1  引言

    隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化、計算機網(wǎng)絡(luò )、dsp技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為交流調速的重要手段在工業(yè)生產(chǎn)中獲得越來(lái)越廣泛的應用。當今世界能源緊張成為全球性問(wèn)題，節能更顯重要，而變頻器的應用對電力、石油、化工、冶金、水資源等工業(yè)中的風(fēng)機、水泵、壓縮機等，取代傳統擋風(fēng)板、節流閥，可根據負荷大小適時(shí)控制風(fēng)量和流量，顯著(zhù)提高節能效果。另外，還可以改善和適應運行環(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變頻器通過(guò)串口與上位機相連，上位機實(shí)時(shí)對多臺變頻器操作、監控、及故障報警，并能嵌入profibus等現場(chǎng)總線(xiàn)，提高了控制的靈活性。

    三維力控pcauto31組態(tài)軟件是國內最早用于internet的軟件，是基于b/s應用的組態(tài)軟件，也是國內應用案例最多、規模最大的基于pc的采用“軟plc”控制的、hmi/scada的組態(tài)軟件。

    本文介紹的變頻器網(wǎng)絡(luò ): 每臺變頻器可驅動(dòng)1～2臺電機;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臺變頻器，通訊距離最長(cháng)可達1.2km。圖1是上位機與多臺變頻器通過(guò)rs-485組成的控制網(wǎng)絡(luò )。上位機利用pcauto31強大的實(shí)時(shí)數據庫功能，實(shí)現監控電機的實(shí)時(shí)運行狀態(tài)。

    2  系統要求

    實(shí)現對控制網(wǎng)絡(luò )中的各個(gè)位置的電機正、反轉，起、停機，加、減速，及故障報警、歷史趨勢、數據共享等，實(shí)現報表的自動(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、維護成本。

    3  通訊協(xié)議

    上位機作主機監控變頻器的運行，變頻器作從機，采用rs-485半雙工方式。

    通訊設置由變頻器和上位機設置為相同即可。其中傳送速度設置可從1200bps至19200bps;數據長(cháng)度可為7位或8位;奇偶檢驗可設為無(wú)校驗、奇校驗、偶校驗;停止位可為1位或2位;無(wú)應答時(shí)間可設為1s至60s;間隔時(shí)間可設為0s～1.00s ;通訊錯誤有檢驗和錯誤、奇偶校驗錯誤、格式錯誤、超時(shí)錯誤、命令錯誤、鏈接優(yōu)先錯誤、功能代碼錯誤、數據錯誤等。

    每臺變頻器都被賦予唯一的站地址，且處于等待上微機來(lái)選擇（要求寫(xiě)入）或查詢(xún)（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要求幀后，判斷為正常收信后對要求幀進(jìn)行處理，然后返回肯定回答幀（若為查詢(xún)幀則數據和應答一起返回）;否則返回否定回答幀。

    通訊協(xié)議實(shí)現如下功能:讀出變頻器所有參數設置，及所控電機的基本參數;可啟動(dòng)、停機、加減速、復位等;可對當前運行狀態(tài)進(jìn)行監視，包括電機輸出頻率、設定頻率、輸出電流、輸出電壓、轉矩電流、轉矩計算值、運行命令等。通訊協(xié)議包括兩類(lèi)幀格式:標準幀和選用幀兩類(lèi)，每一類(lèi)都包括選擇幀和查詢(xún)幀兩種，每種幀都包括要求幀和應答幀。構成幀的所有字符都用ascii碼表示。標準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)監控用。
其中標準幀格式如 （上位機    變頻器）:

    其中起始位表示幀的開(kāi)始（01h）;2字節的站地址位包括站號十位和個(gè)位（1～31）;請求位表示從上位機至變頻器的要求（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(xiě)入、高速寫(xiě)入、報警復位;種類(lèi)位包括基本功能、控制功能、高級功能、設定數據、監視數據等;2字節的號碼位表示要獲取的數據號碼的十位和個(gè)位;4字節的數據位表示要寫(xiě)入或讀出的數據;2字節的檢驗和位（由檢驗和十位和個(gè)位組成）用于檢查數據傳送時(shí)通信幀中有無(wú)錯誤，計算方法:除起始位及檢驗和外，其他字段的字節逐個(gè)相加，取其低位字節，再用ascii碼表示。比如上述的和計算結果為1234h,則檢驗和的十位為ascii碼“3”值，個(gè)位為ascii碼“4”值。圖2為主機側執行查詢(xún)時(shí)流程圖。

    選用幀中選擇要求（寫(xiě)入）幀格式如（上位機 變頻器）:

    寫(xiě)入幀格式

    選用幀中查詢(xún)要求（讀出）幀格式如 （上位機 變頻器 ）:

    讀出幀格式

    其中選用幀中站地址位,請求位及檢驗和位與標準幀中一樣,但命令位卻不同。

    本設計用rs-485將多臺變頻器連接成網(wǎng)絡(luò ),所以本設計的通訊幀中有專(zhuān)門(mén)的廣播幀用于此功能，如同一對所有變頻器的輸入運行命令和頻率命令進(jìn)行設定。廣播幀格式與標準幀格式一樣，區別在于其中的“站地址”位設定為:99號機。

    由于本系統采用的變頻器在pcauto31中無(wú)驅動(dòng)，所以需采取其他方式。pcauto31是基于odbc標準的，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)現通訊功能。

    4  組態(tài)設計

    （1） 畫(huà)面設計

    圖3為主操作畫(huà)面,包括31臺變頻器的狀態(tài)監視，可查看任何一臺變頻器的運行狀態(tài)并可設置其參數;可對上位機進(jìn)行通訊方式及其它設置。圖4為1#變頻器的監控組態(tài)界面;其中包括主要數據:電流、電壓、頻率的列表顯示、動(dòng)畫(huà)顯示及實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示;便于從直觀(guān)上了解電機的運行狀態(tài)。一旦出現報警情況則立即進(jìn)入報警狀態(tài)，并根據報警內容作出相應處理（如緊急停機等）?？蓪?shí)現電機的正反轉、加減速、停機等控制，還可以獲得一些歷史數據（表、曲線(xiàn)、圖）、故障報警等。極大的方便了生產(chǎn)操作人員對一線(xiàn)現場(chǎng)的監督、控制、管理。實(shí)踐證明本系統的實(shí)時(shí)性很好，能很好的反映實(shí)際數據的變化。

    （2） 建立實(shí)時(shí)數據庫

    在draw的導航器中單擊“實(shí)時(shí)數據庫組態(tài)”，啟動(dòng)實(shí)時(shí)數據庫組態(tài)程序。創(chuàng )建的數據模擬i/o點(diǎn)主要有:正轉命令frw.pv;反轉命令rev.pv;停機命令stop.pv等;并對各點(diǎn)參數進(jìn)行設置。

    （3） 創(chuàng )建按鈕

    主要有正轉、停機按鈕等。如在正轉按鈕的屬性中將其變量名取為與正轉命令frw.pv同名，并定義其為數據庫變量，其他同理。

    （4） 添加腳本及i/o數據連接

    在組態(tài)狀態(tài)下，打開(kāi)正轉按鈕動(dòng)畫(huà)連接主對話(huà)框，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“一般動(dòng)作”，出現腳本編輯器，在腳本編輯器內寫(xiě)下如下腳本:frw.pv=1。表示正轉按鈕按下時(shí)數據庫變量frw.pv狀態(tài)就為“1”，這樣就將按鈕狀態(tài)與數據庫變量的值連接起來(lái)。正轉按鈕的狀態(tài)可以通過(guò)dbcom控件將正轉命令實(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(xún)正轉命令狀態(tài)，然后對其按照通訊協(xié)議編程發(fā)出正轉命令，這樣電機就正轉。例如可以利用vb6.0中的mscomm 控件輪詢(xún)的方法（用doevents（）函數）輪流從網(wǎng)絡(luò )中各變頻器端口獲取數據，寫(xiě)數據時(shí)將輪詢(xún)事件封死。

    （5） 添加腳本及i/o數據連接

    在組態(tài)狀態(tài)下，打開(kāi)正轉按鈕動(dòng)畫(huà)連接主對話(huà)框，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“一般動(dòng)作”，出現腳本編輯器，在腳本編輯器內寫(xiě)下如下腳本:frw.pv=1;rev.pv=0;stop.pv=０。表示正轉按鈕按下時(shí)數據庫變量frw.pv狀態(tài)就為“1”（表示此時(shí)為正轉命令有效，否則為無(wú)效，并封鎖其它命令;讓反轉、停機命令都無(wú)效），這樣就將按鈕狀態(tài)與數據庫變量的值連接起來(lái)。正轉按鈕的狀態(tài)可以通過(guò)dbcom控件將正轉命令實(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(xún)正轉命令狀態(tài)，然后對其按照通訊協(xié)議編程發(fā)出正轉命令，這樣電機就正轉。例如可以利用vb6.0中的mscomm 控件輪詢(xún)的方法（用doevents（）函數）輪流從網(wǎng)絡(luò )中各變頻器端口獲取數據，寫(xiě)數據時(shí)將輪詢(xún)事件封死[2]。如果電機處于正轉狀態(tài)時(shí)，現在要實(shí)現反轉功能，則首先給電機發(fā)出停機命令，檢查到頻率值為０時(shí)再發(fā)出反轉命令，電機就可以反轉運行了。

    （6） i/o檢查

    可對各臺變頻器的通用輸出/入端子狀態(tài)、用戶(hù)選件輸入狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監視。通過(guò)對各臺下位機的循環(huán)檢測可知各臺下位機與上位機的通訊是否正常。

    （7） 維護信息

    可顯示各臺變頻器的機種、容量、rom版本、累計運行時(shí)間、1小時(shí)內變頻器內最高溫度及散熱片最高溫度，鍵盤(pán)面板、rs-485、選件卡的通訊出錯次數等信息，便于工程技術(shù)人員了解情況。

    （8） 報警信息

    當出現故障時(shí)立刻進(jìn)入報警子畫(huà)面。顯示報警的歷史原因、報警時(shí)輸出電壓、電流、頻率、轉矩及當時(shí)的設定值等，報警時(shí)輸入/出端子狀態(tài)、最新報警發(fā)生次數及多重報警等信息。通過(guò)查看報警信息及歷史數據極大的方便了現場(chǎng)技術(shù)人員的維護，使得維護更加準確、簡(jiǎn)潔，縮短故障處理時(shí)間，使生產(chǎn)更加穩定。

    （9） 歷史數據和趨勢

    pcauto31的標準趨勢圖形對象和實(shí)時(shí)數據庫可以實(shí)現歷史數據的保存和趨勢檢索。通過(guò)及時(shí)查詢(xún)或打印報表可以得出在前一時(shí)間段或某一時(shí)間段的生產(chǎn)運行是否穩定、正常，從而為今后的調整、改造提供根據。

    5  結束語(yǔ) 

    本設計的變頻器網(wǎng)絡(luò )監控組態(tài)軟件能大幅度節約有多臺變頻器的使用場(chǎng)所如工廠(chǎng)、車(chē)間等對電機的管理和監督控制的成本，包括人力成本和資源成本。隨著(zhù)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，本設計的變頻器網(wǎng)絡(luò )監控組態(tài)軟件將會(huì )有廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。