明某参数的子条目。PWE 参数值块包含2个字（4个字节），用于指定参数的值。PCD1和PCD2为过程块。 利用参数数据块可以对变频器的各种参数进行读取和修改，如：变频器参数207 为输出上升时间，要读取它的值，主机发送如下请求：PKE=10CFH，其中高4位AK=0001，为读参数命令，低12位为 0CFH=207为参数编号；IND=0000H，该参数无子条目；PWE

44、high=0000H；PWElow=0000H；如果参数207 上升时间的参数值是10s，则从机的应答为 PKE=10CFH； IND=0000H; PWEhigh=0000H; PWElow=000AH；b 文本块 用于通过数据块读写文本。表3-5-4 文本块PKEINDCh1ChnPCD1PCD2c 过程块 即 PCD1和PCD2，由 4个字节的数据组成，有两种情况。一是用于主机到从机时，它包括控制字（前2个字节）和串行通信参考值（后2个字节）。控制 字用于主机传送命令到变频器，每位的定义可参阅其产品手册，串行通信参考值作为一个16位字传送给变频器，作为其给定输入，用于控制电机的速度和方向

45、。其格式如下：16位字的值-40004000H对 应 于 变 频 器 给 定 范 围 的-100% 100%,控制字负数用补码表示，输出负数表示电 机反转。二是用于从机到主机时，包括状态字和输出频率，格式类似于控制字和串行通信参考值。同FC 协议对应的控制字，用于从主系统（例如PC）向从系统发送命令如图3-5-2、表3-5-5所示。图3-5-2 控制字的结构表3-5-5 同FC 协议对应的控制字位位=0位=100预置参考值，低位（lsb）01预置参考值，高位（msb）02直流制动03惯性停止04快速停止05锁定输出频率06加减速停止启动07复位08点动09无效无效10数据无效数据有效11启用继

46、电器 112启动继电器 213菜单选择 低位（lsb）14菜单选择 高位（msb）15反转3.5.2 Modbus通讯协议Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化(Schneider Automation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。 ModbUS协议是一个主从协议。同一时间，只能将一个主站和最多247个从站连接到总线。Modbus通信总是由主站发起，当从站没有收到来自主站的请求时，不会发送数据。主站同时只能启动一个Modbus事务处理，从站之间不能相互通信。主站用两种模式向从站发出Modbu