基于以太網(wǎng)的VVVF參數(shù)在線監(jiān)控系統(tǒng)

范海龍

（酒泉鋼鐵公司不銹鋼廠，甘肅 酒泉 735000）

基于以太網(wǎng)的VVVF參數(shù)在線監(jiān)控系統(tǒng)

范海龍

（酒泉鋼鐵公司不銹鋼廠，甘肅 酒泉 735000）

闡述了采用以太網(wǎng)+設(shè)備網(wǎng)的通信體系，以太網(wǎng)作為信息管理子層，用于上位機(jī)傳送調(diào)度指令和信息，實(shí)現(xiàn)比較長(zhǎng)的空間跨距傳輸數(shù)據(jù)，從而達(dá)到在線調(diào)整VVVF調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的目的。

1 引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化以及電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，VVVF的使用越來越廣泛，而計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得遠(yuǎn)程控制變得簡(jiǎn)單可行。而現(xiàn)有的文章介紹如何利用軟件在線對(duì)VVVF調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的不多，本文就是介紹使用Rockwell公司的RSView32軟件對(duì)Allen-Bradley 公司1305變頻調(diào)速器參數(shù)進(jìn)行在線讀寫控制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)三相交流異步電機(jī)的控制。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)組成

系統(tǒng)如圖1采用以太網(wǎng)＋設(shè)備網(wǎng)的通信體系，以太網(wǎng)作為信息管理子層，用于上位機(jī)傳送調(diào)度指令和信息，可以實(shí)現(xiàn)比較長(zhǎng)的空間跨距傳輸數(shù)據(jù)；設(shè)備網(wǎng)通過一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)，將底層的設(shè)備直接和車間級(jí)控制器相連，而無需通過硬線將它們與I/O模塊連接。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，這種多支線的網(wǎng)絡(luò)允許用戶用一根電纜去連接 500m以內(nèi)的設(shè)備并遠(yuǎn)至各個(gè)工藝控制單元的用戶可編程序控制器。因此，本文介紹的網(wǎng)絡(luò)體系也具有實(shí)際的參考價(jià)值。

（1）設(shè)備層 在這一層上，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備直接與現(xiàn)場(chǎng)各類裝置（如傳感器、驅(qū)動(dòng)器等）相連，對(duì)所連裝置實(shí)施監(jiān)測(cè)、控制，同時(shí)與上層相連，接收管理信息，并向上傳送裝置的特性數(shù)據(jù)和采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（2）信息層 這一層根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，協(xié)調(diào)各下層單元的參數(shù)設(shè)定，是生產(chǎn)的總協(xié)調(diào)員和控制器。其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大而實(shí)時(shí)性要求不高。它的開放性協(xié)議使各種主計(jì)算機(jī)和不同廠商的PLC可以互聯(lián)，在必要時(shí)也可以進(jìn)行一些控制和協(xié)調(diào)。這一層采用符合公共標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。

3 通信組態(tài)和軟件開發(fā)

項(xiàng)目利用Rockwell公司開發(fā)的軟件RSLinx實(shí)現(xiàn) PC機(jī)與網(wǎng)上各設(shè)備建立通信軟件。作用相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的通信與數(shù)據(jù)交換服務(wù)器，利用RSLogix500用于編寫梯形圖程序下載到 SLC5/05中。利用RSNETWorx軟件進(jìn)行SCANPORT I/O映象配置以及所需控制參數(shù)的選擇（注：需要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與設(shè)備網(wǎng)上設(shè)備直接通信的 DeviceNet通道下載或直接利用變頻器HIM手動(dòng)設(shè)置）。

項(xiàng)目使用 RSVew32軟件進(jìn)行基于 win32標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)接口界面的開發(fā)。它還提供了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集功能于一體。

3.1 以太網(wǎng)組態(tài)

主要是進(jìn)行 RSLogix 500編程：首先得通過RS-232下載程序，把“Channel Configuration”中的IP傳遞給CPU，然后在RSLinx中組態(tài)Ethernet：配置網(wǎng)絡(luò)名、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TCP/IP）、通信設(shè)備類型以及帶寬地址。然后，讓 RSLinx自動(dòng)搜索網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如能正確識(shí)別各節(jié)點(diǎn)就完成了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立。

3.2 選擇參數(shù)控制

Allen-Bradley公司生產(chǎn)的 1305變頻調(diào)速器共有13組149個(gè)參數(shù)，以一臺(tái)變頻器為例：

（1）SLC輸出映像表中的O:1.1中的字為變頻器的邏輯控制命令；O:1.2中的字為頻率基值；O:1.3-O:1.10為輸出數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)。

（2）輸入映像表中I:1.1對(duì)應(yīng)變頻器的邏輯狀態(tài)字；I:1.2中的字為頻率反饋值；I:1.3-I:1.10中的數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)。具有Datalinks方式的模塊和設(shè)備共有4個(gè)數(shù)據(jù)鏈A、B、C、D，每個(gè)數(shù)據(jù)鏈在處理器的輸入和輸出映射表中占用2個(gè)字。如A數(shù)據(jù)鏈占用字 3和字 4，通過通信模塊的撥動(dòng)開關(guān)來選通/截止某個(gè)數(shù)據(jù)鏈。SLC處理器每次掃描程序，可對(duì)變頻器讀或?qū)?～8個(gè)字的數(shù)據(jù)信息；由于通信模塊不斷地自動(dòng)刷新參數(shù)值，故它的讀寫速度比報(bào)文方式要快，更適合于實(shí)時(shí)監(jiān)視和修改參數(shù)。對(duì)于變頻器來說，如要傳送某個(gè)參數(shù)，必須在變頻器中對(duì)各數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行組態(tài)以決定數(shù)據(jù)鏈指向哪個(gè)參數(shù)。例如通過Datalink A改變變頻器的7號(hào)參數(shù)，可設(shè)定Data in AI為7。即指針指向7號(hào)參數(shù)，則SLC輸出映像表中的O:1.3中的字將送入7號(hào)參數(shù)。

（3）注意要點(diǎn)

按表1，對(duì)應(yīng)1305適配器I/0組的參數(shù)111～118為輸出參數(shù)選擇，119～126為輸入?yún)?shù)選擇。因此，也只能控制有限的16個(gè)參數(shù)（寫&讀），經(jīng)過嘗試和研究，認(rèn)為通過類似 C語言的間接尋址方式可以動(dòng)態(tài)的對(duì)所選的參數(shù)號(hào)進(jìn)行更改。即在Data Out A1的參數(shù)設(shè)為120即指向Data Out A2，這樣如果改變Data Out A1的數(shù)值就可以動(dòng)態(tài)設(shè)定Data Out A2端口對(duì)應(yīng)的參數(shù)號(hào)，此時(shí)就可以通過輸入Data Out A2的數(shù)值來達(dá)到改變參數(shù)數(shù)值的目的，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的改變多個(gè)參數(shù)。I/O地址映射表見表1。

表1 SLC I/O 映射關(guān)系對(duì)照表

3.3 程序編寫

利用羅克韋爾(Rockwell)公司的RSLogix500程序?qū)LC5/05進(jìn)行梯形圖編程，程序主要實(shí)現(xiàn)的是變頻器頻率設(shè)定、起停控制以及參數(shù)尋址空間分配的功能。起動(dòng)控制的數(shù)值由邏輯控制字決定，頻率輸入基準(zhǔn)值與實(shí)際頻率成比例K。

式（1）中fsmax是設(shè)定的最高頻率的對(duì)應(yīng)實(shí)際數(shù)值，fsmin是設(shè)定的最高頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際數(shù)值，fmax是最高頻率，fmin是最低頻率。本項(xiàng)目設(shè)定 fsmax=32676，=0，fmax=60Hz，fmin=0Hz，所以求出K=546。

由于1305變頻器的Adapter I/O 組參數(shù)對(duì)應(yīng)共16個(gè)字，故在SLC中分配了16個(gè)字的空間。

3.4 V/F線選擇

1305 變頻器支持V/F控制功能，為了改善拖動(dòng)系統(tǒng)在變頻后的機(jī)械特性，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不同負(fù)載類型的實(shí)際需要，項(xiàng)目設(shè)置了4種補(bǔ)償不同的V/F供用戶選擇，其類型主要是由高級(jí)設(shè)置組的參數(shù)所決定。

（1）標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償模式：恒轉(zhuǎn)矩的V/F線。

（2）自定義模式：針對(duì)有些負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大致成比例而采用的V/F比分段補(bǔ)償線。這種補(bǔ)償方式，即轉(zhuǎn)速低時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小，補(bǔ)償較少而當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大而使得補(bǔ)償增大。

（3）起動(dòng)/運(yùn)行補(bǔ)償模式：針對(duì)某些負(fù)載要求有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而采用的補(bǔ)償線。

（4）扇/泵模式：顧名思義，風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，所以這種模式是負(fù)補(bǔ)償?shù)腣/F線。需要注意的是，設(shè)定V/F線的原則是，以最低工作頻率時(shí)能帶動(dòng)負(fù)載為前提，盡量減小補(bǔ)償程度。

4 結(jié)論

基于 CAN技術(shù)和相關(guān)協(xié)議的設(shè)備網(wǎng)已成為新一代開放式自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而以太網(wǎng)不但滿足一般網(wǎng)絡(luò)的條件，目前也是最為廣泛的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)。利用這兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的VVVF參數(shù)在線監(jiān)控方法結(jié)構(gòu)清晰、操作方便，而且伴隨著電力電子技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的不斷完善，相信基于以太網(wǎng)的參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用VVVF的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用將是前途無限。

范海龍（1976-），男，工程師，工程碩士，在酒泉鋼鐵公司不銹鋼廠煉鋼分廠從事電氣設(shè)備的日常檢修維護(hù)技術(shù)工作。