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過程。經過長期的實踐證明，本方案運行效果良好，運行穩定可靠，操控方便，監視信息量多，可以讀取各種運行參數，不足之處是監視信息有滯后現象。

【關鍵詞】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

在工業現場，非常多的異步電動機需要有多種運行速度，變頻器正好適應了這種需求。現代變頻器有著多種控制方式，如開關量控制、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議，通常變頻器的生產廠家都會提供兩種通信協議，一是本廠家的專用的驅動協議，如西門子的USS；二是為了不同廠家設備之間的互聯互通的驅動協議，如西門子的自由口協議和Modicom公司的MODBUS協議。從應用的角度看，采用專用的驅動協議非常方便，能夠大大縮短設計周期，反之則顯得靈活，可將不同公司的產品納入到同一控制系統中，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、系統設計思想

本系統采用USS通信協議的主從控制，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議，它按照串行總線的主—從通信原理來確定訪問的方法。總線上可以連接一個主站和最多31個從站。主站根據通信報文中的地址字符來選擇要傳輸數據的從站。在主站沒有要求它進行通信時，從站本身不能首先發送數據，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是固定的字符02hex（STX），表示一條信息的開始開始；第二個字節是長度說明（LGE），用于指明這一條信息中后跟的字節數目，報文的長度視配置情況不同可以變化的；第三個字節是被尋址的從站地址（ADR）；然后是采用的數據字符，它包括參數識別標記數值區（PKW）和過程數據區（PZD），其長度由MM420參數P2012和P2013 來定義；最后一個字節是校驗和（BCC），它是該信息中BCC 前面所有字節“異或”運算的結果，用于檢查該信息是否有效。

觸摸屏TPC7062KS有USS協議設備構件和讀寫MM420參數的命令，十分方便。具體的命令如下：

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

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

此處擬對電機進行啟動與停止控制及監視電機的運行參數。

二、觸摸屏TPC7062KS組態

（一）監控窗口。監控由標簽、輸入框、按鈕和矩形構件構成，標簽即用于說明也用于電機電流等參數或狀態的監視，按鈕用于每臺電機或全部電機的啟停控制。其中運行狀態標簽下面的運行狀態顯示由兩部分組成，一是三個矩形框重疊在一起，顏色為紅、綠、黃，分別對應停止和報警、正轉、反轉，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、反轉等文字，報警文字置頂放置。如圖2所示。

（二）構件屬性設置。MCGS實時數據庫是工程的數據交換和數據處理中心，數據對象（或稱變量）是構成實時數據庫的基本單元，監控窗口中的各個構件具有多種屬性，與變量關聯起來。

控制部分的構件主要是按鈕，分單臺控制與聯動控制。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”屬性框的腳本程序中輸入：停止電機0=0、正轉電機0=1、反轉電機0=0；在“0#停止”屬性框的腳本程序中輸入：停止電機0=1、正轉電機0=0、反轉電機0=0；在“0#反轉”屬性框的腳本程序中輸入：停止電機0=0、正轉電機0=0、反轉電機0=1。聯動控制如“全部正轉”按下時，將所有電機的正轉變量賦值1、停止變量賦值0、反轉變量賦值0。

運行頻率、電流和電壓的參數監視采用標簽的顯示輸出屬性，與對應的變量連接。

各臺電機的運行頻率可以單獨設置，采用輸入框構件。某臺電機輸入框的操作屬性對應該臺電機的“設定頻率”變量，在變量“設定頻率”的屬性中設最小值為0，最大值為50，對象初值不能為0。

（三）設備窗口組態。設備窗口的作用是實現對外部設備的操作和控制。設備窗口通過設備構件把外部設備的數據采集進來，送入實時數據庫，或把實時數據庫中的數據輸出到外部設備。

在工作臺上打開設備窗口，分別添加通用串口父設備和多個西門子USS協議驅動的子設備。該設備構件用于MCGS讀寫西門子變頻器4系列中支持USS通信協議的變頻器設備。MCGS通過上位機中的串行口設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。

通信的雙方應該具有相同的波特率、數據幀結構，這些在通用串口父設備的屬性頁面上設置；為了監控某臺電機，在發送和接收數據時必須指定具體的站對象，這些在USS協議驅動的子設備屬性頁面的“設備地址”欄上設置。

（四）策略應用。MCGS策略具有多種構件，腳本程序構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。RS485接口時，是將端子14和15分別連接到P+和N-來實現。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主要的參數設置是：P0003=2（訪問第2級的參數所必須的）。P2010=USS波特率，這一參數必須與主站采用的波特率相一致。P2011=USS結點地址，這是為變頻器指定的唯一從站地址。一旦設置了這些參數，就可以進行通信了，主站可以對變頻器的參數（PKW區）進行讀和寫，也可以監測變頻器的狀態和實際的輸出頻率等參數（PZD區）。P0700=5，這一設置允許通過USS對變頻器進行控制。P1000=5，這一設置允許通過USS發送主設定值。P2009=0（禁止規格化），采用默認設置，這是缺省情況下用P2000 進行的規格化。

四、結語

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

【參考文獻】

[1]北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.MCGS中級教程[Z].

[2]MICROMASTER 420通用型變頻器（使用大全）[Z].

[3]MICROMASTER 440通用型變頻器（使用大全）[Z].

[4]西門子標準驅動MICROMASTER4系列變頻器手冊[Z].

[5]北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.核心驅動PLC 連接方法[Z].

[6]北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司服務寶典[Z].2010

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

【作者簡介】徐成貴（1970— ），男，廣西陽朔人，柳州鐵道職業技術學院講師。

（責編 盧 雯）