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隨著計算機技術，電力電子技術和控制技術的飛速發展，變頻器在工業中具有提高工藝質量和生產效率的重要作用。EV3000變頻器是艾默生公司生產的高品質、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矩電流的解耦控制，實現轉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速運行。變頻調速電動機與變頻器構成的調速系統與其他調速方式相比，最主要的特點是具有高效率的驅動性能，良好的控制特性，節能效果明顯、調速性能好、調速比寬、快速響應性優良、應用范圍廣、性價比高等優點，是目前交流調速方案中最先進的系統之一。 本文從計算機對變頻器進行監測和控制的角度，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控系統的硬件構成、軟件設計、以及通訊原理和通訊命令。該系統已在實際項目中經現場測試驗證。 1 監控系統硬件結構 監控系統硬件總體結構設計中，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換接口，這樣計算機通過RS232／RS485轉換接口連接到EV3000變頻器，通過變頻器驅動控制變頻電機，變頻電機驅動轉臺旋轉。編碼器把電機轉動信息反饋至變頻器，從而實現上位機發送通信命令控制變頻器，變頻器響應命令驅動電機使轉臺動作，編碼器把反饋信息回傳給變頻器，完成控制流程。監控系統的硬件結構如圖1所示。 根據實際工作環境，該系統中上位PC機選擇研華工控機，采用EV3000變頻器作為監控系統核心控制器件，使用變頻器可加強系統的保護功能，實現過壓、過流、欠壓、斷路及短路等保護功能；實現了無級調速，調速范圍寬，特性曲線好，控制精度高，節能效果好；變頻電機采用嘉興巨能電機廠生產的YVP系列變頻調速三相異步電動機，該電動機調速范圍寬、振動小、噪聲低、能與各種SPWM變頻裝置相配套。構成交流變頻無級調速系統。 2 監控系統通信方式 為了實現PC機與變頻器之間的通訊，首先要了解它們之間的通信協議。計算機與變頻器之間采用十六進制數，數據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。 數據幀結構為：幀頭、用戶數據、幀尾。幀頭：包括起始字節、從機地址；幀尾：校驗數據(異或校驗)；用戶數據：包括參數數據和過程數據；參數數據：包括功能碼操作命令，響應、功能碼號、功能碼設定／實際值，在短幀中沒有參數數據；過程數據：包括主機控制命令／從機狀態響應、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所需的控制字和狀態字；長幀既包括控制字和狀態字又含有涉及操作控制、觀測、維護以及診斷等的內容(所具有的內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，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 監控系統軟件設計 軟件設計基于Windows平臺的可視化集成開發工具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：設定的字節長度；5)StopBits：停止位；6)Startcomm方法，用于打開串口；7)StopComm方法用于關閉串口；8)WriteCommData方法用于將一個字符串發送到寫進程。監控界面如圖4所示。 監控程序界面主要用于用戶和變頻調速系統之間交互。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，也可實時監控變頻調速器的一些比較重要的參數，如電流、頻率、電機的轉矩及轉速等，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，而且參數要與變頻器參數相同，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臺在匹配的加速度下運行。表1中列出變頻器頻率f，轉臺法向加速度G，轉臺角速度ω，轉臺轉速N之間的對應關系。 圖6是變頻電機驅動轉臺按表1中3種頻率變換動作，逐級遞升使轉臺法向加速度在40，60，80 g下轉動。通過分析實驗數據可知，上位機監控軟件能夠穩定、準確的控制變頻電機動作，完成操作流程。 4 結束語 實驗證明基于艾默生EV3000變頻調速監控系統成功實現了對電機的正常驅動和運行狀態監控，簡化了控制邏輯系統，操作簡單方便。通過上位機對電機的實時監控，大大提高了電機的運轉穩定性，從而實現電機的穩定安全運行。 |
