基于以太网的VVVF参数在线监控系统

1  引言

　　随着工业自动化以及电力电子技术的飞速发展，VVVF的使用越来越广泛，而计算机技术尤其是以太网网络技术的发展，使得远程控制变得简单可行。而现有的介绍如何利用软件在线对VVVF调速系统的参数进行调整的文章不多，本文就是要介绍使用Rockwell公司的RSView32软件对Allen-Bradley 公司1305变频调速器参数进行在线读写控制，最终实现对三相交流异步电机的控制。

2  相关硬件
2.1 以太网简介

　　以太网系统最早是由施乐(Xerox)公司创建的，现在使用的以态网(EtherNet)采用总线式拓扑结构和IEEE802.3标准的CSMA/CD(载波侦听多点存取/冲突检测)协议。以太网是目前应用最为广泛的计算机网络，与现场总线相比，它具有成本低廉，通信速率高(目前比较普遍的以太网通信速率为10M)，开放性好，协议简单且可植性强以及可持续发展潜力大等优点。因此可以预见的是，不断完善的工业以太网技术一旦解决原有的以太网通信实时性、缺合适的工业控制应用层规范、网络安全威胁等技术难题，以太网将全面应用于工业控制网络。

2.2 设备网简介

　　在设备层采用的设备网(DeviceNet)网络是一种低层网络，设备网(DeviceNet)网络是90年代中期发展起来的一种基于CAN技术的开放型符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络。它通过一根电缆将诸如可编程序控制器、传感器、HIM、变频器等现场智能设备连接起来，是一种分布式控制系统。设备网与一般的通信总线相比具有突出的高可靠性实时性和灵活性。其主要特点可以概括如下:
　　(1)采用基于CAN的多主方式工作;
　　(2)采用非破坏性总线逐位仲裁技术;
　　(3)设备网上可以容纳多达64个节点地址;
　　(4)采用短帧结构传输;
　　(5)通信介质为独立双绞线;
　　(6)支持设备的热插拔。

2.3 1203通讯模块

　　1203的前面板上具有SCANport 和DeviceNet通讯接口、SCANport 和DeviceNet 状态指示灯。SCANport 通讯接口和1305连接，由DeviceNet 网络提供24VDC电源。SCANPort是一种设备通信接口，是Allen-Bradley公司开发的一种CAN(Control Area Network)接口标准，可以为网络中各个网络设备提供直接的、数字的通信链路，可将具有SCANport接口的所有设备连接到设备网网络。利用SCANport接口，通过定义Ｉ/Ｏ映象表、输入/输出映象表，既可以向与其相连的拖动设备发送命令，控制设备运行;又可以从设备读取数据，监视设备的状态。不同的设备，对逻辑命令、逻辑状态等信号的位(或字)会有不同的含义。1203底板有SW1、SW2两个DIP开关，其定义如下:
ＳＷ1-1=On，表示选通数据链路Ａ，ＳＷ1-2～ＳＷ1-4=On，分别表示选通数据链路Ｂ～Ｄ;ＳＷ2-1～ＳＷ2-6可以选择0～63的节点地址;ＳＷ2-7和ＳＷ2-8可用来选择数据传输速度，可有125Ｋ、250Ｋ和500Ｋ三种选择。ＳＷ2-7=On、ＳＷ2-8=On时，通信模块的节点地址和数据速度是由设备网的内部程序设定，用设备网管理软件调整相应参数的数值，可以实现节点地址和数据传输速度的程序设定。

3  系统结构和网络组成

　　采用以太网＋设备网的通讯体系,以太网作为信息管理子层，用于上位机传送调度指令和信息，可以实现比较长的空间跨距传输数据;设备网通过一个开放的网络，将底层的设备直接和车间级控制器相连，而无需通过硬线将它们与I/O模块连接。

在工业控制现场，这种多支线的网络允许用户用一根电缆去连接500m以内的设备并远至各个工艺控制单元的用户可编程序控制器。因此，本文介绍的网络体系也具有实际的参考价值。
　　(1) 设备层 在这一层上，现场控制设备直接与现场各类装置(如传感器、驱动器等)相连，对所连装置实施监测、控制，同时与上层相连，接收管理信息，并向上传送装置的特性数据和采集的实时数据。
　　(2) 信息层 这一层根据生产特点，协调各下层单元的参数设定，是生产的总协调员和控制器。其特点是数据量大而实时性要求不高。它的开放性协议使各种主计算机和不同厂商的PLC可以互联，在必要时也可以进行一些控制和协调。这一层采用符合公共标准的TCP/IP协议的以太网。

4  通讯组态和软件开发

　　项目利用Rockwell公司开发的软件RSLinx实现PC机与网上各设备建立通信的软件。它的作用相当于网络中的通信与数据交换服务器，利用RSLogix500用于编写梯形图程序下载到SLC5/05中。利用RSNETWorx软件进行SCANPORT I/O映象配置以及所需控制参数的选择(注:需要实现计算机与设备网上设备直接通讯的DeviceNet通道下载或直接利用变频器的HIM手动设置)。
项目使用RSVew32软件进行基于win32标准的人机接口界面的开发。它还提供了对整个系统的监视、控制和数据采集功能于一体。

4.1 以太网组态

　　主要是进行RSLogix 500编程:
　　首先得通过RS-232下载程序，把“Channel Configuration”中的IP传递给CPU，然后在RSLinx中组态Ethernet:配置网络名、网络协议〔TCP/IP〕、通信设备类型以及带宽地址。然后，让RSLinx自动搜索网络节点，如能正确识别各节点就完成了以太网网络平台的建立。

4.2 选择参数控制

　　Allen-Bradley公司生产的1305变频调速器共有13组149个参数， 以一台变频器为例:
　　(1) SLC输出映像表中的O:1.1中的字为变频器的逻辑控制命令;O:1.2中的字为频率基准值;O:1.3-O:1.10为输出数据链数据。
　　(2) 输入映像表中I:1.1对应变频器的逻辑状态字;I:1.2中的字为频率反馈值;I:1.3-I:1.10中的数据为输人数据链数据。具有Datalinks方式的模块和设备共有4个数据链A、B、C、D，每个数据链在H工处理器的输入和输出映射表中占用2个字。如A数据链占用字3和字4，通过通信模块的拨动开关来选通／截止某个数据链。SLC处理器每次扫描程序，可对变频器读或写2-8个字的数据信息;由于通信模块不断地自动刷新参数值，故它的读写速度比报文方式要快，更适合于实时监视和修改参数。对于变频器来说，如要传送某个多数，必须在变频器中对各数据链进行组态以决定数据链指向哪个参数。例如通过Datalink A改变变频器的7号参数，可没定Data in AI为7。即指针指向7号参数，则SLC输出映像表中的O:1.3中的字将送人7号参数。
　　(3) 值得注意的:要点
　　按附表，对应1305适配器I/0组的参数111-118为输出参数选择，119-126为输入参数选择。因此，也只能控制有限的16个参数(写&读)，经过尝试和研究，认为通过类似C语言的间接寻址方式可以动态的对所选的参数号进行更改。即在Data Out A1的参数设为120即指向Data Out A2，这样如果改变Data Out A1的数值就可以动态设定Data Out A2端口对应的参数号，此时就可以通过输入Data Out A2的数值来达到改变参数数值的目的，从而实现动态的改变多个参数。I/O地址映射表见附表。

4.3 程序编写

　　利用罗克韦尔(Rockwell)公司的RSLogix500程序对SLC5/05进行梯形图编程，程序主要实现的是变频器频率设定、起停控制以及参数寻址空间分配的功能。启动控制的数值由逻辑控制字决定，频率输入基准值与实际频率成比例K。
K=(fsmax-fsmin)÷(fmax-fmin)  (1)
式(1)中fsmax是设定的最高频率的对应实际数值， fsmin是设定的最高频率对应的实际数值，fmax是最高频率，fmin是最低频率。本项目设定fsmax=32676， =0，fmax =60Hz，fmin =0Hz，所以求出K 546。
由于1305变频器的Adapter I/O 组参数对应共16个字，故在SLC中分配了16个字的空间。

4.4 界面开发

　　使用RSView32设计人机交互界面系统。主要界面，共有近30个，用来实现各种不同的功能。系统可以分为3大部分:远程控制，历史记录和安全机制。
　　高级设置可以进行变频器的参数修改，当前状态用来读取变频器当前参数值.

4.5 V/F线选择

　　1305变频器支持V/F控制功能，为了改善拖动系统在变频后的机械特性，根据工业现场不同负载类型的实际需要，项目设置了如图3所示4种补偿不同的V/F供用户选择，其类型主要是由高级设置组的参数所决定。
　　(1) 标准补偿模式:恒转矩的V/F线。
　　(2) 自定义模式:针对有些负载的阻转矩与转速大致成比例而采用的V/F比分段补偿线。这种补偿方式，即转速低时负载转矩小，补偿较少而当转速升高时，由于负载转矩增大而使得补偿增大。
　　(3) 启动/运行补偿模式:针对某些负载要求有较高的启动转矩而采用的补偿线。
　　(4) 扇/泵模式:顾名思义，风机和泵类负载的阻转矩与转速的二次方成正比，所以这种模式是负补偿的V/F线。
　　需要注意的是，设定V/F线的原则是，以最低工作频率时能带动负载为前提，尽量减小补偿程度。
　　a) 标准补偿模式 b)自定义模式c)运行补偿模式d)扇/泵模式

5  结束语

　　基于CAN技术和相关协议的设备网已成为新一代开放式自动化控制系统的基础，而以太网不但满足一般网络的条件，目前也是最为广泛的计算机通信技术。利用这两层网络架构的VVVF参数在线监控方法结构清晰、操作方便，而且伴随着电力电子技术以及工业以太网技术的不断完善，相信基于以太网的参数监控系统在应用VVVF的工业现场实际应用将是前途无限。

参考文献

　　[1] 浙江大学罗克韦尔自动化技术中心. 可编程序控制器系统[M] 浙江大学出版社,1999.
　　[2] Allen－Bradley.1305 Adjustable Frequency AC Drive (Series C) User Manual.[M]
　　[3] Allen－Bradley.Bulletin 1203 DeviceNet Communication Module [M]
　　[4] 张燕斌. SPWM变频调速应用技术[M]. 北京:机械工业出版社，2002.