变频传动装置PC机调试维护软件研发 |
| 2013-02-19 13:53 作者：刘 旭 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第22期刊文称，变频传动技术在钢铁行业中应用广泛。目前，多数技术掌握在外商手中，国内企业正着手研发相关技术，并已取得成效。主要研究PC机调试维护软件的功能需求，并提出软件实现的具体方案。实验证明，使用该PC机调试维护软件，可以有效提高现场调试效率和控制精度，软件安全可靠、使用方便。
关键词：变频传动；调试维护软件；功能需求；软件界面
0引言
在钢铁行业中，变频传动技术应用广泛。目前，变频传动系统大都采用矢量控制的方式，这种控制方式的特点是结构完善、性能优越、技术先进。此种变频传动装置，在国内各个领域----尤其是钢铁行业----得到了大量应用。但是，其核心装置往往都是由少数国外厂商供货，国内冶金用高性能大中功率变频产品开发与制造却近乎于零。
为借鉴国外大型电气厂商的成熟经验，创建一个变频传动系统的产品平台，提升科研实力，填补国内研发方面的空白，打破外商在此领域的垄断，有必要系统的研究以应用于钢铁行业为主的变频传动系统。
对变频传动系统的研究与开发包括很多方面，包括主回路结构、主控制器、PC机调试维护软件、OPS（外部控制器）等。本文主要介绍PC机调试维护软件的研究与开发。变频传动系统硬件结构框图如图1所示。
图1变频传动系统硬件结构图
1功能需求
在具体应用中，为满足钢铁行业的使用现场对变频器操作方式、控制方法等方面的特殊要求，PC机软件需要具备组态识别、参数维护、运行调试、状态监控、历史数据分析、参数优化和通用功能等。其中组态识别包括通讯识别、硬件识别等；参数维护包括参数的存储、导入导出、密码保护、权限控制等；运行调试包括系统控制指令下发、信号发生器等；状态监控包括状态实时显示、故障报警等；历史数据分析包括故障记录和分析预警、数据回放等；参数优化包括参数辨识、参数优化等；通用功能包括通讯设置、程序上传下载、账号密码和权限配置、版本与帮助等。
其基本功能框图如图2所示。
图2PC机调试维护软件基本功能框图
2硬件组成
PC机调试维护软件的硬件主要由PC机和变频装置受控单元两部分构成，它们之间可以采用以太网、光纤、串行通讯等多种通讯方式进行通讯。其结构如图3所示。
图3硬件结构图
由图可知，PC机调试维护软件可以同时连接多台变频设备，不同设备依靠其特定的编码号与PC机进行通讯。
3软件功能设计
通过对西门子、ABB、TMEIC等公司相关产品的研究，结合本次产品开发的功能需求，对PC机调试维护软件进行了设计。其主要功能模块有：
3.1组态识别模块
组态识别可获得系统各构成单元的情况，及控制单元各板卡的详细信息。包括硬件型号的识别、系统单元的连接状态显示及配置、系统单元模块预览、拓扑结构等。为方便客户调试，用图形化的界面显示输入的实际连接。
3.2运行调试模块
该模块可对变频器的工作状态进行控制操作，具体控制命令包括电机的启动、电机的停止、励磁的投入/切断、电机正反转切换、速度指令变更、运行方式选择、紧急制动及复位等。图4为控制面板界面图。
图4控制面板界面示意图
3.3参数维护模块
该模块可对变频器相关参数进行修改、读取、监视等操作。包括参数分类、参数的修改、参数的读取及显示、设置参数操作权限等功能。
参数编号规则是：参数编号由5位字符组成，第一位是字母，不同的字母代表不同的参数组别，如A代表控制相关设置，B代表电机参数，C代表运行参数等。第二位也是字母，代表此参数是只读还是可写，如P代表可写，R代表只读。后三位为数字，代表参数序号等。
3.4状态监控模块
此工作模式可以通过设定，对变频器的部分状态变量、内部数据进行跟踪显示，同时也可显示故障状态和故障内容等信息。图5为状态监控波形显示界面。
图5状态监控波形显示界面
3.5其它功能
除以上具体工作模式外，PC机软件还具有历史数据查询、参数优化、通讯设置、显示版本信息等功能。
另外，为保证软件与变频装置主控制器之间的通讯，专门规定了通讯协议。通常情况下，客户机表示PC机系统，服务器表示变频器控制系统。通讯采用统一格式，都是由操作码、命令码、数据部分构成。通讯协议操作码列表如表1所示。
表1通讯协议操作码列表
名称 值 语意
Req_R 0x01 读参数请求
Req_Wp 0x02 写参数请求
PAck 0x03 协议应答
Data 0x04 参数数据
DAck 0x05 数据传输应答
Req_Wf 0x06 写文件请求
FaultData 0x07 故障数据
WvData 0x08 波形数据
WAck 0x09 波形数据应答
Req_Online 0x0A 上线请求
Req_C 0x0B 命令请求
HBAck 0x0C 心跳应答
Reject 0xFF 拒绝服务
4结论
该PC机调试维护软件应用于实验样机上，其控制精度高、响应时间短，满足了工艺现场的控制需要，极大的丰富了变频传动装置的控制方式。
本软件通过普通的PC机（含台式机与笔记本）与变频系统的通讯交互，实现对变频传动系统的参数设置、运行控制、内部组态的识别与显示等功能。软件作为变频器的服务软件，既依赖于特定的变频器系统，也提高了变频器的性能，并提高了它的可维护性、可调试性、可扩展性。对于需要修改大量参数的场合，使用PC机软件维护参数，方便快捷、简单实用，减少了现场使用OPS进行调试的工作量，极大的方便了现场人员，具有良好的实际效果和应用前景。
作者简介：
刘旭，32岁，电力电子与电力传动专业博士，上海宝信软件股份有限公司工程师。 |
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