基于組態(tài)王的電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

摘 要： 為彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足，作者開(kāi)發(fā)了異步電機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置，提出了采用RS485總線通訊的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，基于組態(tài)王軟件建構(gòu)了裝置的控制界面，詳細(xì)研究了裝置的硬件接口和程序設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞： 實(shí)驗(yàn)設(shè)備開(kāi)發(fā) 電機(jī)調(diào)速 變頻器 組態(tài)王 RS485

一、引言

機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)相關(guān)機(jī)電類(lèi)課程傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用驗(yàn)證性和演示性居多，學(xué)生的綜合實(shí)踐能力沒(méi)有得到培養(yǎng)，為彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足，自主開(kāi)發(fā)機(jī)電實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開(kāi)發(fā)過(guò)程中即滿足教學(xué)的硬件要求，同時(shí)吸引了學(xué)生參與，提高了學(xué)習(xí)興趣和鍛煉了實(shí)踐能力。

二、電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品的轉(zhuǎn)速控制廣泛采用異步電機(jī)和變頻器的方式，通常變頻器的速度控制通過(guò)同變頻器一體的操作面板來(lái)完成或者通過(guò)外部的操作信號(hào)來(lái)完成。變頻器具有RS485通訊接口，通訊采用MODBUS協(xié)議，可以與具有相同接口和通訊協(xié)議的上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。組態(tài)王（KingView）是北京亞控科技公司的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)界面和監(jiān)控管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，是應(yīng)用比較廣泛的一種組態(tài)軟件。筆者提出以組態(tài)王為控制開(kāi)發(fā)界面，利用變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速過(guò)程。

變頻器選用深圳市易能電氣技術(shù)有限公司的EDS800-4T0007R系列迷你型變頻器，其采用先進(jìn)的控制方式實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)，為客戶提供了高集成度的解決方案。電機(jī)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(pán)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(shù)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(pán)模擬電位器給定法用于簡(jiǎn)單速度的手工調(diào)節(jié)，電壓模擬量VCI和電流模擬量CCI給定法需要產(chǎn)生模擬信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)控制需要另外設(shè)計(jì)附加電路，端子數(shù)字脈沖和多功能端子組合給定需要利用PLC處理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且增加成本，而利用RS485總線連接可實(shí)現(xiàn)方便控制。系統(tǒng)操作監(jiān)控界面基于組態(tài)王軟件KingView6.52開(kāi)發(fā)，實(shí)行系統(tǒng)的監(jiān)控運(yùn)行、數(shù)據(jù)信息管理、現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程管理，組態(tài)王通過(guò)RS232接口經(jīng)過(guò)和鑫轉(zhuǎn)換器與RS485連接，變頻器連接0.75Kw三相異步電動(dòng)機(jī)。

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(jié)奇偶校驗(yàn)，傳輸?shù)哪J(rèn)格式和傳輸速率為：8-N-1，波特率為9600bps，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)命令幀格式如表1所示。命令幀格式結(jié)構(gòu)意義如下：

（1）幀頭：為字符“～“（十六進(jìn)制7E），單字節(jié)。

（2）從機(jī)地址：從機(jī)的本機(jī)地址，占用兩個(gè)字節(jié)，ASCII格式，出廠設(shè)置為01。

（3）主機(jī)命令/從機(jī)響應(yīng)：主機(jī)發(fā)出的命令/從機(jī)應(yīng)答命令，占用兩個(gè)字節(jié)，ASCII格式。

（4）輔助索引/命令索引/故障索引：對(duì)于主機(jī)，輔助索引、命令索引用于配合主機(jī)命令實(shí)現(xiàn)具體功能；對(duì)于從機(jī)，輔助索引、命令索引用于從機(jī)上報(bào)故障狀態(tài)碼。數(shù)據(jù)類(lèi)型為16進(jìn)制，4個(gè)字節(jié)，ASCII格式，命令索引占用低兩個(gè)字節(jié)，輔助索引占用高兩個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)范圍為00-FF。

（5）校驗(yàn)和：數(shù)據(jù)含義為幀校驗(yàn)，占四個(gè)字節(jié)，ASCII格式，計(jì)算的方法為“從機(jī)地址”到“運(yùn)行數(shù)據(jù)”全部字節(jié)ASCII碼值的累加和。

（6）幀尾：十六進(jìn)制0D，單字節(jié)。在組態(tài)王中新建項(xiàng)目，雙擊工程瀏覽器目錄中的“設(shè)備”項(xiàng)目下的COM1，利用“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框新建名稱(chēng)為“易能變頻器”的設(shè)備，選擇莫迪康下的MODBUS（RTU）或MODBUS（ASCII）進(jìn)行通訊，而后設(shè)置設(shè)備地址和通信參數(shù)。單擊數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)字典定義設(shè)備變量，完成設(shè)備配置后，右鍵單擊工作區(qū)顯示的變頻器圖標(biāo)選擇測(cè)試變頻器選項(xiàng)，測(cè)試組態(tài)王與變頻器通信是否正常。易能變頻器的通訊參數(shù)控制包括參數(shù)的寫(xiě)入和讀出操作，參數(shù)寫(xiě)入包括運(yùn)行頻率、運(yùn)行指令、參數(shù)、變頻器復(fù)位等；讀出類(lèi)型包括運(yùn)行參數(shù)和監(jiān)視參數(shù)。易能變頻器對(duì)電機(jī)的控制包括頻率指令和運(yùn)行指令兩方面內(nèi)容，兩指令無(wú)先后次序要求，具體的命令指令如表2所示。設(shè)異步電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為n0，需要調(diào)節(jié)的速度為n1，則變頻器的輸入頻率應(yīng)該為f=60n1/n0。

在組態(tài)王工程瀏覽器目錄中“設(shè)備”下定義COM2參數(shù)，定義完成后測(cè)試保證電機(jī)與變頻器連接。規(guī)劃的變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖1所示，設(shè)計(jì)了監(jiān)控調(diào)節(jié)界面和構(gòu)造了開(kāi)發(fā)所用的數(shù)據(jù)變量，設(shè)置了變量類(lèi)型、連接設(shè)備、寄存器、數(shù)據(jù)類(lèi)型、采樣頻率，等等。定義界面后進(jìn)行界面上控件的動(dòng)畫(huà)連接設(shè)置，而后編寫(xiě)命令語(yǔ)言。系統(tǒng)硬件連接正確連接和程序調(diào)試通過(guò)后切換到運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行。

三、結(jié)語(yǔ)

本裝置可實(shí)現(xiàn)機(jī)床電氣控制、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)電傳動(dòng)控制和機(jī)電接口技術(shù)等多門(mén)課程的綜合實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，界面良好，能夠滿足控制要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]申建廣，陶濤，梅雪松，等.基于RS-485的單片機(jī)與三菱變頻器通訊的多電機(jī)控制研究[J].機(jī)床與液壓，2012，40（9）：5-7.

[2]張智明.基于RS-485的變頻器與PLC的通訊技術(shù)的研究[J].現(xiàn)代制造工程，2005，（12）：28-29.

[3]李永梅.機(jī)電一體化自動(dòng)化裝配教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009，22（12）：94-95.

[4]李江全，王玉巍，張鴻瓊.案例解說(shuō)組態(tài)軟件典型控制應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.