基于LabVIEW的PC機與變頻器的串口通信

1 引言

近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規模集成電路的發展，生產工藝的改進及功率半導體器件價格的降低，變頻器調速越來越被工業上所采用。在摩擦學測試系統中，用變頻器控制電機實現試驗設備的速度調節已經成為一種非常重要和有效的控制手段。

由于摩擦學試驗機和摩擦學測試的特殊性，摩擦學試驗中的變頻器調速有著不同于一般工業變頻控制的特點。一方面，要求變頻器調速能夠在較大范圍內滿足摩擦學測試的要求，使得試驗結果具有可比性；另一方面，摩擦磨損試驗過程中，對控制有一些特殊的要求，例如需要特殊的速度、運動的非周期性以及設備的快速啟動和停止等。在一些疲勞試驗中，甚至要求電機進行寸動或者往復運動以檢測材料的性能，有的試驗現場對人體的損害比較大，需要遠距離進行控制和檢測電機的運轉情況。所以，必須利用計算機程序控制變頻器實現一些特殊控制功能。這就要求計算機與變頻器之間存在有效的通訊功能。

本文針對摩擦學試驗研究的特點，采用廣泛使用的LabVIEW編程語言，開發用于東元7200MA變頻器運行頻率的控制串口通訊程序。

2 通訊系統總體設計

串行通信是一種常用的數據傳輸方法，占用的通信線路少、成本低，在工程通信方式上占有重要地位。本文以內置RS 485通訊接口的東元7200MA變頻器為研究對象，設計基于LabVIEW的控制變頻器串口的通訊系統。圖1所示為系統總體結構框圖。

計算機通過RS 485通信口與變頻器相連，對變頻器進行控制。RS 485串行總線采用平衡發送和差分接收的方式傳輸信號，具有傳輸距離遠(約1 219 m)、抗干擾能力強等特點。而且總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200 mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。由于目前PC機普遍只配有RS 232串口，所以在計算機上連接一個RS 232／485轉換器，然后再與變頻器的串口相連。將各種動作按照通訊協議編寫成命令，發送給變頻器，就達到了通過PC機來控制變頻器的目的。同樣，PC機讀取數據也必須由變頻器根據RS 485通訊協議進行識別和響應才能完成。

3 軟件實現方案

目前，串口通信程序的開發在Windows操作系統下一般用VB，VC，Delphi等編寫。當采用VB，VC開發程序時，操作者不得不面對非常繁瑣的API函數編程；而Delphi沒有自帶的串口通信控件，在它的幫助文檔里也沒有提及串口通信，給編程人員帶來許多不便。

LabVIEW是美國NI公司開發的一種基于圖形化的編程語言，它內置數據采集、儀器控制、過程監控和自動測試功能，包括VISA，GPIB，RS 232，DAQ等模塊和基本分析庫；提供強大的數據分析、處理、顯示功能的同時還保證系統靈活性；LabVIEW具有開放的系統互連性及廣泛的硬件支撐，具有DDL和CIN接口，可以與多種設備直接連接；流程圖式的開發環境大大簡化了程序開發的復雜程度，縮短開發周期；界面良好、易于理解，方便調試和維護，用它來實現PC機與變頻器的串口通信是最為簡捷的方法之一，已經具有較廣大的用戶群。

設置東元7200MA系列變頻器所涉及的主要參數有端口號、波特率、數據位等，具體說明如表1所示。

本程序采用中文版LabVIEW 8.2進行通訊編程，在編寫程序之前，安裝的NI VISA驅動必須和LabVIEW程序版本匹配，避免編程出錯。從變頻器設置轉數到啟動再到停止有一個順序和時間過程，因此本程序主要采用順序結構和層疊式結構實現。具體步驟如下：

(1)初始化串口，利用VISA Configure SerialPort.VI設置PC與變頻器通信的基本參數：端口號、波特率、奇偶校驗、數據位、停止位、緩沖區大??；

(2)利用VISA Write.VI寫端口，根據變頻器的通訊協議把設定轉數的動作參數變成命令符，然后把整個命令幀以ASCII碼字符串的形式發送到串口；

(3)利用Wait(ms).VI延時等待，主機發送命令到變頻器，變頻器判斷命令正確后將數據返回給主機需要一定時間，故這一步需要設置延時等待。等待時間可根據變頻器的響應時間確定，也可以通過LabVIEW的中的工具確定出程序運行時間來設置等待時間；

(4)再利用VISA Write.VI寫端口，把啟動的動作參數寫成命令幀并以字符串形式寫入VISA Write.VI的緩沖區。

以上4步即可完成變頻器以一定的轉數轉動。寫命令到串口的過程在While循環里進行，變頻器啟動后不需要停止，可以直接連續地設置變頻器的轉數來更改電機轉動速度，While循環內采用延時等待處理，延時500 ms；

同理，停止命令以一個層疊式順序結構和上面(2)，(3)兩步命令層疊進行，同樣先需要設定變頻器轉數為零，然后延時等待，最后把停止命令以字符串形式發給串口，完成變頻器的停止動作；