力控在電機監控系統中的應用

1引言
　　隨著工業自動化、計算機網絡、DSP技術的發展，變頻器作為交流調速的重要手段在工業生產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、水資源等工業中的風機、水泵、壓縮機等，取代傳統擋風板、節流閥，可根據負荷大小適時控制風量和流量，顯著提高節能效果。另外，還可以改善和適應運行環境，平滑加減速、提高加工工藝等功能。變頻器網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、監控、及故障報警，并能嵌入PROFIBUS等現場總線，提高了控制的靈活性。
　　三維力控PCAuto31組態軟件是國內最早用于INTERNET的軟件，是基于B/S應用的組態軟件，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的組態軟件[1]。
　　本文介紹的變頻器網絡: 每臺變頻器可驅動1～2臺電機；經RS-485進行網絡控制，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組成的控制網絡。上微機利用pCAUTO31強大的實時數據庫功能加以實現監控電機的實時運行狀態。

2系統要求
　　實現對控制網絡中的各個位置的電機正、反轉，起、停機，加、減速，及故障報警、歷史趨勢、數據共享等，實現報表的自動生成以及生產的高效管理。使生產過程操作簡單、降低控制、維護成本。
　　
3通訊協議
　　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選擇（要求寫入）或查詢（要求讀出）狀態。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（若為查詢幀則數據和應答一起返回）；否則返回否定回答幀。
　　通訊協議實現如下功能：讀出變頻器所有參數設置，及所控電機的基本參數；可啟動、停機、加減速、復位等；可對當前運行狀態進行監視，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位；4字節的數據位表示要寫入或讀出的數據；2字節的檢驗和位（由檢驗和十位和個位組成）用于檢查數據傳送時通信幀中有無錯誤，計算方法：除起始位及檢驗和外，其他字段的字節逐個相加，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，個位為ASCII碼“4”值。圖2為主機側執行查詢時流程圖。
　　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中無驅動，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通訊功能。

4組態設計
　　4.1 畫面設計
　　圖3為主操作畫面,包括31臺變頻器的狀態監視，可查看任何一臺變頻器的運行狀態并可設置其參數；可對上位機進行通訊方式及其它設置。。圖4為1#變頻器的監控組態界面；其中包括主要數據: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。一旦出現報警情況則立即進入報警狀態，并根據報警內容作出相應處理（如緊急停機等）。