1  引言
西門子公司的MicroMaster Vector(MMV)變頻器，采用了無傳感器矢量控制技術和獨特的電動機自適應技術，具有優(yōu)越的驅動性能,在很多工業(yè)場合得到廣泛應用。該變頻器可以通過本機控制、繼電器控制和遠程通信控制。本文較詳細地介紹了該變頻器在遠程控制模式下的應用及抗干擾措施。本系統(tǒng)使用RS-485遠程控制方式，用MCS-51單片機通過串口實現對變頻器的通信控制。

2  硬件接口
RS-485串行總線標準接口的收發(fā)信號是由2條信號線的差分傳輸實現的，這樣可有效避免干擾。采用雙絞線傳輸，波特率為9600bps時，有效距離可達15km。由于MMV變頻器的通信是半雙工方式的，所以單片機的串行通信接口選用半雙工的電平轉換芯片(TTL→RS-485)，本系統(tǒng)采用的是MAXIM公司的MAX485。通信波特率的選擇時，在通信可靠的前提下，越高實時性越好，但對單片機系統(tǒng)的要求越高。結合本應用系統(tǒng)，波特率設為4800bps。硬件接口原理圖見圖1。

圖1 通信接口電路原理圖

3  通信協議
MMV變頻器采用的是Siemens USS通信協議，它是西門子所有傳動產品的通用通信協議。USS總線上的每個傳動裝置都有一個從站號，通過串行接口的USS總線最多可接30臺變頻器。
3.1 通信執(zhí)行過程
在單片機與變頻器的通信過程中，始終由單片機給變頻器發(fā)送報文，變頻器接受報文并發(fā)送反饋報文，但不能主動向單片機發(fā)送報文。根據單片機對變頻器的兩種操作，有2種通信過程。
(1) 寫操作
寫操作是單片機向變頻器寫參數，控制變頻器的運行。其過程如下:反饋報文包括變頻器的當前狀態(tài)(ZSW)。
單片機發(fā)報文 ?變頻器接收報文 ?變頻器發(fā)送反饋報文 ?單片機接收報文
(2)讀操作
讀操作是單片機從變頻器讀出參數，監(jiān)視變頻器的狀態(tài)。其過程如下:
單片機發(fā)報文啾淦燈鶻郵氈ㄎ泥變頻器發(fā)送報文(相關參數)嗟テ⒈ㄎ?報文中相關參數為所要查詢的變頻器的運行參數，這里主要是變頻器的運行頻率、旋轉方向、電機轉速、故障狀態(tài)、電機電流值等。
3.2 報文格式
MMV通信的所有數據報文都由14個字節(jié)組成，用16進制數表示。每個數據報文都是標準的異步報文格式:包括1個起始位、8個數據位、一個偶校驗位和一個停止位。
單片機到變頻器的報文格式為:   
STX LGE ADR PKE IND VAL STW HSW BCC
其中:STX為報文的首字節(jié)，單字節(jié)，值為02H;
 LGE為報文長度，單字節(jié)，值為0CH;
 ADR為變頻器地址，單字節(jié);
 PKE用來控制變頻器的參數設定，雙字節(jié);
 IND在MMV中不用，雙字節(jié)，設為0;
 VAL為PKE中參數所設定的值，雙字節(jié);
 STW為變頻器的控制字，用來控制變頻器的運行，雙字節(jié);
 HSW用來設定變頻器的運行頻率，通過系統(tǒng)參數P095設置，可以值4000H代表100%，亦可代表實際頻率值，雙字節(jié);
 BBC為報文校驗值，由前面所有字節(jié)的異或構成，單字節(jié)。
STW控制字的結構為:

其中位13、14、15未被使用，設為0。
變頻器到單片機的報文格式為:
STX LGE ADR PKE IND VAL ZSW HIW BCC
其中:ZSW為變頻器的當前狀態(tài)，雙字節(jié);HIW為變頻器的輸出頻率，雙字節(jié)。
其余同單片機到變頻器的報文格式中的定義。
ZSW為變頻器狀態(tài)字，其結構為:

其中位8未被使用，總返回1, 位13、14、15未被使用，總返回0。
單片機在發(fā)送報文后，超過時間(1.5×11×14/波特率)未收到應答報文，說明變頻器未收到報文，應重發(fā)該報文。

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4  通信程序設計
單片機與變頻器通信時，單片機始終處于主動地位。軟件要實現2個功能:設置變頻器的運行參數和讀取變頻器的運行狀態(tài)參數。功能模塊有:通信初始化、變頻器故障復位、變頻器關斷、減速停車、立即停車、快速制動停車、按設定頻率、方向運行等。
程序主要由發(fā)送報文和接收報文子程序組成，報文初始化后，每個功能模塊只是改變相應的報文參數，調用發(fā)送報文子程序SendMessage()實現相應功能。變頻器參數讀取，先發(fā)送參數查詢程序SPWMQuery(int PEK1;int PEK2)，等待10MS后查詢接收變頻器發(fā)送來的報文。變頻器通信流程圖見圖2。
以下為發(fā)送報文子程序和參數查詢子程序。
void SendMessage(void)   //發(fā)送一個報文
{
 uchar i,check;
 check=0;
 for(i=0;i<13;i++)
 {
  check^=MessSen[i];    //計算BCC
  ACC=MessSen[i];
  TB8=P;        //偶校驗
  SBUF=MessSen[i]; 
  while(TI!=1);
     TI=0;
 }
 ACC=check;
 TB8=P;
 SBUF=check;     //發(fā)送BCC    
  while(TI!=1);
  TI=0;
}
Void SPWMQuery(int PEK1,int PEK2)
{
  int i;
  MessSen[5]=PEK1; //設定所要讀取的參數 
  MessSen[6]=PEK2;
  LCALL MessgeSent();  //發(fā)送查詢報文
  LCALL Delay10MS();  //延時10ms
  for(i=0;i<14;i++) //接收參數
   {
     while(RI!=1);
     RI=0;
     MessRec[i]=SBUF;
   }
}

圖2 變頻器通訊流程圖

5  通信抗干擾研究
西門子MMV變頻器作為一款成熟的產品自身有著出色的抗干擾性能，但它對周圍的電子部件還是產生了不同程度的干擾。變頻器工作時，作為一個強大的干擾源，影響單片機系統(tǒng)與變頻器的正常通信，有時甚至使得變頻器系統(tǒng)失去控制，嚴重影響系統(tǒng)的正常運行。因此，對系統(tǒng)通信的抗干擾研究是保證系統(tǒng)可靠性的一個極其重要的方面。
變頻器工作時，其干擾途徑一般分為輻射、傳導、電磁耦合、二次輻射和傳導輻射同存等。在本系統(tǒng)中，主要表現為傳導和電磁耦合。為了減少通信線路帶來的干擾，在通信電路上可采用兩種方法減少輻射、傳導和電磁耦合:
(1) 輻射 將變頻器和控制系統(tǒng)分別用鐵盒屏蔽，在本系統(tǒng)中，變頻器裝于接線盒內，可有效防止變頻器對外界的輻射;控制系統(tǒng)單獨屏蔽，控制系統(tǒng)與變頻器的通信線選用屏蔽網線，并用磁環(huán)屏蔽，能有效減少電磁耦合。
(2) 傳導 傳導是變頻器通過通信線將干擾引入控制系統(tǒng)，可分為差模干擾和共模干擾，這里主要考慮共模干擾。盡管系統(tǒng)通信是差分方式，其共模部分仍需要一條返回通道，不然會以輻射的形式返回源端，故要將變頻器與控制系統(tǒng)的地相連。由于變頻器自身的特點，它對系統(tǒng)的電源有很大的影響，在控制系統(tǒng)電源設計時采用了隔離變壓器，以防止其影響。事實證明隔離變壓器起到了很好的作用。
另外，在線路布置時要將信號線和動力線、電源線要分開走。

6  結束語
本文是筆者在應用MMV變頻器的總結。實踐表明采用上述方法能夠很好地實現對西門子MMV變頻器遠程控制，進而實現對電機靈活而可靠的控制。