多臺電動機變頻運行的遠程控制

【摘 要】以北京昆侖通泰公司的觸摸屏TPC7062KS與西門子MM420變頻器的USS為例，闡述異步電動機遠程通信控制的原理和實現(xiàn)過程。經(jīng)過長期的實踐證明，本方案運行效果良好，運行穩(wěn)定可靠，操控方便，監(jiān)視信息量多，可以讀取各種運行參數(shù)，不足之處是監(jiān)視信息有滯后現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】變頻運行 USS MCGS 遠程控制

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）07C-0184-02

在工業(yè)現(xiàn)場，非常多的異步電動機需要有多種運行速度，變頻器正好適應(yīng)了這種需求?，F(xiàn)代變頻器有著多種控制方式，如開關(guān)量控制、模擬量控制、通信控制等，前兩者適合近距離的控制，后者適合遠距離的控制。通信控制涉及通信協(xié)議，通常變頻器的生產(chǎn)廠家都會提供兩種通信協(xié)議，一是本廠家的專用的驅(qū)動協(xié)議，如西門子的USS；二是為了不同廠家設(shè)備之間的互聯(lián)互通的驅(qū)動協(xié)議，如西門子的自由口協(xié)議和Modicom公司的MODBUS協(xié)議。從應(yīng)用的角度看，采用專用的驅(qū)動協(xié)議非常方便，能夠大大縮短設(shè)計周期，反之則顯得靈活，可將不同公司的產(chǎn)品納入到同一控制系統(tǒng)中，不足之處是編程困難。本文以北京昆侖通泰公司的觸摸屏TPC7062KS與西門子MM420變頻器的USS為例，闡述異步電動機遠程通信控制的原理。

一、系統(tǒng)設(shè)計思想

本系統(tǒng)采用USS通信協(xié)議的主從控制，觸摸屏TPC7062KS作為主站，西門子MM420作為從站。硬件接線如圖1所示。

USS意為通用的串行接口協(xié)議，它按照串行總線的主—從通信原理來確定訪問的方法?？偩€上可以連接一個主站和最多31個從站。主站根據(jù)通信報文中的地址字符來選擇要傳輸數(shù)據(jù)的從站。在主站沒有要求它進行通信時，從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)，各個從站之間也不能直接進行信息的傳輸。

USS通信報文幀中的第一個字節(jié)是固定的字符02hex（STX），表示一條信息的開始開始；第二個字節(jié)是長度說明（LGE），用于指明這一條信息中后跟的字節(jié)數(shù)目，報文的長度視配置情況不同可以變化的；第三個字節(jié)是被尋址的從站地址（ADR）；然后是采用的數(shù)據(jù)字符，它包括參數(shù)識別標記數(shù)值區(qū)（PKW）和過程數(shù)據(jù)區(qū)（PZD），其長度由MM420參數(shù)P2012和P2013 來定義；最后一個字節(jié)是校驗和（BCC），它是該信息中BCC 前面所有字節(jié)“異或”運算的結(jié)果，用于檢查該信息是否有效。

觸摸屏TPC7062KS有USS協(xié)議設(shè)備構(gòu)件和讀寫MM420參數(shù)的命令，十分方便。具體的命令如下：

！SetDevice（設(shè)備號，6，"READ（MCGS變量名，寄存器號，STW字，HSW字，小數(shù)點位數(shù)，IND字，參數(shù)長度，浮點數(shù)處理標志）"）

！SetDevice（設(shè)備號，6，"WRITE（MCGS變量名，寄存器號，STW字，HSW字，小數(shù)點位數(shù)，IND字，參數(shù)長度，浮點數(shù)處理標志）"）

此處擬對電機進行啟動與停止控制及監(jiān)視電機的運行參數(shù)。

二、觸摸屏TPC7062KS組態(tài)

（一）監(jiān)控窗口。監(jiān)控由標簽、輸入框、按鈕和矩形構(gòu)件構(gòu)成，標簽即用于說明也用于電機電流等參數(shù)或狀態(tài)的監(jiān)視，按鈕用于每臺電機或全部電機的啟?？刂?。其中運行狀態(tài)標簽下面的運行狀態(tài)顯示由兩部分組成，一是三個矩形框重疊在一起，顏色為紅、綠、黃，分別對應(yīng)停止和報警、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，紅色框置頂放置；二是三個重疊在一起的標簽，分別顯示報警、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等文字，報警文字置頂放置。如圖2所示。

（二）構(gòu)件屬性設(shè)置。MCGS實時數(shù)據(jù)庫是工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)對象（或稱變量）是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，監(jiān)控窗口中的各個構(gòu)件具有多種屬性，與變量關(guān)聯(lián)起來。

控制部分的構(gòu)件主要是按鈕，分單臺控制與聯(lián)動控制。以0#電機為例，按鈕可以對單個變量操作，也可對多個變量操作，為方便起見，采用多個變量操作的方法，在“0#正轉(zhuǎn)”屬性框的腳本程序中輸入：停止電機0=0、正轉(zhuǎn)電機0=1、反轉(zhuǎn)電機0=0；在“0#停止”屬性框的腳本程序中輸入：停止電機0=1、正轉(zhuǎn)電機0=0、反轉(zhuǎn)電機0=0；在“0#反轉(zhuǎn)”屬性框的腳本程序中輸入：停止電機0=0、正轉(zhuǎn)電機0=0、反轉(zhuǎn)電機0=1。聯(lián)動控制如“全部正轉(zhuǎn)”按下時，將所有電機的正轉(zhuǎn)變量賦值1、停止變量賦值0、反轉(zhuǎn)變量賦值0。

運行頻率、電流和電壓的參數(shù)監(jiān)視采用標簽的顯示輸出屬性，與對應(yīng)的變量連接。

各臺電機的運行頻率可以單獨設(shè)置，采用輸入框構(gòu)件。某臺電機輸入框的操作屬性對應(yīng)該臺電機的“設(shè)定頻率”變量，在變量“設(shè)定頻率”的屬性中設(shè)最小值為0，最大值為50，對象初值不能為0。

（三）設(shè)備窗口組態(tài)。設(shè)備窗口的作用是實現(xiàn)對外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進來，送入實時數(shù)據(jù)庫，或把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。

在工作臺上打開設(shè)備窗口，分別添加通用串口父設(shè)備和多個西門子USS協(xié)議驅(qū)動的子設(shè)備。該設(shè)備構(gòu)件用于MCGS讀寫西門子變頻器4系列中支持USS通信協(xié)議的變頻器設(shè)備。MCGS通過上位機中的串行口設(shè)備直接和變頻器的接口建立串行通信連接，從而達到操作變頻器的目的。

通信的雙方應(yīng)該具有相同的波特率、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，這些在通用串口父設(shè)備的屬性頁面上設(shè)置；為了監(jiān)控某臺電機，在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時必須指定具體的站對象，這些在USS協(xié)議驅(qū)動的子設(shè)備屬性頁面的“設(shè)備地址”欄上設(shè)置。

（四）策略應(yīng)用。MCGS策略具有多種構(gòu)件，腳本程序構(gòu)件是其中比較常用的一種，它由用戶編制的、用來完成特定操作和處理的程序，腳本程序的編程語法非常類似于普通的Basic語言，但在概念和使用上更簡單直觀。

三、MM420的設(shè)置

西門子4系列的變頻器有兩種USS通信接口：RS232和RS485。RS232接口用選件模塊實現(xiàn)。RS485接口時，是將端子14和15分別連接到P+和N-來實現(xiàn)。為了進行USS通信，必須確定變頻器采用的是RS485接口，還是RS232接口。

MM420主要的參數(shù)設(shè)置是：P0003=2（訪問第2級的參數(shù)所必須的）。P2010=USS波特率，這一參數(shù)必須與主站采用的波特率相一致。P2011=USS結(jié)點地址，這是為變頻器指定的唯一從站地址。一旦設(shè)置了這些參數(shù)，就可以進行通信了，主站可以對變頻器的參數(shù)（PKW區(qū)）進行讀和寫，也可以監(jiān)測變頻器的狀態(tài)和實際的輸出頻率等參數(shù)（PZD區(qū)）。P0700=5，這一設(shè)置允許通過USS對變頻器進行控制。P1000=5，這一設(shè)置允許通過USS發(fā)送主設(shè)定值。P2009=0（禁止規(guī)格化），采用默認設(shè)置，這是缺省情況下用P2000 進行的規(guī)格化。

四、結(jié)語

通常對變頻器的控制是通過PLC實現(xiàn)的，當距離比較遠時，顯得不經(jīng)濟。采用觸摸屏直接控制的方案，可以省略PLC，節(jié)約電纜，安裝簡便，節(jié)約投資。本方案經(jīng)過長期的實踐證明，運行效果良好，運行穩(wěn)定可靠，操控方便，監(jiān)視信息量多，可以讀取各種運行參數(shù)，不足之處是監(jiān)視信息有滯后現(xiàn)象。

【參考文獻】

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[2]MICROMASTER 420通用型變頻器（使用大全）[Z].

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[4]西門子標準驅(qū)動MICROMASTER4系列變頻器手冊[Z].

[5]北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司.核心驅(qū)動PLC 連接方法[Z].

[6]北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司服務(wù)寶典[Z].2010

【基金項目】廣西高校科研立項項目“變頻器實訓(xùn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)”（KY2015YB475）

【作者簡介】徐成貴（1970— ），男，廣西陽朔人，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。

（責編 盧 雯）