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    1  引言

    隨著工業(yè)自動化、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)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)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(yīng)用對電力、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變頻器通過串口與上位機(jī)相連，上位機(jī)實(shí)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(yīng)用的組態(tài)軟件，也是國內(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。

    本文介紹的變頻器網(wǎng)絡(luò): 每臺變頻器可驅(qū)動1～2臺電機(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臺變頻器，通訊距離最長可達(dá)1.2km。圖1是上位機(jī)與多臺變頻器通過rs-485組成的控制網(wǎng)絡(luò)。上位機(jī)利用pcauto31強(qiáng)大的實(shí)時數(shù)據(jù)庫功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控電機(jī)的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)。

    2  系統(tǒng)要求

    實(shí)現(xiàn)對控制網(wǎng)絡(luò)中的各個位置的電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，起、停機(jī)，加、減速，及故障報警、歷史趨勢、數(shù)據(jù)共享等，實(shí)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(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)長度可為7位或8位;奇偶檢驗(yàn)可設(shè)為無校驗(yàn)、奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn);停止位可為1位或2位;無應(yīng)答時間可設(shè)為1s至60s;間隔時間可設(shè)為0s～1.00s ;通訊錯誤有檢驗(yàn)和錯誤、奇偶校驗(yàn)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(jī)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(jī)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、停機(jī)、加減速、復(fù)位等;可對當(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監(jiān)控用。
其中標(biāo)準(zhǔn)幀格式如 （上位機(jī)    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(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、報警復(fù)位;種類位包括基本功能、控制功能、高級功能、設(shè)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(yàn)和位（由檢驗(yàn)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(jì)算方法:除起始位及檢驗(yàn)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(jì)算結(jié)果為1234h,則檢驗(yàn)和的十位為ascii碼“3”值，個位為ascii碼“4”值。圖2為主機(jī)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（上位機(jī) 變頻器）:

    寫入幀格式

    選用幀中查詢要求（讀出）幀格式如 （上位機(jī) 變頻器 ）:

    讀出幀格式

    其中選用幀中站地址位,請求位及檢驗(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號機(jī)。

    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(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)

    （1） 畫面設(shè)計(jì)

    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(yùn)行狀態(tài)并可設(shè)置其參數(shù);可對上位機(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、動畫顯示及實(shí)時曲線顯示;便于從直觀上了解電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。一旦出現(xiàn)報警情況則立即進(jìn)入報警狀態(tài)，并根據(jù)報警內(nèi)容作出相應(yīng)處理（如緊急停機(jī)等）。可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加減速、停機(jī)等控制，還可以獲得一些歷史數(shù)據(jù)（表、曲線、圖）、故障報警等。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(shí)踐證明本系統(tǒng)的實(shí)時性很好，能很好的反映實(shí)際數(shù)據(jù)的變化。

    （2） 建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫

    在draw的導(dǎo)航器中單擊“實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(tài)”，啟動實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(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;并對各點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

    （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)庫變量，其他同理。

    （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(shí)時感知給第三方軟件，再通過第三方軟件的實(shí)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(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)時將輪詢事件封死。

    （5） 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(jī)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(shí)時感知給第三方軟件，再通過第三方軟件的實(shí)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(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)時將輪詢事件封死[2]。如果電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)時，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時再發(fā)出反轉(zhuǎn)命令，電機(jī)就可以反轉(zhuǎn)運(yùn)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)、用戶選件輸入狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視。通過對各臺下位機(jī)的循環(huán)檢測可知各臺下位機(jī)與上位機(jī)的通訊是否正常。

    （7） 維護(hù)信息

    可顯示各臺變頻器的機(jī)種、容量、rom版本、累計(jì)運(yùn)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(shù)人員了解情況。

    （8） 報警信息

    當(dāng)出現(xiàn)故障時立刻進(jìn)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(dāng)時的設(shè)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(shù)人員的維護(hù)，使得維護(hù)更加準(zhǔn)確、簡潔，縮短故障處理時間，使生產(chǎn)更加穩(wěn)定。

    （9） 歷史數(shù)據(jù)和趨勢

    pcauto31的標(biāo)準(zhǔn)趨勢圖形對象和實(shí)時數(shù)據(jù)庫可以實(shí)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(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  結(jié)束語 

    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)約有多臺變頻器的使用場所如工廠、車間等對電機(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)軟件將會有廣闊的市場前景和發(fā)展空間。