變頻器實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)的研究與開發(fā)

【摘 要】開發(fā)一種實(shí)訓(xùn)裝置，它通過MCGS組態(tài)技術(shù)對西門子變頻器的各參數(shù)進(jìn)行讀寫，可以實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的直觀性、方便性，降低學(xué)習(xí)難度，提高教學(xué)效果。實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)思路用于工業(yè)控制中，具有靈活、多樣性的特點(diǎn)，有一定的推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】變頻器 實(shí)訓(xùn) MCGS 組態(tài)技術(shù)

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）08C-0191-02

變頻器是一個(gè)高科技產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域涉及電力、礦業(yè)、水泥、冶金、石化等行業(yè)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、提升機(jī)、皮帶機(jī)等負(fù)載的軟啟動(dòng)、智能控制和調(diào)速控制，能夠有效提高工業(yè)企業(yè)的能源利用率、工藝控制及自動(dòng)化水平。

高職院校的電氣類及機(jī)電類專業(yè)的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，都包含有變頻器內(nèi)容。學(xué)生在參加工作后，大多數(shù)在初期（或長期）從事自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)，是變頻器的直接操作者及維護(hù)者，掌握變頻器的應(yīng)用及維護(hù)維修知識是他們的職業(yè)必需。目前，專門針對變頻器實(shí)訓(xùn)教學(xué)的平臺(tái)不多，多數(shù)包含變頻器內(nèi)容的平臺(tái)都是將變頻器作為一個(gè)單獨(dú)的模塊，對變頻器的控制都是通過手工直接在變頻器上進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，很不方便，對學(xué)生而言，學(xué)習(xí)難度很大，對教師而言，檢查指導(dǎo)顯得費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的理解掌握以及提高學(xué)生的動(dòng)手能力，我們開發(fā)了實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)。

一、實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)功能特點(diǎn)

為了使學(xué)生能夠從復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置中解脫出來，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：第一，完整性。能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器各種數(shù)據(jù)類型參數(shù)的讀寫，能滿足電動(dòng)機(jī)的各種控制要求。程序除對參數(shù)讀寫外，還能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸屏對電動(dòng)機(jī)的直接控制。保證學(xué)生可以充分利用裝置完成全部參數(shù)的設(shè)置，順利完成學(xué)習(xí)任務(wù)。第二，使用方便、實(shí)時(shí)性好。及時(shí)地接收并響應(yīng)學(xué)生操作，并能迅速反饋信息，學(xué)生可以通過上位機(jī)控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。第三，可視化界面。將參數(shù)按控制功能分類，將復(fù)雜變?yōu)楹唵危軌蜓杆僬莆崭鲄?shù)意義和設(shè)置。第四，在線幫助。在選擇某參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，同時(shí)提供該參數(shù)的設(shè)置選擇值或設(shè)置說明，當(dāng)選擇某種控制方式時(shí)，提供相應(yīng)的接線圖。第五，易于設(shè)置和檢查參數(shù)。在設(shè)置界面設(shè)置完參數(shù)后能夠立即顯示實(shí)際值，以校對正確性。第六，功能擴(kuò)展適應(yīng)性。即可由變頻器獨(dú)立控制，也增加PLC等器件控制。

二、實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（一）硬件選型。實(shí)訓(xùn)裝置技術(shù)方案采用具有通信接口的變頻器和組態(tài)軟件。變頻器牌號眾多，使用方法基本相同，西門子4系列變頻器通用性較強(qiáng)，在我國占有率高，功能齊全，普遍作為職業(yè)院校教學(xué)設(shè)施；組態(tài)軟件是一款工業(yè)計(jì)算機(jī)軟件，有觸摸屏版和PC版，觸摸屏小巧，便于攜帶安裝，工業(yè)現(xiàn)場使用廣泛，從有利于學(xué)生今后就業(yè)需要出發(fā)，所以選擇西門子變頻器和MCGS觸摸屏作為主要硬件。設(shè)備之間的通信采用工業(yè)上常用的485方式，485通信可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，也有利于拓展學(xué)生視野。

（二）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成。系統(tǒng)硬件由觸摸屏、變頻器、通信接口轉(zhuǎn)換電路及相關(guān)電氣器件組成，相互之間關(guān)系如圖1所示。

（三）通信接口轉(zhuǎn)換電路。通信接口轉(zhuǎn)換電路用于選擇通信伙伴，完成觸摸屏與變頻器、觸摸屏與PLC、PLC與變頻器之間的通信，為方便使用者了解通信伙伴的連接，使用指示燈明確指示伙伴關(guān)系。通過切換，觸摸屏可以直接讀寫變頻器參數(shù)，也可以直接控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；可以在觸摸屏和變頻器之間接入PLC，通過PLC讀寫變頻器參數(shù)或控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

（四）其他器件。除以上主要器件外，還附帶一定數(shù)量的開關(guān)、按鈕和電位器，方便各種控制方式的信號輸入連接。

三、實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)思路。西門子變頻器的參數(shù)多達(dá)兩千多個(gè)，根據(jù)控制功能的不同，可以組合成多種控制方式，每種控制方式的硬件接線也有區(qū)別。為使條理清晰，功能完善，通過梳理，按功能性、使用頻繁度劃分，分別顯示在MCGS的監(jiān)控窗口中，窗口對象有設(shè)置值文本框，供寫入變頻器，有實(shí)際值文本框，供變頻器讀出，寫入與讀出可以立即比較，用以判斷一致性。為了保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，保證電路連接的正確，在窗口中給出參數(shù)設(shè)置的幫助說明和各種控制方式的接線圖，使能夠真正起到教、學(xué)的輔助作用。

（二）監(jiān)控窗口設(shè)計(jì)。參數(shù)有常用和非常用兩類。常用類參數(shù)集中顯示，按功能分別設(shè)有工廠恢復(fù)、電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)、命令和頻率、多功能數(shù)字輸入端子、固定頻率、模擬輸出端子、繼電器輸出端子等可視化窗口，為了方便使用者選擇或設(shè)置合適值，在窗口中同時(shí)給出幫助說明。非常用類參數(shù)應(yīng)用于特定的場合，單獨(dú)列在一個(gè)窗口中，根據(jù)需要輸入?yún)?shù)號，選擇相應(yīng)數(shù)據(jù)類型，然后設(shè)置完數(shù)值后傳輸?shù)阶冾l器。

（三）參數(shù)讀寫。參數(shù)數(shù)據(jù)類型有U16（16位無符號數(shù)）、U32（32位無符號數(shù)）、I16（16位整數(shù)）、I32（32位整數(shù)）、Float（32位浮點(diǎn)數(shù)）五類，除U32外的四類可以直接讀寫和顯示。

U32參數(shù)由高低兩字組成，高字用數(shù)值量輸入和顯示，低字用字符串輸入和顯示。寫入時(shí)將字符串變還為數(shù)值量，再與高字裝配，程序語句如下：寫入值=！Hex2I（低字+！I2Hex（0）+！I2Hex（0）+！I2Hex（0）+！I2Hex（0））+高字。讀出時(shí)將實(shí)際值轉(zhuǎn)換為字符串，分別截取高字部分和右側(cè)第一字符顯示，程序語句如下：字符長度=！Len（！I2Hex（實(shí)際值））、高字=！Hex2I（！Left（！I2Hex（實(shí)際值），字符長度-4））、低字=！Right（！I2Hex（實(shí)際值），1）。

四、結(jié)語

實(shí)訓(xùn)裝置的可視界面對變頻器的各種功能參數(shù)分類，梳理出每一功能所需要的參數(shù)及其設(shè)定值，給學(xué)生提供一種設(shè)置變頻器參數(shù)方便方法，方便教師的講授和指導(dǎo)。學(xué)生也可自學(xué)，在有限時(shí)間里能夠?qū)W習(xí)到更多的變頻器控制技能。實(shí)訓(xùn)裝置具有條理清晰、邏輯性強(qiáng)、易學(xué)易用的特點(diǎn)，應(yīng)用在實(shí)踐教學(xué)中，能夠?qū)崿F(xiàn)教與學(xué)的直觀性和便利性，降低學(xué)習(xí)難度。其設(shè)計(jì)思路用于工業(yè)控制中，具有靈活、多樣性的特點(diǎn)，有著一定的推廣價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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【基金項(xiàng)目】廣西高校科研立項(xiàng)項(xiàng)目“變頻器實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)”（KY2015YB475）

【作者簡介】徐成貴（1970— ），男，廣西陽朔人，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：電氣控制技術(shù)、電子技術(shù)、職業(yè)技術(shù)教育。

（責(zé)編 盧 雯）