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李方園（1973-）

男，浙江舟山人，畢業于浙江大學電氣自動化專業，高級工程師，長期從事于變頻器等現代工控產品的應用與研究工作。



    摘要：通訊功能是所有變頻器都會配置的，如提供RS232、RS485串行通訊或總線通訊，目前有很多遠程控制、自動控制等都會用到該功能。但是變頻器通訊一旦故障，涉及面會特別廣。本文將主要探討變頻器通訊故障形成的原因及其處理措施，并以“遠程盒無法通訊”案例闡述了通訊故障排除的步驟。

    關鍵詞：變頻器；通訊故障；主站；從站

    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

    通訊功能是所有變頻器都會配置的，如提供RS232、RS485串行通訊或總線通訊，并以此為基礎，組成單主單從或單主多從的通訊控制系統，并利用上位機（PC機、PLC控制器或DCS控制系統）軟件可實現對網絡中變頻器的實時監控，完成遠程控制、自動控制，以及實現更復雜的運行控制，如無限多段程序運行。因此，變頻器通訊一旦故障，涉及面會特別廣。

    通過綜合變頻器的故障現象，通訊故障主要集中硬件接線錯誤、通訊卡失常、EMC干擾、通訊協議出錯、總線軟件配置出錯等。

    本文將主要探討變頻器缺相故障的危害、檢測方法及其處理措施。

2 變頻器的通訊功能

    在交流調速全數字化的過程當中，各種通訊總線也扮演了相當重要的角色。STD總線、工業PC總線、現場總線以及CAN總線等在交流調速系統的自動化應用領域起到了重要的作用。

    新型通用變頻器可提供多種兼容的通信接口，支持多種不同的通信協議，內裝RS485接口，可由個人計算機向通用變頻器輸入運行命令和設定功能碼數據等，通過選件可與現場總線：Profibus-DP、Interbus-S、DeviceNet、Modbus、Plus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CAN、Open、T-LINK等通訊。如西門子、VACON、富士、日立、三菱、普傳、臺安、東洋等品牌的通用變頻器，均可通過各自可提供的選件支持上述幾種或全部類型的現場總線。

    計算機網絡的發展，使"天涯若咫尺"，依靠計算機網絡對變頻器進行遠程控制也是一個發展方向。通過RS485接口及一些網絡協議對變頻器進行遠程控制，這樣在有些不適合于人類進行現場操作的場合，也可以很容易的實現控制目標。

    數字化網絡功能在近年的變頻器國際展會上都是重頭戲，包括AB公司的PF系列變頻器，都提供了網絡接入方案，如最新的PowerFlex4變頻器具有內置的RS485通信能力，可以用在多種網絡聯接中使用，同時PowerFlex4變頻器可以通過裝有DriveExplorerTM或DriveExecutiveTM軟件的微機進行編程和控制。

    作為執行機構，變頻器的網絡化配置主要基于3個層面：設備層、控制層和信息層。可以配接最基本的RS232/RS485串行通訊協議、PROFIBUS等的現場總線協議以及INTERNET局域網協議。

    在網絡化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器系統可以最大程度上降低系統維護時間、提高生產效率、減少運行成本。目前安裝的現場總線模塊有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用戶可以有更大的自由根據生產過程來選擇PLC型號和品牌，并非常簡單地集成到現有地網絡中去。而且通過現場總線模塊，可以不考慮變頻器的型號，而以同一種編程語言和程序結構來與不同功率段、不同型號的變頻器進行組構，如功率、速度、轉矩、電流、設定值等。

3 變頻器通訊故障的對策

    變頻器通訊故障主要檢查以下三方面的內容：

    （1）通訊接口的硬件接線和配置

    硬件是通訊建立的基本條件，但是在實際運行中，發現變頻器通訊故障很大一部分是來自硬件問題，尤其是EMC問題。因此，一旦通訊故障時，必須首先查通訊接口的配線，并需注意以下事項：① 每臺變頻器的PE端就近單點接地；② 每臺變頻器的地線GND連在一起；③ RS485通訊采用屏蔽電纜，且屏蔽電纜采用單端接地方式，屏蔽電纜的地線和RS485通訊模塊的外殼PE接在一起。

    在采用以上標準配線仍不能解決通訊故障時，還可以繼續采取以下措施：① 采用隔離的RS485通訊模塊；② 當由于干擾是從GND線串入變頻器或外部設備的，導致變頻器或外部設備不能正常工作時，可斷開各臺變頻器相連的GND連線。

    （2）通訊協議的參數設置

    常規的變頻器通訊分為三種：① 變頻器RS232接口與上位機RS232通訊；② 變頻器通過RS232口后再接調制解調器MODEM與上位機聯機；③ 變頻器RS485接口與上位機RS485通訊。因此，在變頻器中必須設置相對應的通訊參數。

    （3）通訊軟件的配置

    由于很多變頻器系統都是建立在總線控制基礎上，因此，總線系統的軟件配置是檢查通訊故障的難點。只有將通訊軟件故障排除了，變頻器的通訊故障才會徹底消除。

    對于通訊故障，艾默生變頻器EV /TD主要表現為兩種情況，一種是有故障代碼顯示，即“E017”（RS232/485通訊錯誤），還有一種是無故障代碼顯示，對于前者而言，其故障定位如圖1所示。

                              圖1   艾默生通訊故障定位

    而對于無故障代碼的通訊故障，則必須首先查看系統配置，找到故障原因所在，然后再重新配置系統。

4 案例分析：遠程操作盒無法通訊

    （1）故障現象

    圖2所示為某碳酸鈣企業在中控室通過變頻器的遠程控制盒來操作150米外的1臺艾默生TD2000-4T2000G變頻器（研磨機電機），在接好線后，并將F00、F02設成了串行通訊設定和通訊控制有效外，其余的均用出廠參數，但開機后變頻器顯示E017（RS232/485通訊錯誤）。

                                    圖2   遠程控制示意

    （2）分析處理

    圖3所示為艾默生TD/EV系列變頻器的遠程操作器連線示意，該遠程操作器型號為TDO-RC02，與其變頻器TD2000/2100系列操作器鍵盤的外觀、基本操作方法以及顯示風格等基本一致。它是采用內置RS485通訊方式實現遠程操作控制的，工作電壓為直流24V，在距離只有幾十米的范圍內可以采用變頻器內部直流電源，若超過50米以上或者變頻器內部直流電源另有他用，可以選用10W左右的標準直流24V電源。由于采用通訊方式實現遠程操作控制，所以該操作器的安裝距離可以在數百米范圍內正常工作，并且通過采用不同的通訊地址對多達32臺變頻器進行遠控操作。這些操作內容包括正反轉運行、電動運行、停機、功能碼設置、功能碼參數查看、運行參數查看、故障復位等。

                              圖3   艾默生變頻器遠程操作器連線

    檢查變頻器與遠程操作盒的通訊格式是否匹配，發現兩者之間的地址和通訊格式均不一致，現修改參數如下：

    D002：從機地址設置

    本功能碼用于設定當前操作的從機地址，實際有效設定范圍為組網從機的本機號碼范圍，超過組網的從機本機號碼范圍時，無法與指定的從機通訊，則遠程控制盒相關控制無效。但是，即使D002=0與變頻器F118＝0相同，也是不能通訊的。因為地址“0”已經預留給變頻器廠家，用戶使用無效。因此，本系統可以選擇地址為D002=F118=10。

    D003：通訊波特率

    本功能碼用于設定與從機進行串行通訊的數據速率，0～3分別代表9600bps、4800bps、2400bps、1200bps四種傳輸速率。現變頻器F116=5即9600bps通訊速率，將D003設定為0即可。

    D004：數據格式

    本功能碼用于設定串行通訊中采用的數據格式，且采用1位起始位、8位數據位和1位停止位，校驗方式分別為“0”（無校驗）、“1”（奇校驗）和“2”（偶校驗）。現變頻器參數F117=0為無校驗方式，即選擇D004=0。

    參數修改后，按STOP/RESET鍵復位，變頻器恢復正常，通過遠程操作盒能夠正常控制變頻器的運行。

    （3）案例歸納

    用遠程操作盒進行變頻器控制時，必須按照變頻器說明書正確接線的同時，還要設置好相關的通訊參數，即要求變頻器與遠程操作盒的通訊參數一一對應，并保持一致。如本案例中，波特率、數據格式和地址設置只要有一個不一致，就不能進行正常的通訊。

5 結束語

    串口通訊是由一臺上位機與多臺從站構成，主站與從站之間的串行通訊通常是主站發出信號，從站響應信號。在某一時刻，主站和一臺從站進行通訊。因此，用戶首先必須設置每個從站的地址、通訊速率、通訊協議，這樣主站就可以通過指定地址進行信號傳送，而從站接到來自主站的指令執行預定功能，并發送一個響應信號給主站。

參考文獻

[1] 李方園. 變頻器行業應用實踐[M].  北京: 中國電力出版社，2006.

[2] 李方園. 變頻器自動化工程實踐[M].  北京: 電子工業出版社，2007. 

[3] 李方園. 變頻器故障排除[M]. 北京: 化學工業出版社，2009.

[4] 馬駿，張騰. 濟鋼KR罐車變頻器F011過電流故障的處理[J]. 變頻器世界，2007(5).