以太網(wǎng)通訊的變頻器實(shí)用管理工具開發(fā)

謝坤

（中山市技師學(xué)院，廣東 中山 528400）

隨著工業(yè)自動化技術(shù)日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)的紡織印染行業(yè)對設(shè)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(qū)動調(diào)速單元被廣泛的應(yīng)用，在連續(xù)煮漂機(jī)、絲光機(jī)等單一設(shè)備中的變頻器數(shù)量可達(dá)50-80 臺。按照我司原來的標(biāo)準(zhǔn)流程，變頻器的參數(shù)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(shù)值，上述兩種方法均需要做大量重復(fù)性的工作，耗時耗力且很難保證參數(shù)的完整性。此外，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過程中某一變頻器出現(xiàn)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(jù)故障代碼查閱手冊進(jìn)一步判斷故障類型。再者，往往由于客戶維護(hù)人員的技能水平受限，更換的新的變頻器的參數(shù)配置和運(yùn)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(shù)服務(wù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)操作。

變頻器的傳統(tǒng)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(shè)備出機(jī)數(shù)量的增加，國外市場的占有率也在同步提升，數(shù)量眾多的變頻器的參數(shù)配置和后期維護(hù)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(diào)試人員在現(xiàn)場快速且準(zhǔn)確的對數(shù)量眾多的變頻器進(jìn)行批量的參數(shù)輸入？客戶維護(hù)工程人員又如何能在最短時間發(fā)現(xiàn)某變頻器的異常并進(jìn)行故障類型的初步診斷并引導(dǎo)他們?nèi)绾芜M(jìn)行故障處理？我們的技術(shù)團(tuán)隊(duì)如何能在辦公室通過互聯(lián)網(wǎng)來遠(yuǎn)程跟蹤位于異地，甚至國外客戶工廠內(nèi)的所有變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)時狀況并在有需要時修正優(yōu)化參數(shù)？帶著這些問題點(diǎn)，我開始著手思考并最終實(shí)現(xiàn)了利用Siemens PLC S7-1500 和不同品牌的變頻器之間進(jìn)行參數(shù)交換并最終通過HMI 人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)針對變頻器的參數(shù)讀寫操作、故障碼判別、文本列表導(dǎo)出。

本項(xiàng)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W(wǎng)incc Advanced V16。

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

（4）MS Office 2010。

該項(xiàng)目的開發(fā)主要包含PLC 單元，HMI 組態(tài)以及項(xiàng)目的編譯運(yùn)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(dǎo)的全集成自動化TIA 理念，PLC 程序采用了面向?qū)ο蠼M件的編程方式來實(shí)現(xiàn)，對其功能塊FB 進(jìn)行了封裝，F(xiàn)B 的I/O 接口定義如表1 所示。

表1

1.2 PLC 硬件和網(wǎng)絡(luò)配置

備注：HW_IO_Head 做為變頻器站點(diǎn)的硬件識別碼，其具有唯一性；兩個變頻器硬件標(biāo)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(wǎng)段內(nèi)；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(shù)據(jù)交換通過Siemens 系統(tǒng)指令WRREC和RDREC 來完成，故必須要定義好相關(guān)聯(lián)的報(bào)文結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。為減少CPU 的掃描負(fù)擔(dān)，指定在組織塊OB35 中對該功能進(jìn)行時間中斷調(diào)用。中斷掃描周期設(shè)為100ms。

1.4 HMI 組態(tài)

人機(jī)界面使用Siemens TIA WinCC Advanced 組態(tài)軟件來完成，其同PLC 采用以太網(wǎng)通訊。編譯后的項(xiàng)目可運(yùn)行在機(jī)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(yùn)行。

1.4.1 變量表的創(chuàng)建

1.4.1.1 PLC 變量表導(dǎo)入

導(dǎo)入PLC 數(shù)據(jù)塊para 的所有變量，包括數(shù)組變量。

1.4.1.2 內(nèi)部變量創(chuàng)建

包括讀寫操作臨時標(biāo)識位、變頻器參數(shù)列表導(dǎo)出操作所需要的中間變量等。

1.4.2 文本列表創(chuàng)建

包括：變頻器類型文本列表、參數(shù)代碼文本列表、參數(shù)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(tǒng)將自動啟動并顯示引導(dǎo)畫面，選中要操作的目標(biāo)變頻器類型，主畫面分為三個板塊，主操作區(qū)域、參數(shù)代碼操作區(qū)、參數(shù)值操作區(qū)。

2.1.1 參數(shù)值讀取操作步驟

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

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

2.1.1.3 系統(tǒng)自動逐個掃描所有變頻器的目標(biāo)代碼參數(shù)值并顯示在相對應(yīng)的參數(shù)值域。數(shù)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(shù)值會歸零。

2.1.2 參數(shù)值寫入操作步驟

2.1.2.1 選擇目標(biāo)參數(shù)代碼，方法同步驟2.1.1 一致。

2.1.2.2 單擊【參數(shù)全部寫入】按鈕，所有的變頻器參數(shù)操作屬性即更改為“寫入”。也可根據(jù)實(shí)際需求點(diǎn)擊每個變頻器對應(yīng)行最前面的讀寫切換按鈕來對其讀寫屬性進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置。

選中寫操作的變頻器所在的行域會變?yōu)榫G色，以起到明顯的視覺區(qū)分效果。

2.1.2.3 在參數(shù)值輸入域輸入預(yù)設(shè)的參數(shù)值。

2.1.2.4 按下【寫入執(zhí)行】按鈕并保持3 秒鐘，預(yù)設(shè)參數(shù)值將會寫入到選中的目標(biāo)變頻器中。

2.1.2.5 如某變頻器通訊失敗，則保留原有參數(shù)值；

2.2 設(shè)置畫面

僅經(jīng)過授權(quán)的人員可以對該界面的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定修改：

2.2.1 變頻器數(shù)量的定義

可以在0-99 之間設(shè)定網(wǎng)絡(luò)中的變頻器的數(shù)量，0表示網(wǎng)絡(luò)內(nèi)沒有可操作的變頻器。

2.2.2 開啟變頻器參數(shù)寫入功能

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

2.2.3 機(jī)器運(yùn)行時禁止參數(shù)寫入選項(xiàng)。

2.2.4 變頻器參數(shù)列表的導(dǎo)出

輸入文件存儲路徑域，并點(diǎn)擊導(dǎo)出按鈕。待VBS 腳本執(zhí)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(quán)限分配如表2 所示。

表2

3 結(jié)論

借助于該工具軟件，現(xiàn)場調(diào)試人員可以在短時間內(nèi)批量完成電柜內(nèi)數(shù)臺變頻器的參數(shù)輸入，大大提高了工作效率，更避免了使用面板進(jìn)行參數(shù)操作可能帶來的誤、漏現(xiàn)象。此外，針對變頻器實(shí)時運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)控如電流、電壓、頻率輸出、變頻器溫度等，不需要專業(yè)技術(shù)人員的參與即可在該工具中實(shí)現(xiàn)。通過對多臺變頻器的運(yùn)行參數(shù)做同時在線比較，可利于發(fā)現(xiàn)潛在的電氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及機(jī)械傳動方面的隱患。