1引言
隨著工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、DSP技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為交流調(diào)速的重要手段在工業(yè)生產(chǎn)中獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今世界能源緊張成為全球性問(wèn)題，節(jié)能更顯重要，而變頻器的應(yīng)用對(duì)電力、石油、化工、冶金、水資源等工業(yè)中的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等，取代傳統(tǒng)擋風(fēng)板、節(jié)流閥，可根據(jù)負(fù)荷大小適時(shí)控制風(fēng)量和流量，顯著提高節(jié)能效果。另外，還可以改善和適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境，平滑加減速、提高加工工藝等功能。變頻器網(wǎng)絡(luò)的控制功能是將多臺(tái)變頻器通過(guò)串口與上位機(jī)相連，上位機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)多臺(tái)變頻器操作、監(jiān)控、及故障報(bào)警，并能嵌入PROFIBUS等現(xiàn)場(chǎng)總線，提高了控制的靈活性。
三維力控PCAuto31組態(tài)軟件是國(guó)內(nèi)最早用于INTERNET的軟件，是基于B/S應(yīng)用的組態(tài)軟件，也是國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例最多、規(guī)模最大的基于PC的采用“軟PLC”控制的、HMI/SCADA的組態(tài)軟件[1]。
本文介紹的變頻器網(wǎng)絡(luò): 每臺(tái)變頻器可驅(qū)動(dòng)1~2臺(tái)電機(jī)；經(jīng)RS-485進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制，采用菊花鏈方式最多可連接31臺(tái)變頻器，通訊距離最長(zhǎng)可達(dá)1.2KM。圖1是上位機(jī)與多臺(tái)變頻器通過(guò)RS-485組成的控制網(wǎng)絡(luò)。上微機(jī)利用pCAUTO31強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能加以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。
2系統(tǒng)要求
實(shí)現(xiàn)對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)位置的電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，起、停機(jī)，加、減速，及故障報(bào)警、歷史趨勢(shì)、數(shù)據(jù)共享等，實(shí)現(xiàn)報(bào)表的自動(dòng)生成以及生產(chǎn)的高效管理。使生產(chǎn)過(guò)程操作簡(jiǎn)單、降低控制、維護(hù)成本。
3通訊協(xié)議
上位機(jī)作主機(jī)監(jiān)控變頻器的運(yùn)行，變頻器作從機(jī)，采用RS-485半雙工方式。
通訊設(shè)置由變頻器和上位機(jī)設(shè)置為相同即可。其中傳送速度設(shè)置可從1200bps至19200bps;數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可為7位或8位；奇偶檢驗(yàn)可設(shè)為無(wú)校驗(yàn)、奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)；停止位可為1位或2位；無(wú)應(yīng)答時(shí)間可設(shè)為1s至60s；間隔時(shí)間可設(shè)為0s至1.00s ；通訊錯(cuò)誤有檢驗(yàn)和錯(cuò)誤、奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤、超時(shí)錯(cuò)誤、命令錯(cuò)誤、鏈接優(yōu)先錯(cuò)誤、功能代碼錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。
每臺(tái)變頻器都被賦予唯一的站地址，且處于等待上微機(jī)來(lái)選擇（要求寫入）或查詢（要求讀出）狀態(tài)。變頻器在收到與自身站地址相同的上位機(jī)要求幀后，判斷為正常收信后對(duì)要求幀進(jìn)行處理，然后返回肯定回答幀（若為查詢幀則數(shù)據(jù)和應(yīng)答一起返回）；否則返回否定回答幀。
通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)如下功能：讀出變頻器所有參數(shù)設(shè)置，及所控電機(jī)的基本參數(shù)；可啟動(dòng)、停機(jī)、加減速、復(fù)位等；可對(duì)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，包括電機(jī)輸出頻率、設(shè)定頻率、輸出電流、輸出電壓、轉(zhuǎn)矩電流、轉(zhuǎn)矩計(jì)算值、運(yùn)行命令等。通訊協(xié)議包括兩類幀格式：標(biāo)準(zhǔn)幀和選用幀兩類，每一類都包括選擇幀和查詢幀兩種，每種幀都包括要求幀和應(yīng)答幀。構(gòu)成幀的所有字符都用ASCII碼表示。標(biāo)準(zhǔn)幀適用于所有通訊功能，選用幀僅限于輸入變頻器命令和高速通信時(shí)監(jiān)控用。
其中標(biāo)準(zhǔn)幀格式如下(上位機(jī)<——>變頻器)：
其中起始位表示幀的開(kāi)始（01H）；2字節(jié)的站地址位包括站號(hào)十位和個(gè)位（1~31）；請(qǐng)求位表示從上位機(jī)至變頻器的要求（05H），若是肯定回答幀此位為06H,否定回答幀此位為15H；命令位包括讀出、寫入、高速寫入、報(bào)警復(fù)位；種類位包括基本功能、控制功能、高級(jí)功能、設(shè)定數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)等；2字節(jié)的號(hào)碼位表示要獲取的數(shù)據(jù)號(hào)碼的十位和個(gè)位；4字節(jié)的數(shù)據(jù)位表示要寫入或讀出的數(shù)據(jù)；2字節(jié)的檢驗(yàn)和位(由檢驗(yàn)和十位和個(gè)位組成)用于檢查數(shù)據(jù)傳送時(shí)通信幀中有無(wú)錯(cuò)誤，計(jì)算方法：除起始位及檢驗(yàn)和外，其他字段的字節(jié)逐個(gè)相加，取其低位字節(jié)，再用ASCII碼表示。比如上述的和計(jì)算結(jié)果為1234H,則檢驗(yàn)和的十位為ASCII碼“3”值，個(gè)位為ASCII碼“4”值。圖2為主機(jī)側(cè)執(zhí)行查詢時(shí)流程圖。
選用幀中選擇要求(寫入)幀格式如下(上位機(jī)<——>變頻器 ):
其中選用幀中站地址位,請(qǐng)求位及檢驗(yàn)和位與標(biāo)準(zhǔn)幀中一樣,但命令位卻不同。
本設(shè)計(jì)用RS-485將多臺(tái)變頻器連接成網(wǎng)絡(luò),所以本設(shè)計(jì)的通訊幀中有專門的廣播幀用于此功能，如同一對(duì)所有變頻器的輸入運(yùn)行命令和頻率命令進(jìn)行設(shè)定。廣播幀格式與標(biāo)準(zhǔn)幀格式一樣，區(qū)別在于其中的 ”站地址” 位設(shè)定為 ：99號(hào)機(jī)。
由于本系統(tǒng)采用的變頻器在pCAUTO31中無(wú)驅(qū)動(dòng)，所以需采取其他方式。pCAUTO31是基于ODBC標(biāo)準(zhǔn)的，所以它提供與第三方軟件的通信方式，這里采用DDE或OLE方式可以很方便的實(shí)現(xiàn)通訊功能。
4組態(tài)設(shè)計(jì)
4.1 畫面設(shè)計(jì)
圖3為主操作畫面,包括31臺(tái)變頻器的狀態(tài)監(jiān)視，可查看任何一臺(tái)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)并可設(shè)置其參數(shù)；可對(duì)上位機(jī)進(jìn)行通訊方式及其它設(shè)置。。圖4為1#變頻器的監(jiān)控組態(tài)界面；其中包括主要數(shù)據(jù):電流、電壓、頻率的列表顯示、動(dòng)畫顯示及實(shí)時(shí)曲線顯示；便于從直觀上了解電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。一旦出現(xiàn)報(bào)警情況則立即進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，并根據(jù)報(bào)警內(nèi)容作出相應(yīng)處理（如緊急停機(jī)等）。 極大的方便了生產(chǎn)操作人員對(duì)一線現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督、控制、管理。實(shí)踐證明本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性很好，能很好的反映實(shí)際數(shù)據(jù)的變化。
4.2 建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)
在Draw的導(dǎo)航器中單擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)”，啟動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)程序。創(chuàng)建的數(shù)據(jù)模擬I/O點(diǎn)主要有：正轉(zhuǎn)命令frw.pv；反轉(zhuǎn)命令rev.pv；停機(jī)命令stop.pv等；并對(duì)各點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
4.3 創(chuàng)建按鈕
主要有正轉(zhuǎn)、停機(jī)按鈕等。如在正轉(zhuǎn)按鈕的屬性中將其變量名取為與正轉(zhuǎn)命令frw.pv同名，并定義其為數(shù)據(jù)庫(kù)變量，其他同理。
4.4 添加腳本及I/O數(shù)據(jù)連接
在組態(tài)狀態(tài)下，打開(kāi)正轉(zhuǎn)按鈕動(dòng)畫連接主對(duì)話框，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“一般動(dòng)作”，出現(xiàn)腳本編輯器，在腳本編輯器內(nèi)寫下如下腳本：frw.pv=1。表示正轉(zhuǎn)按鈕按下時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量frw.pv狀態(tài)就為“1”，這樣就將按鈕狀態(tài)與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的值連接起來(lái)。正轉(zhuǎn)按鈕的狀態(tài)可以通過(guò)DBCOM控件將正轉(zhuǎn)命令實(shí)時(shí)感知給第三方軟件，再通過(guò)第三方軟件的實(shí)時(shí)查詢正轉(zhuǎn)命令狀態(tài)，然后對(duì)其按照通訊協(xié)議編程發(fā)出正轉(zhuǎn)命令，這樣電機(jī)就正轉(zhuǎn)。例如可以利用VB6.0中的MSComm 控件輪詢的方法（用DoEvents()函數(shù)）輪流從網(wǎng)絡(luò)中各變頻器端口獲取數(shù)據(jù)，寫數(shù)據(jù)時(shí)將輪詢事件封死[2]。
4.4 添加腳本及I/O數(shù)據(jù)連接
在組態(tài)狀態(tài)下，打開(kāi)正轉(zhuǎn)按鈕動(dòng)畫連接主對(duì)話框，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“一般動(dòng)作”，出現(xiàn)腳本編輯器，在腳本編輯器內(nèi)寫下如下腳本：frw.pv=1；rev.pv=0；stop.pv=０。表示正轉(zhuǎn)按鈕按下時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量frw.pv狀態(tài)就為“1”（表示此時(shí)為正轉(zhuǎn)命令有效，否則為無(wú)效，并封鎖其它命令；讓反轉(zhuǎn)、停機(jī)命令都無(wú)效），這樣就將按鈕狀態(tài)與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的值連接起來(lái)。正轉(zhuǎn)按鈕的狀態(tài)可以通過(guò)DBCOM控件將正轉(zhuǎn)命令實(shí)時(shí)感知給第三方軟件，再通過(guò)第三方軟件的實(shí)時(shí)查詢正轉(zhuǎn)命令狀態(tài)，然后對(duì)其按照通訊協(xié)議編程發(fā)出正轉(zhuǎn)命令，這樣電機(jī)就正轉(zhuǎn)。例如可以利用VB6.0中的MSComm 控件輪詢的方法（用DoEvents()函數(shù)）輪流從網(wǎng)絡(luò)中各變頻器端口獲取數(shù)據(jù)，寫數(shù)據(jù)時(shí)將輪詢事件封死[2]。如果電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)功能，則首先給電機(jī)發(fā)出停機(jī)命令，檢查到頻率值為０時(shí)再發(fā)出反轉(zhuǎn)命令，電機(jī)就可以反轉(zhuǎn)運(yùn)行了。
4.5 I/O檢查
可對(duì)各臺(tái)變頻器的通用輸出/入端子狀態(tài)、用戶選件輸入狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。通過(guò)對(duì)各臺(tái)下位機(jī)的循環(huán)檢測(cè)可知各臺(tái)下位機(jī)與上位機(jī)的通訊是否正常。
4.6 維護(hù)信息
可顯示各臺(tái)變頻器的機(jī)種、容量、ROM版本、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、1小時(shí)內(nèi)變頻器內(nèi)最高溫度及散熱片最高溫度，鍵盤面板、RS-485、選件卡的通訊出錯(cuò)次數(shù)等信息，便于工程技術(shù)人員了解情況。
4.7 報(bào)警信息
當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)立刻進(jìn)入報(bào)警子畫面。顯示報(bào)警的歷史原因、報(bào)警時(shí)輸出電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)矩及當(dāng)時(shí)的設(shè)定值等，報(bào)警時(shí)輸入/出端子狀態(tài)、最新報(bào)警發(fā)生次數(shù)及多重報(bào)警等信息。通過(guò)查看報(bào)警信息及歷史數(shù)據(jù)極大的方便了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的維護(hù)，使得維護(hù)更加準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔，縮短故障處理時(shí)間，使生產(chǎn)更加穩(wěn)定。
4.8 歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)
pCAUTO31的標(biāo)準(zhǔn)趨勢(shì)圖形對(duì)象和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的保存和趨勢(shì)檢索。通過(guò)及時(shí)查詢或打印報(bào)表可以得出在前一時(shí)間段或某一時(shí)間段的生產(chǎn)運(yùn)行是否穩(wěn)定、正常，從而為今后的調(diào)整、改造提供根據(jù)。
5應(yīng)用前景
本設(shè)計(jì)的變頻器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控組態(tài)軟件能大幅度節(jié)約有多臺(tái)變頻器的使用場(chǎng)所如工廠、車間等對(duì)電機(jī)的管理和監(jiān)督控制的成本，包括人力成本和資源成本。隨著變頻器越來(lái)越廣泛的使用，組態(tài)軟件發(fā)展的日趨成熟，本設(shè)計(jì)的變頻器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。
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