采用EV3000變頻器實現(xiàn)對電機監(jiān)控系統(tǒng)的設計

隨著計算機技術(shù)，電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器在工業(yè)中具有提高工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要作用。EV3000變頻器是艾默生公司生產(chǎn)的高品質(zhì)、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器。通過對電機磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速響應和準確控制，能以高控制精度進行寬范圍的調(diào)速運行。變頻調(diào)速電動機與變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)與其他調(diào)速方式相比，最主要的特點是具有高效率的驅(qū)動性能，良好的控制特性，節(jié)能效果明顯、調(diào)速性能好、調(diào)速比寬、快速響應性優(yōu)良、應用范圍廣、性價比高等優(yōu)點，是目前交流調(diào)速方案中最先進的系統(tǒng)之一。

本文從計算機對變頻器進行監(jiān)測和控制的角度，以目前應用較多的艾默生變頻器為控制對象，介紹變頻器的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、軟件設計、以及通訊原理和通訊命令。該系統(tǒng)已在實際項目中經(jīng)現(xiàn)場測試驗證。

1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設計中，上位機作為主控單元，為了使計算機與變頻器之間能夠通信，應在兩者之間安裝一個轉(zhuǎn)換接口，這樣計算機通過RS232／RS485轉(zhuǎn)換接口連接到EV3000變頻器，通過變頻器驅(qū)動控制變頻電機，變頻電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)。編碼器把電機轉(zhuǎn)動信息反饋至變頻器，從而實現(xiàn)上位機發(fā)送通信命令控制變頻器，變頻器響應命令驅(qū)動電機使轉(zhuǎn)臺動作，編碼器把反饋信息回傳給變頻器，完成控制流程。監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)實際工作環(huán)境，該系統(tǒng)中上位PC機選擇研華工控機，采用EV3000變頻器作為監(jiān)控系統(tǒng)核心控制器件，使用變頻器可加強系統(tǒng)的保護功能，實現(xiàn)過壓、過流、欠壓、斷路及短路等保護功能；實現(xiàn)了無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，特性曲線好，控制精度高，節(jié)能效果好；變頻電機采用嘉興巨能電機廠生產(chǎn)的YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機，該電動機調(diào)速范圍寬、振動小、噪聲低、能與各種SPWM變頻裝置相配套。構(gòu)成交流變頻無級調(diào)速系統(tǒng)。

2 監(jiān)控系統(tǒng)通信方式

為了實現(xiàn)PC機與變頻器之間的通訊，首先要了解它們之間的通信協(xié)議。計算機與變頻器之間采用十六進制數(shù)，數(shù)據(jù)在計算機與變頻器之間自動使用ASCII碼傳輸。PC機后臺為主機，變頻器為從機。采用主機“輪詢”，從機“應答”的通信方式。

數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為：幀頭、用戶數(shù)據(jù)、幀尾。幀頭：包括起始字節(jié)、從機地址；幀尾：校驗數(shù)據(jù)(異或校驗)；用戶數(shù)據(jù)：包括參數(shù)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)；參數(shù)數(shù)據(jù)：包括功能碼操作命令，響應、功能碼號、功能碼設定／實際值，在短幀中沒有參數(shù)數(shù)據(jù)；過程數(shù)據(jù)：包括主機控制命令／從機狀態(tài)響應、主機運行主設定／從機運行實際值。

EV3000可以通過長短幀進行通信。短幀用于獨立傳送自動控制系統(tǒng)所需的控制字和狀態(tài)字；長幀既包括控制字和狀態(tài)字又含有涉及操作控制、觀測、維護以及診斷等的內(nèi)容(所具有的內(nèi)容受變頻器自身功能的限制)。本文以長幀為例進行說明。從計算機(控制器)到變頻器的通信發(fā)送幀格式如圖2所示。從變頻器到計算機(控制器)的通信接收幀格式如圖3所示。

EV3000的參數(shù)定標說明如下：

1)頻率的定標為1：100。欲使變頻器以50 Hz運轉(zhuǎn)，則主設定應為1388H(5 000)。

2)時間的定標為1：10。欲使變頻器加速時間為30 s，則功能碼設定應為012CH(300)。

3)電流的定標為1：10。若變頻器反饋電流為012CH，則該變頻器當前電流為30 A。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

軟件設計基于Windows平臺的可視化集成開發(fā)工具Delohi軟件，利用Delphi的第三方提供的Spcomm控件，可簡單便捷地實現(xiàn)應用程序的串行通信。Spcomm主要屬性方法包括：1)CommName：設置串口；2)BaudRate：設置波特率；3)Paritv：奇偶校驗位；4)ByteSize：設定的字節(jié)長度；5)StopBits：停止位；6)Startcomm方法，用于打開串口；7)StopComm方法用于關(guān)閉串口；8)WriteCommData方法用于將一個字符串發(fā)送到寫進程。監(jiān)控界面如圖4所示。

監(jiān)控程序界面主要用于用戶和變頻調(diào)速系統(tǒng)之間交互。通過此界面，用戶一方面可以方便地控制電機動作，另一方面，也可實時監(jiān)控變頻調(diào)速器的一些比較重要的參數(shù)，如電流、頻率、電機的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速等，觀察其運行狀況是否正常。在計算機通信前必須對串口進行初始化，而且參數(shù)要與變頻器參數(shù)相同，否則不能通信。變頻器通信程序流程如圖5所示。

在實際應用中，通過計算機控制軟件設定相應頻率使轉(zhuǎn)臺在匹配的加速度下運行。表1中列出變頻器頻率f，轉(zhuǎn)臺法向加速度G，轉(zhuǎn)臺角速度ω，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速N之間的對應關(guān)系。

圖6是變頻電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臺按表1中3種頻率變換動作，逐級遞升使轉(zhuǎn)臺法向加速度在40，60，80 g下轉(zhuǎn)動。通過分析實驗數(shù)據(jù)可知，上位機監(jiān)控軟件能夠穩(wěn)定、準確的控制變頻電機動作，完成操作流程。

4 結(jié)束語

實驗證明基于艾默生EV3000變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)成功實現(xiàn)了對電機的正常驅(qū)動和運行狀態(tài)監(jiān)控，簡化了控制邏輯系統(tǒng)，操作簡單方便。通過上位機對電機的實時監(jiān)控，大大提高了電機的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)電機的穩(wěn)定安全運行。