基于日普变频器的串行通信程序浅析

引言

计算机串行通信是计算机与控制设备（如变频器）进行数据传送的一种通信方式，也是实现工业自动控制经常用到的通信模式。每一种通信方式都严格约定了与其对应的通信协议。要确保计算机与变频器之间能正常通信，就必须遵照变频器通信协议编写通信程序。本文就带有rs-485通信接口的日普变频器作为研究对象，设计了变频器网络监控的方案，实现了对变频器各项参数的在线监视和控制。以下就围绕如何在c++builder编程环境下，利用api函数编写计算机与日普变频器（rp3200）之间的串行通信程序进行阐述。

串行通信

串行通信在工业系统控制的范畴中一直占据着极其重要的地位，串行端口（rs-232）是计算机上的标准配置，常用于连接调制解调器来传输数据，在计算机的硬件设备管理器中可以看到，定义为com1、com2等。常用的串行通信方式有两种，分别是rs-232和rs-485，本文以rs-485方式为例进行介绍。

使用c++builder api函数编写通信程序

c++builder本身不提供单独的串行通信组件，这不是说它不能使用这项功能，而是必须使用一些windowsapi函数来达到这个目的。windowsapi是由操作系统提供的函数，这些函数可以为程序设计人员提供相当多的执行功能，就连操作系统本身也是由这些api函数所组成，由于已经将win32api均声明进去了，因此在中使用api时只要直接使用即可。使用时必须以api函数的定义使用，才可以得到正确的结果，尤其参数的定义更是重要，使用时必须注意和定义相符，否则执行结果将会出错，以下就先说明这些必备的函数。

c++builder中与串行通信相关的api函数

c++builder本身并不提供单独的串行通信组件，而是使用一些windowsapi的函数来达到此目的。这些函数是由操作系统所提供，可以为程序设计人员提供相当多的执行功能。api中与串行通信相关的函数约有20个，以下对经常使用的函数作以讨论。

打开串行端口

hcomm=createfile（comno，generic_read|generic_write，

0，null，open_existing，1，0）

函数参数定义如下：

hcomm：createfile（）函数的返回值，程序使用此返回值进行相关的串行端口操作。

comno：定义串行端口号，为com1、com2等。

generic_read|generic_write：对串行端口的读/写操作。

0：是否共享串行端口，通常不会将串行端口与其它程序共享，因此设为0，否则为1。

null：函数的返回值hcomm是否可被子程序继承，此处设为不可继承。

open_existing：打开端口的方式，串行端口是一种设备，必须指定为open_existing方式。

1：使用同步或异步方式传输数据，变频器为异步方式，因此设为1。

0：由于使用串行端口编程，设为0。

得到串行端口状态

getcommstate（hcomm，&dcb）

函数参数定义如下：

hcomm：createfile（）函数的返回值。

dcb：串行端口控制块地址，负责对串行端口参数进行设置，具体参数如下：

dcb.baudrate：设置串行端口的波特率，有19200kb/s、9600kb/s、4800kb/s几种，一般为：9600kb/s。

dcb.bytesize：设置串行端口的数据位数，有5、6、7、8几种，变频器数据位数为8。

dcb.parity：设置串行端口的校验位检查，有none、even、odd几种，设为none。

dcb.stopbits：设置串行端口的停止位数，有1、1.5、2几种，变频器的停止位数为1。

设置串行端口状态

setcommstate （hcomm，&dcb）

函数参数定义与getcommstate（）函数相同。

向串行端口写数据

writefile（hcomm，senddata，bs，&lrc，null）

函数参数定义如下：

hcomm：createfile（）函数的返回值。

senddata：写数据的地址。

bs：写入数据的字节数。

lrc：被写入的数据地址。

null：写入数据的同步检查，串行端口采用同步通信时可以设为null。

清除串行端口的错误或将串行端口当前的数据状态送至输入缓冲区

clearcommerror（hcomm，&dwerror，&cs）

函数参数定义如下：

hcomm：createfile（）函数的返回值。

dwerror：返回错误信息代码。

cs：指向串行端口状态的结构变量。

从串行端口的输入缓冲区读出数据

readfile（hcomm，inbuff，cs.cbinque，&nbytesread，null）;函数参数定义如下：

hcomm：createfile（）函数的返回值。

inbuff：指向用来存储数据的地址。

cs.cbinque：读取数据的字节数。

nbytesread：总的读取字节数。

null：如果不进行后台工作，串行端口设为null。

关闭串行端口

closehandle（hcomm）

函数参数定义如下：

hcomm：createfile（）函数的返回值。

变频器的监控系统设计

硬件连接框图

本文设计的监控系统采用平衡发送和差分接收方式实现通信。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力。rs-485最大的通信距离可达1219m，rs-485最大传输速率为10mb/s。rs-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。

rs-485总线一般最大支持32个节点。

本设计采用带有rs-485接口的日普变频器（rp3200）控制电机运转，上位计算机和变频器进行通讯，计算机通过读写变频器的参数来监控变频器的运行状态。上位机为主控计算机，下位机为被控变频器（最多为31个）。主控和被控之间的串行控制信号始终是主控启动传送，被控对此作出响应。某一个时刻，主控和一个被控进行信号传送，所以要预先给每个被控分配地址号，并由主控指定地址执行发送。被控接收到主控来的信号后执行其功能，并返回应答给主控。由于计算机本身支持rs-232串行通信方式，所以需要用rs-232与rs-485转换器将计算机与变频器连接起来。上位机与变频器控制组网结构如图1所示。

变频器通信功能设置

此变频器控制命令和方式有三种：数字面板控制、端子控制和rs-485通讯控制，变频器的默认出厂设置为变频器控制面板控制，这不符合我们与pc

机通讯的要求，为了能使变频器与 pc机之间通讯，我们对变频器作如下设置：

操作方式选择

在数字面板中选择参数设定，将运行方式按表1设置为rs-485运行方式。

通信参数设定

通信地址设定：定义设备地址 1 – 31，在线不允许两个设备占用一个地址

传送中断检测时间：设定 范围为：0-60sec

通信规格设定：

接口：rs-485 同步方式：异步

传输参数：

波特率：可从 1200，2400，4800，9600，19200 等中选择

停止位：固定为 1位

变频器通信命令介绍

通信数字符格式

数字符格式如图2所示。

1位起始位，8位数据位，奇校验，1位停止位。

纠错方法

在信息后加checksum， checksum等于所有字节（hex）之和的最后一字节，转换为ascii码。

数据包格式

类似modbus ascii格式，格式如下。

header akp1p0 d3d2d1d0 s delimiter

格式解析：

【header】：3ah

【delimiter】：0dh，0ah

a、k、p1p0、d3d2、d1d0、s分别为单字节十六进制数，转换为ascii码。

【a】：从机（变频器）地址。变频器地址范围为（1－31），a必须存在。

注：地址a=00h时对所有从机有效，且所有从机不回送响应信息。故a=00h只能发送运行命令操作。

【k】：数据包功能代码。

【p1p0】：参数序号。参数标号，两字节十六进制数。

【d3d2d1d0】：参数值：去掉小数点的参数值，共四字节的十六进制数，先发高位，后发低位。

【s】：和校验字。s是上面所有字节十六进制之和（a+k+p1p0+d3+d2+d1+d0）取最后一字节（bit7-bit0）值，转换为ascii码。

其中k、p、d3d2d1d0参数定义如表3所示。

计算机与变频器串行通信程序实现

通信主程序的设计架构

设计通信主程序的主要功能是：实现计算机对变频器的运行控制和状态监视，即构成一个闭环监控系统。程序设计架构如图3示。

例1：变频起运行参数设定

1#变频器在运行状态下改变它的“设定频率”为35.00hz

方法如下：

35.00去掉小数为3500d=0dach

a=1=01h （变频器地址为“01h”）

k=04h （运行参数设定为“04h”）

p1p0=0001h （运行时设定频率为“0001h”）

d3=00h （数据高字节为“00h”）

d2=00h （数据次高字节为“00h”）

d1=0dh （数据次字节为“0dh”）

d0=ach （数据低字节为“ach”）

s=c9h （和校验字节为“c9h”）

（s=0bh+04h+00h+01h+00h+00h+00h+0dh+ach=c9h）

主机先后依次发送字节如下的数据包ascii：

3ah，30h，42h，30h，34h，30h，30h，30h，31h，30h，30h，30h，30h，30h，44h，41h，43h，43h，39h，0dh，0ah

变频器回复主机相同数据。

部分通信代码如下：

打开通讯端口代码

char *comno;

dcb dcb;

string temp;

temp=“com”+inttostr（rdcom-》itemindex+1）;

comno=temp.c_str（） ;

hcomm=createfile（comno，generic_

read|generic_write，0，null，open_existing，0，0）;

if（hcomm==invalid_handle_value）

{

statusbar1-》simpletext=“打开通信端口错误！”;

return;

}

else

statusbar1-》simpletext=“端口已打开！”;

sleep（100）;

getcommstate（hcomm，&dcb）;

dcb.baudrate=cbr_9600;

dcb.bytesize =8;

dcb.parity =noparity;

dcb.stopbits =onestopbit;

setcommstate（hcomm，&dcb）;

if（！setcommstate（hcomm，&dcb））

{

statusbar1-》simpletext=“通信端口设置错误！”;

closehandle（hcomm）;

return;

}

发送数据代码

int i=0;

unsigned char sends［21］;

unsigned long lrc，bs;

sends［0］=3ah; //header

sends［1］=30h; //a

sends［2］=31h;

sends［3］=30h;//k

sends［4］=34h;

sends［5］=30h; //p1

sends［6］=30h;

sends［7］=30h; //p0

sends［8］=31h;

sends［9］=30h; //d3

sends［10］=30h;

sends［11］=30h;//d2

sends［12］=30h;

sends［13］=30h; //d1

sends［14］=44h;

sends［15］=41h; //d0

sends［16］=43h;

sends［17］=43h; //s

sends［18］=39h;

sends［19］=0dh; //delimiter

sends［20］=0ah;

for（i=0;i++;i《21）

{

if（hcomm==0）

return;

writefile（hcomm，sends，1，&lrc，null）;

}

接收数据代码

int ln;

unsigned long lrc，bs;

char inbuff［1024］;

dword nbytesread，dwevent，dwerror;

comstat cs;

if（hcomm==0）

{

mreceive-》text=“读取过程有问题，已跳出！”;

return;

}

if（hcomm==invalid_handle_value）

{

mreceive-》text=“读取过程有问题，已跳出！”;

return;

}

clearcommerror（hcomm，&dwerror，&cs）;

if（cs.cbinque）

{

readfile（hcomm，inbuff，cs.cbinque，&nbytesread，null）;

inbuff［cs.cbinque］=`\0`;

mreceive-》text=inbuff;

interceptrece（mreceive-》text）;

}

else

mreceive-》text=“未读取到数据！”;

以上代码在winxp sp2操作系统， c++builder6 编程环境下调试编译通过。

结语

通过对带有rs-485通信接口的日普系列变频器的研究，设计了可行的变频器网络监控系统方案，在c++builder编程环境下，利用api函数，实现了变频器各项参数的在线监测与控制。提高了变频器控制的自动化水平。