變頻器控制系統的設計方法研究

高自祥 謝成盟

摘要： 隨著我國自動化技術不斷發展，為工業生產提供了巨大的技術動力。變頻器作為整個控制系統的重要組成部分，加強變頻器控制系統設計有助于降低人工勞力投入量、提高系統運行效率、降低資源損耗。基于此，本文重點探究變頻器控制系統設計方案。

關鍵詞： 變頻器;控制系統;設計方案

引言

新時期下，變頻器借助其良好的控制特性，在工業生產領域得到了廣泛應用，當今大部分變頻器控制都是采用外部控制方案，生產效率較低，造成人、財、物浪費嚴重。為了能夠進一步發揮變頻器的效用，需要對變頻器控制系統進行優化。本文重點提出一種智能儀表控制變頻器系統，采用了CAN總線技術，連接遠程控制中心和變頻器控制系統，這樣有效實現生產設備的合理化設置、提高生產效率。本系統通過智能儀表監測，通過CAN總線將信息發送到遠程控制中心當中，工作人員通過CAN總線將指令發送給控制器，從而控制電氣設備工作運行，這對提高生產系統監控質量有著重要意義。

系統整體框架

在該系統當中，采用基于單片機的智能儀表作為數據采集裝置，傳感器可以獲取設備運行參數，通過變頻器控制設備運行。監測儀器通過CAN總線和控制心中連接，變頻器作為從機，控制中心通過CAN總線向智能儀表發送指令信息，根據控制中心發送信號給變頻器下達命令，如停止運行、啟動運行、變頻調速等，變頻器接收到電機速度、轉矩信號之后，即可給變頻器PID調節器中輸送給定信號，在變頻器當中讀取實際數值、狀態信息，實現變頻器的故障復位功能。整個設計框架如圖1所示。

變頻器控制系統設計方案

硬件設計

采用基于單片機的控制器，通過A/D采用通過信號調節電路將各項采集數據將傳遞給CAN總線，再到控制中心，執行器負責各項參數調節。智能儀表與CAN總線構成控制網絡，可以在控制中心實現遠程空間。系統當中變頻器負責調節電氣設備轉速，單片機可以通過串行通信控制變頻器。整個變頻器系統當中，電路設計主要包括CAN總線接口、RS-485通信接口、信號調理、儀表主板、顯示等電路。其中，最為重要的就是CAN總線和RS-485通信接口電路。

RS-485接口電路

選擇好接口芯片，采用具有瞬變電源抑制功能的RS-485差分總線收發器。單片機上的TXD、RXD分別連接芯片上的1腳、4腳，作為數據的發送端、數據的接收端。單片機上的P4.3上與芯片2腳、3腳連接，并對每個連接腳命名，方面在整個程序系統中對芯片接口進行操作。RS-485可以將單片機和變頻器連接，將RS232信號轉化為RS485信號，實現統一處理。

CAN總線電路設計

在總線單片機選擇上，要采用帶有物理層驅動的芯片，從而保證CAN總線接口電路運行的穩定性，提高總線差動的收發能力。智能儀表單片機的引腳通過CAN總線接口和總線連接，從而實現電平轉換功能，實現整個系統的驅動運行。單片機通過CAN控制器對將要發送的數據打包，之后通過CAN接口電路發送信號。

為了提高整個變頻器系統的抗干擾性能，可以在單片機CAN總線控制器引腳和收發器之間增設一個高速光耦。收發器和CAN總線接口位置采用抗干擾相關措施。收發器的CAN-H和CAN-L引腳和CAN總線之間分別增設一個5Ω電阻，從而起到限流作用，避免收發器受到過流沖擊的影響。CAN-H和CAN-L與接地之間分別連接一個30pF的小電容，有助于將總線上高頻干擾濾除，并且可以起到一定的防輻射作用。在CAN-H和CAN-L之間并聯一個15V瞬態電壓抑制二極管，這樣在瞬間高電壓情況下避免收發器遭受損壞。

軟件設計

變頻器系統所有功能都要處在一個閉環系統中，根據實際生產需求對各個模塊功能進行調用。其設計核心要點依然是CAN驅動子程序和RS-485通信子程序。

CAN驅動程序

儀表CAN驅動程序的主要作用是信息收發，也就是采用寄存器將設備數據集傳輸給CAN總線，上位機下達的相關信息傳輸給單片機寄存器。而單片機與將CAN總線之間的信息溝通核心為CAN驅動程序。在儀表CAN通信程序設計中，要結合實際標準要求對用戶層程序進行編寫，由于是采用了CAN通信協議，所以數據幀的組織、發送，主要是由CAN控制器完成。對CAN控制器進行設置將程序初始化，還可以設置波特率、中斷允許、消息對象初始化等。結合實際應用標準，為了能夠同時保障CAN總線長度、通信速率，波特率設計不得低于125kbps，總線長度為500m。單片機內部集成了16位CAN控制器，每個寄存器中都有一個索引號，一個索引號寫入到CAN地址寄存器后，即可采用CAN數據寄存器訪問該寄存器。

RS-485通信程序

將變頻器和RS485接口電路使用雙絞線連接，選擇自帶RS485接口的變頻器可以省去編程環節，只需要設定參數即可。在實現通信功能時，單片機串口速率設定不得低于9600bps，設計單片機工作方式為中斷方式，單片機向變頻器發送信號，由CAN總線接收數據信息，包括從機地址、設定值、參數值等。

結束語

綜上所述，采用基于CAN總線的變頻器控制系統，可以有效解決傳統變頻器控制效率低、資源浪費多等問題。本文所提方案，通過實踐應用具有抗干擾、穩定性好、控制精度高等特點，滿足了工業生產的控制要求，應用前景十分廣泛。

參考文獻

劉普.基于PLC和變頻器的港口門座起重機控制系統研究[D].南京理工大學，2014.

朱麗琴.基于PLC和變頻器的供水控制系統設計研究[J].電子世界，2018，No.548（14）：150–151.