1引言
隨著工業(yè)自動化、計算機網(wǎng)絡、DSP技術的發(fā)展，變頻器作為交流調(diào)速的重要手段在工業(yè)生產(chǎn)中獲得越來越廣泛的應用。當今世界能源緊張成為全球性問題，節(jié)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)中的風機、水泵、壓縮機等，取代傳統(tǒng)擋風板、節(jié)流閥，可根據(jù)負荷大小適時控制風量和流量，顯著提高節(jié)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)絡的控制功能是將多臺變頻器通過串口與上位機相連，上位機實時對多臺變頻器操作、監(jiān)控、及故障報警，并能嵌入PROFIBUS等現(xiàn)場總線，提高了控制的靈活性。
三維力控PCAuto31組態(tài)軟件是國內(nèi)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(nèi)應用案例最多、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: 每臺變頻器可驅(qū)動1~2臺電機；經(jīng)RS-485進行網(wǎng)絡控制，采用菊花鏈方式最多可連接31臺變頻器，通訊距離最長可達1.2KM。圖1是上位機與多臺變頻器通過RS-485組成的控制網(wǎng)絡。上微機利用pCAUTO31強大的實時數(shù)據(jù)庫功能加以實現(xiàn)監(jiān)控電機的實時運行狀態(tài)。
2系統(tǒng)要求
實現(xiàn)對控制網(wǎng)絡中的各個位置的電機正、反轉(zhuǎn)，起、停機，加、減速，及故障報警、歷史趨勢、數(shù)據(jù)共享等，實現(xiàn)報表的自動生成以及生產(chǎn)的高效管理。使生產(chǎn)過程操作簡單、降低控制、維護成本。
3通訊協(xié)議
上位機作主機監(jiān)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(shù)據(jù)長度可為7位或8位；奇偶檢驗可設為無校驗、奇校驗、偶校驗；停止位可為1位或2位；無應答時間可設為1s至60s；間隔時間可設為0s至1.00s ；通訊錯誤有檢驗和錯誤、奇偶校驗錯誤、格式錯誤、超時錯誤、命令錯誤、鏈接優(yōu)先錯誤、功能代碼錯誤、數(shù)據(jù)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要求幀后，判斷為正常收信后對要求幀進行處理，然后返回肯定回答幀（若為查詢幀則數(shù)據(jù)和應答一起返回）；否則返回否定回答幀。
通訊協(xié)議實現(xiàn)如下功能：讀出變頻器所有參數(shù)設置，及所控電機的基本參數(shù)；可啟動、停機、加減速、復位等；可對當前運行狀態(tài)進行監(jiān)視，包括電機輸出頻率、設定頻率、輸出電流、輸出電壓、轉(zhuǎn)矩電流、轉(zhuǎn)矩計算值、運行命令等。通訊協(xié)議包括兩類幀格式：標準幀和選用幀兩類，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答幀。構(gòu)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監(jiān)控用。
其中標準幀格式如下(上位機<——>變頻器)：
其中起始位表示幀的開始（01H）；2字節(jié)的站地址位包括站號十位和個位（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、寫入、高速寫入、報警復位；種類位包括基本功能、控制功能、高級功能、設定數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)等；2字節(jié)的號碼位表示要獲取的數(shù)據(jù)號碼的十位和個位；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)的檢驗和位(由檢驗和十位和個位組成)用于檢查數(shù)據(jù)傳送時通信幀中有無錯誤，計算方法：除起始位及檢驗和外，其他字段的字節(jié)逐個相加，取其低位字節(jié)，再用ASCII碼表示。比如上述的和計算結(jié)果為1234H,則檢驗和的十位為ASCII碼“3”值，個位為ASCII碼“4”值。圖2為主機側(cè)執(zhí)行查詢時流程圖。
選用幀中選擇要求(寫入)幀格式如下(上位機<——>變頻器 ):
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,所以本設計的通訊幀中有專門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行設定。廣播幀格式與標準幀格式一樣，區(qū)別在于其中的 ”站地址” 位設定為 ：99號機。
由于本系統(tǒng)采用的變頻器在pCAUTO31中無驅(qū)動，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現(xiàn)通訊功能。
4組態(tài)設計
4.1 畫面設計
圖3為主操作畫面,包括31臺變頻器的狀態(tài)監(jiān)視，可查看任何一臺變頻器的運行狀態(tài)并可設置其參數(shù)；可對上位機進行通訊方式及其它設置。。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、動畫顯示及實時曲線顯示；便于從直觀上了解電機的運行狀態(tài)。一旦出現(xiàn)報警情況則立即進入報警狀態(tài)，并根據(jù)報警內(nèi)容作出相應處理（如緊急停機等）。 極大的方便了生產(chǎn)操作人員對一線現(xiàn)場的監(jiān)督、控制、管理。實踐證明本系統(tǒng)的實時性很好，能很好的反映實際數(shù)據(jù)的變化。
4.2 建立實時數(shù)據(jù)庫
在Draw的導航器中單擊“實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)”，啟動實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序。創(chuàng)建的數(shù)據(jù)模擬I/O點主要有：正轉(zhuǎn)命令frw.pv；反轉(zhuǎn)命令rev.pv；停機命令stop.pv等；并對各點參數(shù)進行設置。
4.3 創(chuàng)建按鈕
主要有正轉(zhuǎn)、停機按鈕等。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，打開正轉(zhuǎn)按鈕動畫連接主對話框，選擇“觸敏動作”中的“一般動作”，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)按鈕按下時數(shù)據(jù)庫變量frw.pv狀態(tài)就為“1”，這樣就將按鈕狀態(tài)與數(shù)據(jù)庫變量的值連接起來。正轉(zhuǎn)按鈕的狀態(tài)可以通過DBCOM控件將正轉(zhuǎn)命令實時感知給第三方軟件，再通過第三方軟件的實時查詢正轉(zhuǎn)命令狀態(tài)，然后對其按照通訊協(xié)議編程發(fā)出正轉(zhuǎn)命令，這樣電機就正轉(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)絡中各變頻器端口獲取數(shù)據(jù)，寫數(shù)據(jù)時將輪詢事件封死[2]。
4.4 添加腳本及I/O數(shù)據(jù)連接
在組態(tài)狀態(tài)下，打開正轉(zhuǎn)按鈕動畫連接主對話框，選擇“觸敏動作”中的“一般動作”，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)按鈕按下時數(shù)據(jù)庫變量frw.pv狀態(tài)就為“1”（表示此時為正轉(zhuǎn)命令有效，否則為無效，并封鎖其它命令；讓反轉(zhuǎn)、停機命令都無效），這樣就將按鈕狀態(tài)與數(shù)據(jù)庫變量的值連接起來。正轉(zhuǎn)按鈕的狀態(tài)可以通過DBCOM控件將正轉(zhuǎn)命令實時感知給第三方軟件，再通過第三方軟件的實時查詢正轉(zhuǎn)命令狀態(tài)，然后對其按照通訊協(xié)議編程發(fā)出正轉(zhuǎn)命令，這樣電機就正轉(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)絡中各變頻器端口獲取數(shù)據(jù)，寫數(shù)據(jù)時將輪詢事件封死[2]。如果電機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)時，現(xiàn)在要實現(xiàn)反轉(zhuǎn)功能，則首先給電機發(fā)出停機命令，檢查到頻率值為０時再發(fā)出反轉(zhuǎn)命令，電機就可以反轉(zhuǎn)運行了。
4.5 I/O檢查
可對各臺變頻器的通用輸出/入端子狀態(tài)、用戶選件輸入狀態(tài)等進行實時監(jiān)視。通過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。
4.6 維護信息
可顯示各臺變頻器的機種、容量、ROM版本、累計運行時間、1小時內(nèi)變頻器內(nèi)最高溫度及散熱片最高溫度，鍵盤面板、RS-485、選件卡的通訊出錯次數(shù)等信息，便于工程技術人員了解情況。
4.7 報警信息
當出現(xiàn)故障時立刻進入報警子畫面。顯示報警的歷史原因、報警時輸出電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)矩及當時的設定值等，報警時輸入/出端子狀態(tài)、最新報警發(fā)生次數(shù)及多重報警等信息。通過查看報警信息及歷史數(shù)據(jù)極大的方便了現(xiàn)場技術人員的維護，使得維護更加準確、簡潔，縮短故障處理時間，使生產(chǎn)更加穩(wěn)定。
4.8 歷史數(shù)據(jù)和趨勢
pCAUTO31的標準趨勢圖形對象和實時數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的保存和趨勢檢索。通過及時查詢或打印報表可以得出在前一時間段或某一時間段的生產(chǎn)運行是否穩(wěn)定、正常，從而為今后的調(diào)整、改造提供根據(jù)。
5應用前景
本設計的變頻器網(wǎng)絡監(jiān)控組態(tài)軟件能大幅度節(jié)約有多臺變頻器的使用場所如工廠、車間等對電機的管理和監(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)絡監(jiān)控組態(tài)軟件將會有廣闊的市場前景和發(fā)展空間。
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