基于工業互聯網的變頻器遠程監控系統設計

梁兵

摘要：近年來，我國的現代化建設的發展迅速，目前，變頻器在電力、冶金、化工、造紙、機械等場合的應用逐漸呈現出普遍化、趨勢化、多樣化。在電機節能、調速以及工況改善等方面應用的變頻器越來越多。在同一工業系統中，不同作用的變頻器分布在不同的位置空間，生產過程中，每一環節都需要監視與控制。對變頻器實行集中監控是提高自動化的重要舉措。本文中采用PLC+觸摸屏作為監控系統主體。監控系統除了能夠反映與之相連接的變頻器的運行參數，還能夠對變頻器近期運行參數生成歷史趨勢圖，變頻器若出現報警錯誤或故障，監控系統亦能夠及時顯示故障，并給出對應故障的處理建議，以便排除故障;若重大故障，則對工業系統及時做出相應措施，以免產生不必要的工業事故與財產損失。

關鍵詞：工業互聯網;變頻器;遠程監控;系統設計

引言

變頻調速系統具有操作簡單、維修便利等優勢，廣泛應用在冶金、石油、化工、紡織、建材、煤炭、污水處理等行業 ，但由于現場工作環境及人力等因素，本地控制不僅維護成本高，而且不利于多臺變頻器聯調。

1重要性

目前，變頻器在冶金、電力、機械等場合的應用逐漸呈現出普遍化趨勢。在電機節能、調速以及工況改善等方面應用的變頻器越來越多。在同一工業系統中，不同作用的變頻器分布在不同的位置空間，生產過程中，每一環節都需要監視與控制。而對于分布在不同位置空間變頻器的集中監控，則是必要的。PLC作為一種通用的工業控制器，可用于機械、汽車、鋼鐵、化學、電力、造紙等各種工業領域。 PLC的種類千差萬別，但適應工業環境具有可靠性極高的能力。編程與調試方便，能夠保證在調試過程中根據實際需求增加或減少對應程序與節點數量。PLC可以將外部輸入的數據存入寄存器中，再與關聯的顯示屏或觸摸屏做寄存器數據映射，進而顯示屏或觸摸屏將PLC的數據實時顯示出來方便用戶查看。在監控系統的設備選用上，為了保證系統實用性高、可擴展性強、操作簡單等優越的性能，選用工業控制系統中常用的集成設備最合適，考慮到PLC具有使用方便、編程簡單且具備超強可靠性的功能，且能夠與變頻器的自帶通訊端口通訊，將變頻器的運行參數與狀態通過串口讀入，故監控系統采用PLC做為監控系統的控制設備最為合適。但PLC作為監控系統的入口設備，并無顯示功能，增加觸摸屏作為監控系統的顯示設備。如此，從硬件的組成上完成了變頻器的監控系統。

2基于工業互聯網平臺的變頻電機監控

工業互聯網是我國推動傳統制造業轉型升級的重要手段，可助力智能制造目標實現，工業互聯網已逐步服務制造業升級轉型。漢云工業互聯網平臺擁有強大的設備連接、數據采集和邊緣計算能力，幫助用戶實現快速設備上云，提高設備利用率，輕松實現 APP 快速開發，滿足各種工業場景的特定需求。首先，登錄漢云工業互聯網平臺，添加網關并與設備綁定，進行云端采點配置，變量編碼必須與網關變量名一致，確保云端能監控數據，并能控制變頻器正常運行。其次，進行云組態界面設計，在漢轉三個按鈕，設置下發值為取反;增加四個狀態指示燈，分別進行動作狀態顯示及故障指示，并保存。云組態完成后，進行工業APP 的發布，可看到變頻器處于未使能狀態，默認設置的工作頻率未 20.0HZ，當按下變頻器使能按鈕，對應指示燈亮，變頻器無故障。在變頻器使能狀態下，設定頻率為 15.0HZ，按下變頻器正轉按鈕，監測到變頻器運行頻率為15.0HZ，電機電流為 0.4A;同理，在變頻器使能狀態下，設定頻率為 15.0HZ，按下變頻器反轉按鈕，變頻器運行頻率為 - 15.0HZ，電機電流為 0.4A，系統實現了云端設定電機運行頻率，控制電機正反轉，并可監控運行頻率、電流，進行故障報警功能。進行電機監控系統設計，TM241CEC24T PLC 通過ModbusRTU協議與 ATV320 變頻器通信，實現皮帶的調速及啟停控制，通過觸摸屏可在現場進行調試和監控。TM241CEC24T PLC 具有兩路串行接口，其中串行接口SL1 為 RJ45 形式，可直接與 ATV320 變頻器的串行接口使用網線連接，PLC作為 ModbusRTU主站，變頻器作為從站，進行變頻器通信參數設置，從站地址設置為 1，通訊波特率為 19.2Kbps， 通訊格式為 8n1，頻率設定通過Modbus 給定，通過網絡啟動變頻器，即可完成變頻器參數設置。進行 PLC組態及編程，打開 Somachine 編程軟件，新建 PLC 項目，進行相關參數設置，并在在串口 1 組態變頻器，設置相關參數，具體步驟如下：在設備樹 Ethernet設置 PLC 的 IP 地址為 192.168.12.11，子網掩碼為255.255.255.0;在設備樹串行口 1，添加設備 ModbusIOScanner，在其下添加 GenericModbusSlave，設置從站站號為 1，設置串行口 1 通信速率為 19200，格式為 8n1，物理介質為 RS485，非極化電阻;添加 GenericModbusSlave從站通道，讀出變量有狀態字、輸出頻率、電機電流，寫入變量為控制字和頻率給定;采用Modbus Master I/O映射方式，其中 ETA 為變頻器狀態字，反映變頻器的工作狀態，ControlWord 為變頻器控制字，可實現變頻器的啟停控制及狀態切換。組態完成后進行程序編寫，并編譯、下載及運行調試，完成變頻器調試。

結語

在變頻器監控系統的研究中，還有利用總線控制技術實現監控系統的方式，而基于PLC利用通訊技術實現監控的方式，是相對最穩定且經濟性較好的方式，在目前的工業應用中，此方式實現的監控系統相對最普遍，可靠性最高，實時性也能夠滿足用戶需求。市場推廣潛力更大。在同類監控系統中，PLC做為監控器的方式從硬件上具有設備簡便、成本低廉的優勢;從軟件方面具有程序設計簡單，程序可調試程度強等顯著的優點。

參考文獻

[1] 吳志敏，陽勝峰. 西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應用教程[M]. 北京：中國電力出版社，2009.

[2] 胡學林. 可編程控制器教程（基礎篇）[M]. 北京：電子工業出版社，2003.