基于組態王的電機調速實驗裝置設計

摘 要： 為彌補實驗設備不足，作者開發了異步電機實驗裝置，提出了采用RS485總線通訊的電機調速控制系統的體系結構，基于組態王軟件建構了裝置的控制界面，詳細研究了裝置的硬件接口和程序設計。

關鍵詞： 實驗設備開發 電機調速 變頻器 組態王 RS485

一、引言

機械電子工程專業相關機電類課程傳統的實驗設備采用驗證性和演示性居多，學生的綜合實踐能力沒有得到培養，為彌補實驗設備不足，自主開發機電實驗設備，開發過程中即滿足教學的硬件要求，同時吸引了學生參與，提高了學習興趣和鍛煉了實踐能力。

二、電機調速系統設計

機械產品的轉速控制廣泛采用異步電機和變頻器的方式，通常變頻器的速度控制通過同變頻器一體的操作面板來完成或者通過外部的操作信號來完成。變頻器具有RS485通訊接口，通訊采用MODBUS協議，可以與具有相同接口和通訊協議的上位機通訊實現遠程控制。組態王（KingView）是北京亞控科技公司的工業自動化控制系統軟件，能夠實現人機界面和監控管理系統的開發，是應用比較廣泛的一種組態軟件。筆者提出以組態王為控制開發界面，利用變頻器實現電機的調速過程。

變頻器選用深圳市易能電氣技術有限公司的EDS800-4T0007R系列迷你型變頻器，其采用先進的控制方式實現了高轉矩、高精度、寬調速驅動，為客戶提供了高集成度的解決方案。電機的速度隨變頻器的輸出頻率而變化，變頻器頻率的控制有鍵盤模擬電位器給定、電壓模擬量VCI給定、電流模擬量CCI給定、端子數字脈沖給定、多功能端子組合給定、RS485串行口給定等幾種方式。在這些方式中，鍵盤模擬電位器給定法用于簡單速度的手工調節，電壓模擬量VCI和電流模擬量CCI給定法需要產生模擬信號，利用計算機控制需要另外設計附加電路，端子數字脈沖和多功能端子組合給定需要利用PLC處理，結構復雜且增加成本，而利用RS485總線連接可實現方便控制。系統操作監控界面基于組態王軟件KingView6.52開發，實行系統的監控運行、數據信息管理、現場控制和遠程管理，組態王通過RS232接口經過和鑫轉換器與RS485連接，變頻器連接0.75Kw三相異步電動機。

EDS800系列變頻器通訊方式為異步半雙工串行通訊方式，使用字節奇偶校驗，傳輸的默認格式和傳輸速率為：8-N-1，波特率為9600bps，傳輸的數據命令幀格式如表1所示。命令幀格式結構意義如下：

（1）幀頭：為字符“～“（十六進制7E），單字節。

（2）從機地址：從機的本機地址，占用兩個字節，ASCII格式，出廠設置為01。

（3）主機命令/從機響應：主機發出的命令/從機應答命令，占用兩個字節，ASCII格式。

（4）輔助索引/命令索引/故障索引：對于主機，輔助索引、命令索引用于配合主機命令實現具體功能；對于從機，輔助索引、命令索引用于從機上報故障狀態碼。數據類型為16進制，4個字節，ASCII格式，命令索引占用低兩個字節，輔助索引占用高兩個字節，數據范圍為00-FF。

（5）校驗和：數據含義為幀校驗，占四個字節，ASCII格式，計算的方法為“從機地址”到“運行數據”全部字節ASCII碼值的累加和。

（6）幀尾：十六進制0D，單字節。在組態王中新建項目，雙擊工程瀏覽器目錄中的“設備”項目下的COM1，利用“設備配置向導”對話框新建名稱為“易能變頻器”的設備，選擇莫迪康下的MODBUS（RTU）或MODBUS（ASCII）進行通訊，而后設置設備地址和通信參數。單擊數據庫的數據字典定義設備變量，完成設備配置后，右鍵單擊工作區顯示的變頻器圖標選擇測試變頻器選項，測試組態王與變頻器通信是否正常。易能變頻器的通訊參數控制包括參數的寫入和讀出操作，參數寫入包括運行頻率、運行指令、參數、變頻器復位等；讀出類型包括運行參數和監視參數。易能變頻器對電機的控制包括頻率指令和運行指令兩方面內容，兩指令無先后次序要求，具體的命令指令如表2所示。設異步電機的額定轉速為n0，需要調節的速度為n1，則變頻器的輸入頻率應該為f=60n1/n0。

在組態王工程瀏覽器目錄中“設備”下定義COM2參數，定義完成后測試保證電機與變頻器連接。規劃的變頻調速系統如圖1所示，設計了監控調節界面和構造了開發所用的數據變量，設置了變量類型、連接設備、寄存器、數據類型、采樣頻率，等等。定義界面后進行界面上控件的動畫連接設置，而后編寫命令語言。系統硬件連接正確連接和程序調試通過后切換到運行狀態執行。

三、結語

本裝置可實現機床電氣控制、計算機控制系統、機電傳動控制和機電接口技術等多門課程的綜合實驗，系統結構簡單，界面良好，能夠滿足控制要求。

參考文獻：

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