力控組態軟件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。
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。上位機利用pcauto31強大的實時數據庫功能，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～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 （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（上位機 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 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
（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）。可實現電機的正反轉、加減速、停機等控制，還可以獲得一些歷史數據（表、曲線、圖）、故障報警等。極大的方便了生產操作人員對一線現場的監督、控制、管理。實踐證明本系統的實時性很好，能很好的反映實際數據的變化。

（2） 建立實時數據庫
在draw的導航器中單擊“實時數據庫組態”，啟動實時數據庫組態程序。創建的數據模擬i/o點主要有:正轉命令frw.pv;反轉命令rev.pv;停機命令stop.pv等;并對各點參數進行設置。
（3） 創建按鈕
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
在組態狀態下，打開正轉按鈕動畫連接主對話框，選擇“觸敏動作”中的“一般動作”，出現腳本編輯器，在腳本編輯器內寫下如下腳本:frw.pv=1。表示正轉按鈕按下時數據庫變量frw.pv狀態就為“1”，這樣就將按鈕狀態與數據庫變量的值連接起來。正轉按鈕的狀態可以通過dbcom控件將正轉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命令狀態，然后對其按照通訊協議編程發出正轉命令，這樣電機就正轉。例如可以利用vb6.0中的mscomm 控件輪詢的方法（用doevents（）函數）輪流從網絡中各變頻器端口獲取數據，寫數據時將輪詢事件封死。
（5） 添加腳本及i/o數據連接
在組態狀態下，打開正轉按鈕動畫連接主對話框，選擇“觸敏動作”中的“一般動作”，出現腳本編輯器，在腳本編輯器內寫下如下腳本:frw.pv=1;rev.pv=0;stop.pv=０。表示正轉按鈕按下時數據庫變量frw.pv狀態就為“1”（表示此時為正轉命令有效，否則為無效，并封鎖其它命令;讓反轉、停機命令都無效），這樣就將按鈕狀態與數據庫變量的值連接起來。正轉按鈕的狀態可以通過dbcom控件將正轉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命令狀態，然后對其按照通訊協議編程發出正轉命令，這樣電機就正轉。例如可以利用vb6.0中的mscomm 控件輪詢的方法（用doevents（）函數）輪流從網絡中各變頻器端口獲取數據，寫數據時將輪詢事件封死[2]。如果電機處于正轉狀態時，現在要實現反轉功能，則首先給電機發出停機命令，檢查到頻率值為０時再發出反轉命令，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、用戶選件輸入狀態等進行實時監視。通過對各臺下位機的循環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、累計運行時間、1小時內變頻器內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等信息，便于工程技術人員了解情況。
（8） 報警信息
當出現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、轉矩及當時的設定值等，報警時輸入/出端子狀態、最新報警發生次數及多重報警等信息。通過查看報警信息及歷史數據極大的方便了現場技術人員的維護，使得維護更加準確、簡潔，縮短故障處理時間，使生產更加穩定。
（9） 歷史數據和趨勢
pcauto31的標準趨勢圖形對象和實時數據庫可以實現歷史數據的保存和趨勢檢索。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
本設計的變頻器網絡監控組態軟件能大幅度節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，組態軟件發展的日趨成熟，本設計的變頻器網絡監控組態軟件將會有廣闊的市場前景和發展空間。