控制网

李方园（1973-）

男，浙江舟山人，毕业于浙江大学电气自动化专业，高级工程师，长期从事于变频器等现代工控产品的应用与研究工作。



    摘要：通讯功能是所有变频器都会配置的，如提供RS232、RS485串行通讯或总线通讯，目前有很多远程控制、自动控制等都会用到该功能。但是变频器通讯一旦故障，涉及面会特别广。本文将主要探讨变频器通讯故障形成的原因及其处理措施，并以“远程盒无法通讯”案例阐述了通讯故障排除的步骤。

    关键词：变频器；通讯故障；主站；从站

    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

    通讯功能是所有变频器都会配置的，如提供RS232、RS485串行通讯或总线通讯，并以此为基础，组成单主单从或单主多从的通讯控制系统，并利用上位机（PC机、PLC控制器或DCS控制系统）软件可实现对网络中变频器的实时监控，完成远程控制、自动控制，以及实现更复杂的运行控制，如无限多段程序运行。因此，变频器通讯一旦故障，涉及面会特别广。

    通过综合变频器的故障现象，通讯故障主要集中硬件接线错误、通讯卡失常、EMC干扰、通讯协议出错、总线软件配置出错等。

    本文将主要探讨变频器缺相故障的危害、检测方法及其处理措施。

2 变频器的通讯功能

    在交流调速全数字化的过程当中，各种通讯总线也扮演了相当重要的角色。STD总线、工业PC总线、现场总线以及CAN总线等在交流调速系统的自动化应用领域起到了重要的作用。

    新型通用变频器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装RS485接口，可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等，通过选件可与现场总线：Profibus-DP、Interbus-S、DeviceNet、Modbus、Plus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CAN、Open、T-LINK等通讯。如西门子、VACON、富士、日立、三菱、普传、台安、东洋等品牌的通用变频器，均可通过各自可提供的选件支持上述几种或全部类型的现场总线。

    计算机网络的发展，使"天涯若咫尺"，依靠计算机网络对变频器进行远程控制也是一个发展方向。通过RS485接口及一些网络协议对变频器进行远程控制，这样在有些不适合于人类进行现场操作的场合，也可以很容易的实现控制目标。

    数字化网络功能在近年的变频器国际展会上都是重头戏，包括AB公司的PF系列变频器，都提供了网络接入方案，如最新的PowerFlex4变频器具有内置的RS485通信能力，可以用在多种网络联接中使用，同时PowerFlex4变频器可以通过装有DriveExplorerTM或DriveExecutiveTM软件的微机进行编程和控制。

    作为执行机构，变频器的网络化配置主要基于3个层面：设备层、控制层和信息层。可以配接最基本的RS232/RS485串行通讯协议、PROFIBUS等的现场总线协议以及INTERNET局域网协议。

    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、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用户可以有更大的自由根据生产过程来选择PLC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，而以同一种编程语言和程序结构来与不同功率段、不同型号的变频器进行组构，如功率、速度、转矩、电流、设定值等。

3 变频器通讯故障的对策

    变频器通讯故障主要检查以下三方面的内容：

    （1）通讯接口的硬件接线和配置

    硬件是通讯建立的基本条件，但是在实际运行中，发现变频器通讯故障很大一部分是来自硬件问题，尤其是EMC问题。因此，一旦通讯故障时，必须首先查通讯接口的配线，并需注意以下事项：① 每台变频器的PE端就近单点接地；② 每台变频器的地线GND连在一起；③ RS485通讯采用屏蔽电缆，且屏蔽电缆采用单端接地方式，屏蔽电缆的地线和RS485通讯模块的外壳PE接在一起。

    在采用以上标准配线仍不能解决通讯故障时，还可以继续采取以下措施：① 采用隔离的RS485通讯模块；② 当由于干扰是从GND线串入变频器或外部设备的，导致变频器或外部设备不能正常工作时，可断开各台变频器相连的GND连线。

    （2）通讯协议的参数设置

    常规的变频器通讯分为三种：① 变频器RS232接口与上位机RS232通讯；② 变频器通过RS232口后再接调制解调器MODEM与上位机联机；③ 变频器RS485接口与上位机RS485通讯。因此，在变频器中必须设置相对应的通讯参数。

    （3）通讯软件的配置

    由于很多变频器系统都是建立在总线控制基础上，因此，总线系统的软件配置是检查通讯故障的难点。只有将通讯软件故障排除了，变频器的通讯故障才会彻底消除。

    对于通讯故障，艾默生变频器EV /TD主要表现为两种情况，一种是有故障代码显示，即“E017”（RS232/485通讯错误），还有一种是无故障代码显示，对于前者而言，其故障定位如图1所示。

                              图1   艾默生通讯故障定位

    而对于无故障代码的通讯故障，则必须首先查看系统配置，找到故障原因所在，然后再重新配置系统。

4 案例分析：远程操作盒无法通讯

    （1）故障现象

    图2所示为某碳酸钙企业在中控室通过变频器的远程控制盒来操作150米外的1台艾默生TD2000-4T2000G变频器（研磨机电机），在接好线后，并将F00、F02设成了串行通讯设定和通讯控制有效外，其余的均用出厂参数，但开机后变频器显示E017（RS232/485通讯错误）。

                                    图2   远程控制示意

    （2）分析处理

    图3所示为艾默生TD/EV系列变频器的远程操作器连线示意，该远程操作器型号为TDO-RC02，与其变频器TD2000/2100系列操作器键盘的外观、基本操作方法以及显示风格等基本一致。它是采用内置RS485通讯方式实现远程操作控制的，工作电压为直流24V，在距离只有几十米的范围内可以采用变频器内部直流电源，若超过50米以上或者变频器内部直流电源另有他用，可以选用10W左右的标准直流24V电源。由于采用通讯方式实现远程操作控制，所以该操作器的安装距离可以在数百米范围内正常工作，并且通过采用不同的通讯地址对多达32台变频器进行远控操作。这些操作内容包括正反转运行、电动运行、停机、功能码设置、功能码参数查看、运行参数查看、故障复位等。

                              图3   艾默生变频器远程操作器连线

    检查变频器与远程操作盒的通讯格式是否匹配，发现两者之间的地址和通讯格式均不一致，现修改参数如下：

    D002：从机地址设置

    本功能码用于设定当前操作的从机地址，实际有效设定范围为组网从机的本机号码范围，超过组网的从机本机号码范围时，无法与指定的从机通讯，则远程控制盒相关控制无效。但是，即使D002=0与变频器F118＝0相同，也是不能通讯的。因为地址“0”已经预留给变频器厂家，用户使用无效。因此，本系统可以选择地址为D002=F118=10。

    D003：通讯波特率

    本功能码用于设定与从机进行串行通讯的数据速率，0～3分别代表9600bps、4800bps、2400bps、1200bps四种传输速率。现变频器F116=5即9600bps通讯速率，将D003设定为0即可。

    D004：数据格式

    本功能码用于设定串行通讯中采用的数据格式，且采用1位起始位、8位数据位和1位停止位，校验方式分别为“0”（无校验）、“1”（奇校验）和“2”（偶校验）。现变频器参数F117=0为无校验方式，即选择D004=0。

    参数修改后，按STOP/RESET键复位，变频器恢复正常，通过远程操作盒能够正常控制变频器的运行。

    （3）案例归纳

    用远程操作盒进行变频器控制时，必须按照变频器说明书正确接线的同时，还要设置好相关的通讯参数，即要求变频器与远程操作盒的通讯参数一一对应，并保持一致。如本案例中，波特率、数据格式和地址设置只要有一个不一致，就不能进行正常的通讯。

5 结束语

    串口通讯是由一台上位机与多台从站构成，主站与从站之间的串行通讯通常是主站发出信号，从站响应信号。在某一时刻，主站和一台从站进行通讯。因此，用户首先必须设置每个从站的地址、通讯速率、通讯协议，这样主站就可以通过指定地址进行信号传送，而从站接到来自主站的指令执行预定功能，并发送一个响应信号给主站。

参考文献

[1] 李方园. 变频器行业应用实践[M].  北京: 中国电力出版社，2006.

[2] 李方园. 变频器自动化工程实践[M].  北京: 电子工业出版社，2007. 

[3] 李方园. 变频器故障排除[M]. 北京: 化学工业出版社，2009.

[4] 马骏，张腾. 济钢KR罐车变频器F011过电流故障的处理[J]. 变频器世界，2007(5).