一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)在于以工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)變頻器的監(jiān)控需要為背景，理論與實(shí)踐相結(jié)合，提出一種基于PLC和組態(tài)軟件的變頻器監(jiān)控系統(tǒng)，解決生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。其特征在于系統(tǒng)工作過(guò)程分析設(shè)計(jì)是在變頻器運(yùn)行控制畫面中可控制變頻器的運(yùn)行、停止等狀態(tài)。在變頻器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視畫面中，可監(jiān)視變頻器的輸出電流、輸出電壓和運(yùn)行頻率，S7-200?PLC與變頻器之間通訊設(shè)計(jì)?為CPU與外部的數(shù)據(jù)交換即數(shù)據(jù)通訊采用并行通訊與串行通訊兩種方式，使變頻器的應(yīng)用不僅大大提高了生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)效率和節(jié)能效果，而且可以在控制室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度地減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，改善工作環(huán)境，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平。
【專利說(shuō)明】一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電工業(yè)設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著變頻器技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，變頻器作為交流調(diào)速的重要手段在各行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。變頻器的應(yīng)用不僅大大提高了生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)效率和節(jié)能效果，而且可以在控制室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度地減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，改善工作環(huán)境，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平。
[0003]變頻器的發(fā)展是世界生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的產(chǎn)物。近年來(lái)，交流變頻調(diào)速技術(shù)在我國(guó)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、通訊功能、節(jié)約電能、工作效率等方面的優(yōu)勢(shì)是其他的交流調(diào)速方式無(wú)法比擬的。變頻器就是基于交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速而開發(fā)和應(yīng)用的，它以體積小、重量輕、通用性強(qiáng)、使用范圍廣、保護(hù)功能完善、可靠性高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，深受鋼鐵、冶金、礦山、石化、醫(yī)藥、食品、紡織、印染、機(jī)械、電力、建材、造紙等行業(yè)的歡迎，使用變頻器后經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都非常顯著。
[0004]PLC技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。近幾年來(lái)，PLC技術(shù)在各種工業(yè)過(guò)程控制、生產(chǎn)線自動(dòng)控制及各類機(jī)電一體化設(shè)備控制中得到了廣泛應(yīng)用，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的一項(xiàng)十分重要的應(yīng)用技術(shù)。目前PLC已廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、輕工、機(jī)械、電力等各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)了邏輯、步進(jìn)、數(shù)字、機(jī)器人、模擬量等的自動(dòng)控制。隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，軟件領(lǐng)域?qū)⒉粩嗟叵蛴布B透，不斷地用軟件來(lái)代替硬件，從而實(shí)現(xiàn)智能控制和生產(chǎn)自動(dòng)化。PLC就是計(jì)算機(jī)技術(shù)向繼電器等硬件領(lǐng)域滲透的產(chǎn)物，用軟件來(lái)代替硬件，用軟件程序代替硬件繼電器，從而為系統(tǒng)的連接及改造提供了方便，可以節(jié)約成本提高工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于以工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)變頻器的監(jiān)控需要為背景，理論與實(shí)踐相結(jié)合，提出一種基于PLC和組態(tài)軟件的變頻器監(jiān)控系統(tǒng)，解決生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體如下:
[0007]一、系統(tǒng)工作過(guò)程分析設(shè)計(jì)
[0008]1、在變頻器運(yùn)行控制畫面中可控制變頻器的運(yùn)行、停止等狀態(tài)。當(dāng)點(diǎn)擊寫有“運(yùn)行”字樣的按鈕時(shí)，由于此按鈕已經(jīng)與一個(gè)二進(jìn)制過(guò)程變量建立了連接關(guān)系，這一二進(jìn)制過(guò)程變量與S7-200 PLC CPU224 XP的一個(gè)輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)，點(diǎn)擊此按鈕就等于接通了 S7-200 PLCCPU224 XP的一個(gè)輸入點(diǎn)，此時(shí)梯形圖程序中與輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合能流流過(guò)此程序段驅(qū)動(dòng)PLC輸出點(diǎn)接通，也就等于按下了變頻器初級(jí)操作面板上的運(yùn)行鍵，因此變頻器啟動(dòng)運(yùn)行。同理，可按下變頻器運(yùn)行控制畫面中的停止按鈕、頻率增加按鈕、頻率降低按鈕和故障復(fù)位按鈕來(lái)控制變頻器。
[0009]2、在變頻器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視畫面中，可監(jiān)視變頻器的輸出電流、輸出電壓和運(yùn)行頻率。這些量也已經(jīng)通過(guò)一個(gè)被賦予MODBUS地址的過(guò)程變量與S7-200 PLC CPU224 XP變量存儲(chǔ)區(qū)中的地址建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)正常工作時(shí)可通過(guò)控制程序以某一時(shí)間間隔來(lái)讀取變頻器實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在PLC的變量存儲(chǔ)區(qū)中，然后經(jīng)過(guò)一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系經(jīng)由PLC的串行通訊口傳遞到WinCC組態(tài)畫面中顯示。
[0010]所述的通過(guò)WinCC V5.1組態(tài)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能，對(duì)過(guò)程值進(jìn)行歸檔，然后以表格或趨勢(shì)的形式輸出當(dāng)前過(guò)程值或已歸檔的數(shù)據(jù)，即顯示各變頻器的輸出電壓、電流和運(yùn)行頻率的實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線、歷史運(yùn)行曲線。
[0011]二、S7-200 PLC與變頻器之間通訊設(shè)計(jì)
[0012]1、數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)
[0013]CPU與外部的數(shù)據(jù)交換即數(shù)據(jù)通訊采用并行通訊與串行通訊兩種方式。
[0014](I)并行通訊。并行通訊時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通訊速度快，但用的通訊線多、成本高，故不宜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通訊。
[0015](2)串行通信。串行通信時(shí)數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送的，只用很少幾根通信線。串行傳送的速度低，但傳送的距離可以很長(zhǎng)。在PLC網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)絕大多數(shù)是采用串行方式。
[0016]從通信雙方信息的交互方式看，串行通信方式有以下三種:
[0017]①單工通信:只有一個(gè)方向的信息傳送而沒(méi)有反方向的交互。
[0018]②半雙工通信:通信雙方可以同時(shí)發(fā)送(接收)信息，但不能同時(shí)雙向發(fā)送。
[0019]③全雙工通信:通信雙方都可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，雙方的發(fā)送和接收裝置同時(shí)工作。
[0020]單工通信不能實(shí)現(xiàn)雙方交流信息，故在PLC網(wǎng)絡(luò)中極少使用；而半雙工及全雙工通信可以實(shí)現(xiàn)雙方數(shù)據(jù)傳送，故在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用很多。
[0021]串行通信中，傳輸速率用每秒中傳送的位數(shù)(比特/秒)來(lái)表示，稱之為比特率(bit/s)。常用的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率有 1200、2400、4800、9600 和 19200 bit/s 等。
[0022]2、串行通訊設(shè)計(jì)
[0023]串行通訊采用的是設(shè)計(jì)的硬件和軟件協(xié)議。
[0024]軟件協(xié)議中規(guī)定了信號(hào)的波特率、字長(zhǎng)、表示的意義，而且可以由設(shè)計(jì)者根據(jù)特殊的需要來(lái)定義。典型的串行通訊硬件標(biāo)準(zhǔn)是RS232和RS485通訊接口，它們定義了電壓、阻抗，但不對(duì)軟件協(xié)議進(jìn)行定義。
[0025]所述的RS232C是串行通訊接口，僅適用于兩個(gè)相距不遠(yuǎn)的設(shè)備之間的通訊，每個(gè)RS232C接口有兩個(gè)物理連接器(插頭)，DTE端(插針一面)為公，接它的為母，DCE端(針孔的一面)為母，接它的為公。使用時(shí)，計(jì)算機(jī)的串口都是公插頭，而PLC端為母插頭，與它們相連的插頭正好相反。
[0026]在許多工業(yè)控制及通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)中，RS485標(biāo)準(zhǔn)工作在半雙工方式，它是為多臺(tái)機(jī)器之間進(jìn)行通訊而設(shè)計(jì)的，有著很高的抗噪聲能力，而且允許工作在超長(zhǎng)距離的場(chǎng)合(可達(dá)1000米)。所有的標(biāo)準(zhǔn)西門子變頻器都有一個(gè)串行接口采用RS485雙線連接。單一的RS485鏈路最多可以連接31臺(tái)變頻器，而且根據(jù)各變頻器的地址或者采用廣播信息都可以找到需要的變頻器。鏈路中需要有一個(gè)主控設(shè)備，而各個(gè)變頻器則是從屬的控制對(duì)象。
[0027]本發(fā)明的有益效果在于變頻器的應(yīng)用不僅大大提高了生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)效率和節(jié)能效果，而且可以在控制室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度地減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，改善工作環(huán)境，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)例一、一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)
[0029](一)、系統(tǒng)工作過(guò)程分析設(shè)計(jì)
[0030]1、在變頻器運(yùn)行控制畫面中可控制變頻器的運(yùn)行、停止等狀態(tài)。當(dāng)點(diǎn)擊寫有“運(yùn)行”字樣的按鈕時(shí)，由于此按鈕已經(jīng)與一個(gè)二進(jìn)制過(guò)程變量建立了連接關(guān)系，這一二進(jìn)制過(guò)程變量與S7-200 PLC CPU224 XP的一個(gè)輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)，點(diǎn)擊此按鈕就等于接通了 S7-200 PLCCPU224 XP的一個(gè)輸入點(diǎn)，此時(shí)梯形圖程序中與輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合能流流過(guò)此程序段驅(qū)動(dòng)PLC輸出點(diǎn)接通，也就等于按下了變頻器初級(jí)操作面板上的運(yùn)行鍵，因此變頻器啟動(dòng)運(yùn)行。同理，可按下變頻器運(yùn)行控制畫面中的停止按鈕、頻率增加按鈕、頻率降低按鈕和故障復(fù)位按鈕來(lái)控制變頻器。
[0031]2、在變頻器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視畫面中，可監(jiān)視變頻器的輸出電流、輸出電壓和運(yùn)行頻率。這些量也已經(jīng)通過(guò)一個(gè)被賦予MODBUS地址的過(guò)程變量與S7-200 PLC CPU224 XP變量存儲(chǔ)區(qū)中的地址建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)正常工作時(shí)可通過(guò)控制程序以某一時(shí)間間隔來(lái)讀取變頻器實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在PLC的變量存儲(chǔ)區(qū)中，然后經(jīng)過(guò)一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系經(jīng)由PLC的串行通訊口傳遞到WinCC組態(tài)畫面中顯示。
[0032]所述的通過(guò)WinCC V5.1組態(tài)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能，對(duì)過(guò)程值進(jìn)行歸檔，然后以表格或趨勢(shì)的形式輸出當(dāng)前過(guò)程值或已歸檔的數(shù)據(jù)，即顯示各變頻器的輸出電壓、電流和運(yùn)行頻率的實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線、歷史運(yùn)行曲線。
[0033](二)、S7-200 PLC與變頻器之間通訊設(shè)計(jì)
[0034]1、數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)
[0035]CPU與外部的數(shù)據(jù)交換即數(shù)據(jù)通訊采用并行通訊與串行通訊兩種方式。
[0036](I)并行通訊。并行通訊時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通訊速度快，但用的通訊線多、成本高，故不宜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通訊。
[0037](2)串行通信。串行通信時(shí)數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送的，只用很少幾根通信線。串行傳送的速度低，但傳送的距離可以很長(zhǎng)。在PLC網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)絕大多數(shù)是采用串行方式。
[0038]從通信雙方信息的交互方式看，串行通信方式有以下三種:
[0039]①單工通信:只有一個(gè)方向的信息傳送而沒(méi)有反方向的交互。
[0040]②半雙工通信:通信雙方可以同時(shí)發(fā)送(接收)信息，但不能同時(shí)雙向發(fā)送。
[0041]全雙工通信:通信雙方都可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，雙方的發(fā)送和接收裝置同時(shí)工作。
[0042]單工通信不能實(shí)現(xiàn)雙方交流信息，故在PLC網(wǎng)絡(luò)中極少使用；而半雙工及全雙工通信可以實(shí)現(xiàn)雙方數(shù)據(jù)傳送，故在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用很多。
[0043]串行通信中，傳輸速率用每秒中傳送的位數(shù)(比特/秒)來(lái)表示，稱之為比特率(bit/s)。常用的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率有 1200、2400、4800、9600 和 19200 bit/s 等。
[0044]2、串行通訊設(shè)計(jì)[0045]串行通訊采用的是設(shè)計(jì)的硬件和軟件協(xié)議。
[0046]軟件協(xié)議中規(guī)定了信號(hào)的波特率、字長(zhǎng)、表示的意義，而且可以由設(shè)計(jì)者根據(jù)特殊的需要來(lái)定義。典型的串行通訊硬件標(biāo)準(zhǔn)是RS232和RS485通訊接口，它們定義了電壓、阻抗，但不對(duì)軟件協(xié)議進(jìn)行定義。
[0047]所述的RS232C是串行通訊接口，僅適用于兩個(gè)相距不遠(yuǎn)的設(shè)備之間的通訊，每個(gè)RS232C接口有兩個(gè)物理連接器(插頭)，DTE端(插針一面)為公，接它的為母，DCE端(針孔的一面)為母，接它的為公。使用時(shí)，計(jì)算機(jī)的串口都是公插頭，而PLC端為母插頭，與它們相連的插頭正好相反。
[0048]在許多工業(yè)控制及通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)中，RS485標(biāo)準(zhǔn)工作在半雙工方式，它是為多臺(tái)機(jī)器之間進(jìn)行通訊而設(shè)計(jì)的，有著很高的抗噪聲能力，而且允許工作在超長(zhǎng)距離的場(chǎng)合(可達(dá)1000米)。所有的標(biāo)準(zhǔn)西門子變頻器都有一個(gè)串行接口采用RS485雙線連接。單一的RS485鏈路最多可以連接31臺(tái)變頻器，而且根據(jù)各變頻器的地址或者采用廣播信息都可以找到需要的變頻器。鏈路中需要有一個(gè)主控設(shè)備，而各個(gè)變頻器則是從屬的控制對(duì)象。
[0049]本發(fā)明的有益效果在于變頻器的應(yīng)用不僅大大提高了生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)效率和節(jié)能效果，而且可以在控制室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度地減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，改善工作環(huán)境，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平。
【權(quán)利要求】
1.一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)工作過(guò)程分析設(shè)計(jì)為在變頻器運(yùn)行控制畫面中可控制變頻器的運(yùn)行、停止等狀態(tài)；在變頻器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視畫面中，可監(jiān)視變頻器的輸出電流、輸出電壓和運(yùn)行頻率。
2.如權(quán)利要求1所述一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)，二進(jìn)制過(guò)程變量與S7-200PLC CPU224 XP的一個(gè)輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)，點(diǎn)擊此按鈕就等于接通了 S7-200 PLC CPU224 XP的一個(gè)輸入點(diǎn)，此時(shí)梯形圖程序中與輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合能流流過(guò)此程序段驅(qū)動(dòng)PLC輸出點(diǎn)接通，也就等于按下了變頻器初級(jí)操作面板上的運(yùn)行鍵，因此變頻器啟動(dòng)運(yùn)行；系統(tǒng)正常工作時(shí)可通過(guò)控制程序以某一時(shí)間間隔來(lái)讀取變頻器實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)；這些數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在PLC的變量存儲(chǔ)區(qū)中，然后經(jīng)過(guò)一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系經(jīng)由PLC的串行通訊口傳遞到WinCC組態(tài)畫面中顯示。
3.一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)所述的S7-200 PLC與變頻器之間通訊設(shè)計(jì)，其特征在于:CPU與外部的數(shù)據(jù)交換即數(shù)據(jù)通訊采用并行通訊與串行通訊兩種方式； (1)并行通訊:并行通訊時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行 (2)串行通信:串行通信時(shí)數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送的，只用很少幾根通信線；串行通訊采用的是設(shè)計(jì)的硬件和軟件協(xié)議。
4.如權(quán)利要求3所述一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)所述的軟件協(xié)議中規(guī)定了信號(hào)的波特率、字長(zhǎng)、表示的意義，典型的串行通訊硬件標(biāo)準(zhǔn)是RS232和RS485通訊接口，它們定義了電壓、阻抗，但不對(duì)軟件協(xié)議進(jìn)行定義。
5.如權(quán)利要求3所述一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)所述的串行通信方式有以下三種: ①單工通信:只有一個(gè)方向的信息傳送而沒(méi)有反方向的交互； ②半雙工通信:通信雙方可以同時(shí)發(fā)送(接收)信息，但不能同時(shí)雙向發(fā)送； ③全雙工通信:通信雙方都可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，雙方的發(fā)送和接收裝置同時(shí)工作。
6.如權(quán)利要求3所述一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)所述的RS232C是串行通訊接口，僅適用于兩個(gè)相距不遠(yuǎn)的設(shè)備之間的通訊，每個(gè)RS232C接口有兩個(gè)物理連接器(插頭)，DTE端(插針一面)為公，接它的為母，DCE端(針孔的一面)為母，接它的為公，使用時(shí)，計(jì)算機(jī)的串口都是公插頭，而PLC端為母插頭，與它們相連的插頭正好相反。
7.如權(quán)利要求3所述一種變頻器監(jiān)控系統(tǒng)所述的RS485標(biāo)準(zhǔn)工作，在半雙工方式下，它是為多臺(tái)機(jī)器之間進(jìn)行通訊而設(shè)計(jì)的，變頻器都有一個(gè)串行接口采用RS485雙線連接，單一的RS485鏈路最多可以連接31臺(tái)變頻器，而且根據(jù)各變頻器的地址或者采用廣播信息都可以找到需要的變頻器，鏈路中需要有一個(gè)主控設(shè)備，而各個(gè)變頻器則是從屬的控制對(duì)象。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104035382SQ201310068433
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月5日
【發(fā)明者】李孝虎 申請(qǐng)人:李孝虎