以太網通訊的變頻器實用管理工具開發

謝坤

（中山市技師學院，廣東 中山 528400）

隨著工業自動化技術日新月異的發展，傳統的紡織印染行業對設備的自動化程度以及性能方面的要求越來越高，變頻器作為其中最重要的同步驅動調速單元被廣泛的應用，在連續煮漂機、絲光機等單一設備中的變頻器數量可達50-80 臺。按照我司原來的標準流程，變頻器的參數輸入和診斷通常是借助電腦端的專用軟件(如Lenze 的Engineer 或Danfoss 的MCT10)通過通訊電纜下載至各變頻器，亦或是通過操作面板手動一一輸入各代碼參數值，上述兩種方法均需要做大量重復性的工作，耗時耗力且很難保證參數的完整性。此外，當設備運行過程中某一變頻器出現故障，電工需要打開電柜找到故障變頻器并通過操作面板讀取故障代碼，繼而根據故障代碼查閱手冊進一步判斷故障類型。再者，往往由于客戶維護人員的技能水平受限，更換的新的變頻器的參數配置和運行測試有時很難由其自行完成，在不得已的情況下我司需派遣技術服務人員到現場進行指導操作。

變頻器的傳統操作有如下兩種方法(見圖1、圖2)

圖1 使用PC 通過專用電纜連接至變頻器

圖2 使用操作面板

隨著設備出機數量的增加，國外市場的占有率也在同步提升，數量眾多的變頻器的參數配置和后期維護變成了我們必須要面對的問題。有沒有一種方案可以讓我們的調試人員在現場快速且準確的對數量眾多的變頻器進行批量的參數輸入？客戶維護工程人員又如何能在最短時間發現某變頻器的異常并進行故障類型的初步診斷并引導他們如何進行故障處理？我們的技術團隊如何能在辦公室通過互聯網來遠程跟蹤位于異地，甚至國外客戶工廠內的所有變頻器的運轉實時狀況并在有需要時修正優化參數？帶著這些問題點，我開始著手思考并最終實現了利用Siemens PLC S7-1500 和不同品牌的變頻器之間進行參數交換并最終通過HMI 人機界面來實現針對變頻器的參數讀寫操作、故障碼判別、文本列表導出。

本項目涉及到的編程平臺和配套測試軟件包括：

（1）Siemens TIA 博途STEP7 V16。

（2）Siemens TIA 博途Wincc Advanced V16。

（3）Visu Studio 2015（主要用于測試Wincc VBS 腳本）。

（4）MS Office 2010。

該項目的開發主要包含PLC 單元，HMI 組態以及項目的編譯運行，同時也附上了該管理工具的簡易操作說明。

1 PLC 單元

1.1 基于Siemens 倡導的全集成自動化TIA 理念，PLC 程序采用了面向對象組件的編程方式來實現，對其功能塊FB 進行了封裝，FB 的I/O 接口定義如表1 所示。

表1

1.2 PLC 硬件和網絡配置

備注：HW_IO_Head 做為變頻器站點的硬件識別碼，其具有唯一性；兩個變頻器硬件標識符的遞增量為8；所有變頻器的IP地址均需和PLC 保持同一網段內；本案中以Lenze84 系列變頻器作為范本(下同)。

1.3 PLC 程序

PLC 和變頻器的數據交換通過Siemens 系統指令WRREC和RDREC 來完成，故必須要定義好相關聯的報文結構數據。為減少CPU 的掃描負擔，指定在組織塊OB35 中對該功能進行時間中斷調用。中斷掃描周期設為100ms。

1.4 HMI 組態

人機界面使用Siemens TIA WinCC Advanced 組態軟件來完成，其同PLC 采用以太網通訊。編譯后的項目可運行在機臺的操作電腦上，也可在任意安裝有TIA Portal 博途軟件的手提電腦上運行。

1.4.1 變量表的創建

1.4.1.1 PLC 變量表導入

導入PLC 數據塊para 的所有變量，包括數組變量。

1.4.1.2 內部變量創建

包括讀寫操作臨時標識位、變頻器參數列表導出操作所需要的中間變量等。

1.4.2 文本列表創建

包括：變頻器類型文本列表、參數代碼文本列表、參數值單位文本列表、故障描述文本列表以及故障處理文本列表。

2 管理工具的簡易使用操作說明

2.1 雙擊編譯生成的界面程序文件，系統將自動啟動并顯示引導畫面，選中要操作的目標變頻器類型，主畫面分為三個板塊，主操作區域、參數代碼操作區、參數值操作區。

2.1.1 參數值讀取操作步驟

2.1.1.1 通過參數代碼下拉列表選擇目標參數代碼，也可手動在代碼欄輸入代碼號。

2.1.1.2 單擊【參數全部只讀】按鈕，所有的變頻器參數操作屬性即更改為“只讀”。

2.1.1.3 系統自動逐個掃描所有變頻器的目標代碼參數值并顯示在相對應的參數值域。數值單位也會同步更新，如電流為A，電壓為V 等。如某變頻器通訊失敗，則參數值會歸零。

2.1.2 參數值寫入操作步驟

2.1.2.1 選擇目標參數代碼，方法同步驟2.1.1 一致。

2.1.2.2 單擊【參數全部寫入】按鈕，所有的變頻器參數操作屬性即更改為“寫入”。也可根據實際需求點擊每個變頻器對應行最前面的讀寫切換按鈕來對其讀寫屬性進行單獨設置。

選中寫操作的變頻器所在的行域會變為綠色，以起到明顯的視覺區分效果。

2.1.2.3 在參數值輸入域輸入預設的參數值。

2.1.2.4 按下【寫入執行】按鈕并保持3 秒鐘，預設參數值將會寫入到選中的目標變頻器中。

2.1.2.5 如某變頻器通訊失敗，則保留原有參數值；

2.2 設置畫面

僅經過授權的人員可以對該界面的內容進行設定修改：

2.2.1 變頻器數量的定義

可以在0-99 之間設定網絡中的變頻器的數量，0表示網絡內沒有可操作的變頻器。

2.2.2 開啟變頻器參數寫入功能

為防止對變頻器的參數誤更改導致異常，故主畫面中的參數寫入功能僅在該選項開啟后方可正常使用。

2.2.3 機器運行時禁止參數寫入選項。

2.2.4 變頻器參數列表的導出

輸入文件存儲路徑域，并點擊導出按鈕。待VBS 腳本執行完畢后，即可生成Excell 表格文件并存檔于指定硬盤目錄。

2.3 用戶登錄

用戶等級共分為三級，其權限分配如表2 所示。

表2

3 結論

借助于該工具軟件，現場調試人員可以在短時間內批量完成電柜內數臺變頻器的參數輸入，大大提高了工作效率，更避免了使用面板進行參數操作可能帶來的誤、漏現象。此外，針對變頻器實時運轉狀態的監控如電流、電壓、頻率輸出、變頻器溫度等，不需要專業技術人員的參與即可在該工具中實現。通過對多臺變頻器的運行參數做同時在線比較，可利于發現潛在的電氣調節系統以及機械傳動方面的隱患。