基于WinAC的變頻器數據通訊與故障監(jiān)測
| 摘要 以PROFIBUS-DP工控網為基礎，建立基于WinAC的主從站式現(xiàn)場總線控制網絡，闡述了WinAC與MM420變頻器數據通訊與在線監(jiān)測的原理及方法。 引言變頻器是交流調速中普遍使用的基本設備，隨著PC機技術的成熟和發(fā)展，基于PC的自動化集成解決方案被提出，并逐步在各種工業(yè)控制場合得到應用。本文設計了基于SIEMENS的PC控制器WinAC集成環(huán)境下的PROFIBUS-DP通訊網絡，實現(xiàn)了上位機與SIEMENSMM420變頻器的數據通訊與在線監(jiān)測技術。  系統(tǒng)組成在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件結構圖如圖1所示。 系統(tǒng)以PC機（配置CP5613通訊卡和WinAC）作為主站，MM420變頻器安裝PROFIBUS通訊模塊為從站接入PROFIBUS-DP，這樣PC機既作為PLC的軟控制器，又可作為監(jiān)控、管理計算機，實現(xiàn)一機多用。為了實現(xiàn)對變頻器從站的控制，MM420變頻器CB通訊板須要與接入Profibus-DP網中作為從站，接受從主站WinAC的控制。通訊板將從Profibus-DP網中接收到的過程數據存入雙向RAM中，雙向RAM中每一個字都被編址，在變頻器端的雙向RAM可通過被編址參數排序，向變頻器寫入控制字、設置值或讀出實際值、診斷信息等參量。 MM420變頻器的參數設置及數據區(qū)結構</FONT>每個變頻器的從站地址可在工控機上由軟件設定，相關參數可由變頻器操作面板進行設定，部分參數的設定見表1。</P> 為了對變頻器從站進行控制和運行參數的讀寫，需要對MM420變頻器的數據區(qū)的結構進行分析。MM420變頻器的數據區(qū)結構如表2所示，上位機讀寫MM420參數是通過4PKW區(qū)，如果除設定值和控制字以外，還需傳送其他數據，則要選擇4PZD。 PKW區(qū)說明參數識別ID—數值（PKW）接口的處理方式。PKW接口并非物理意義上的接口，而是一種機理，這一機理確定了參數在兩個通訊伙伴之間（例如控制裝置與變頻器）的傳輸方式，通過PKW區(qū)可以讀寫變頻器的參數值從而改變變頻器的工作狀態(tài)。通訊報文的PZD區(qū)是為控制和監(jiān)測變頻器而設計的,其數據根據傳送方向不同而不同。當數據由主站傳向變頻器時，PZD區(qū)由控制字（STW）和頻率設定值（HSW）構成，當數據由變頻器傳向主站時，PZD區(qū)返回變頻器的狀態(tài)字（ZSW）和實際速度值（HIW）。PKW和PZD共有五種結構形式，即PPO1，PPO2，PP3，PPO4，PPO5，在系統(tǒng)組態(tài)時要對PPO進行選擇，每一種類型的結構形式如下所示:PPO1：4PKW+2PZD（共6個字）；PPO2：4PKW+6PZD（共10個字）；PPO3：2PZD（共2個字）；PPO4：6PZD（共6個字）；PPO5：4PKW+10PZD（共14個字）。WinAC與變頻器通訊程序4.1WinAC是西門子公司近年新推出的基于PC的控制器,它是一套應用于Windows操作系統(tǒng)的軟件包，它將控制、數據采集、通訊、人機界面及其它技術完整地集成在一臺PC機上,使得控制系統(tǒng)硬件更加精煉。WinAC的功能不僅僅限于在PC機上實現(xiàn)PLC的功能，同時它在PLC與PC間實現(xiàn)完美的集成，突破了傳統(tǒng)PLC開放性差、硬件昂貴、開發(fā)周期長、升級困難等束縛。它充分利用了PC機的軟硬件資源，在面對各種不同的生產需求時，既具有了良好的靈活性、適應性、擴展性，又保持了PLC原有的可靠性。WinAC最突出的優(yōu)點是可以充分利用PC機的軟硬件資源，在自動控制領域實現(xiàn)了多功能集成控制；即將開閉環(huán)控制、運動控制、視頻系統(tǒng)、人機界面、數據采集、數據處理、生產管理、網絡通信等等一系列的自動化控制和通信任務在統(tǒng)一的PC機平臺上集成，本試驗系統(tǒng)使用的是WinACRTX4.0,是面向高速和精確時間要求的控制任務的基于PC的自動化解決方案。它采用了微軟認證的精確時鐘解決方案提供商—VenturCom的實時內核，即RTX（RealTimeExtent）。 RTX作為Wondows系統(tǒng)的擴展實時子系統(tǒng)，滿足了控制任務對高速和精確的時間的要求，并將控制程序及Profibus-DP通信驅動程序運行在RTX擴展內核上。由于RTX擴展內核在WindowsNT操作系統(tǒng)之外，即使WindowsNT藍屏死機時，也不會對控制和通信產生影響。并通過西門子的CP5613通信卡和輸入輸出硬件模板連接，來完成對各個測點的監(jiān)控 4.2 WinAc與MM420變頻器通訊 為了實現(xiàn)上位機與變頻器的實時數據通訊與在線監(jiān)測,首先在WinAC下對系統(tǒng)進行組態(tài),組態(tài)結構見圖2所示。 圖2 系統(tǒng)組態(tài)圖   組態(tài)完成后編寫必要的通訊程序，下面具體說明通訊程序的編寫。由于在S7中用裝載（L）指令訪問I/O區(qū)時最多只能讀取4個連續(xù)的字節(jié)，因此需要在主程序中調用功能塊SFC14（“DPRD_DAT”）和SFC15（“DPWR_DAT”）來讀寫變頻器的參數。對PKW區(qū)的讀寫，PLC對PKW區(qū)數據的訪問是同步通訊，即發(fā)一條信息，得到返回值后才能發(fā)第二條信息。程序中，將DB1.DBX24.0開始的8個字節(jié)寫入從站，從站數據讀入DB1.DBX8.0開始的8個字節(jié)。W#16#208是硬件組態(tài)時PKW的起始地址。420變頻器參數的讀寫是通過對PKW區(qū)的PKE寫入不同數值區(qū)分的，具體情況參閱西門子變頻器的參數設置，以下舉例說明。（1）讀寫0002～1999的參數如讀參數P0700，700=2BC(HEX)，PLCPKW輸出=12BC,0000,0000,0000；1為讀請求PLCPKW輸入=12BC,0000,0000,0006；返回1表示參數為單字長，值為6如寫參數P1082，1082=43A(HEX)PLCPKW輸出=343A,0000,41F0,0000；3為寫雙字請求41F00000(HEX)=30.0(REAL)PLCPKW輸入=243A,0000,41F0,0000；返回2表示參數為雙字長,確認修改完畢。（2）讀寫2000～2999的參數如讀參數P2010，10=A(HEX)PLCPKW輸出=100A,8001,0000,0000；  1為讀請求，8表示參數號在2000～3999范圍，1表示數組中第一個參數。PLCPKW輸入返回1表示參數為單字長，值為6（3）對PZD區(qū)的讀寫由于采用2PZD方式，因此PZD的讀寫不需要調用SFC14、SFC15，直接采用傳送指令L、T讀寫數據。程序中變頻器的控制字和頻率設定值存儲在DB1.DBX0.0開始的4個字節(jié)內，通過PQW520、PQW522傳入變頻器，DB1.DBW0先設為047E再變?yōu)?47F,變頻器以設定的頻率值啟動運行；變頻器的狀態(tài)字和實際速度值從PIW520、PIW522讀入，存入DB1.DBX4.0開始的4個字節(jié)內。 變頻器的在線監(jiān)測 當變頻器與上位機的網絡通訊組建后，即可在上位機上編制HMI，利用MM420變頻器提供的關于電機及裝置的大量運行和統(tǒng)計數據，其可供用戶觀察和診斷之用。該數據可由用戶程序讀取，并可傳送給相應的操作員通訊和監(jiān)視系統(tǒng)。這樣，各種運行和統(tǒng)計信息可在控制室內顯示。MM420變頻器有關當前運行狀態(tài)有裝置開(ON)/關(OFF)，實際相電流，逆時針，順時針，速度信號，閉合，嚴重警告，一般故障等信息。也可設定的電流限制使過程工程師了解有關系統(tǒng)內的臨界狀態(tài)。通過發(fā)出臨界運行狀態(tài)的信號減少故障可設定的電流限制使過程工程師了解有關系統(tǒng)內的臨界狀態(tài)。例如，當一電流低于電流設定值下限時，這可能意味著輸送機皮帶斷裂。攪拌機的過載例如可通過顯示“超過電流上限”的字樣得到快速檢測。為避免機器的過載跳閘，過程工程師可采取準確步驟來改變工作過程。對于變頻器所出現(xiàn)的故障，有故障號（r947）、故障值（r949）、故障列表（r951）、故障數目（r952）和故障時間（r782）可用，其中故障號是從F001到F255，每一個故障號都對應有故障說明和解決措施在HMI上顯示，如出現(xiàn)F011故障，系統(tǒng)將顯示如表3所示信息。  ;MM420變頻器本地記錄起動次數和過載次數，所有數據均被存儲在MM420變頻器內的非易失性存儲器中。工程師可在上位機直接將這些打印和進一步分析。MM420變頻器處理器功能的正確與否將得到永久性監(jiān)視。如果出現(xiàn)故障，MM420變頻器將負荷切換到調整、安全狀態(tài)（或者保持運行狀態(tài)—單穩(wěn)態(tài)或雙穩(wěn)態(tài)方式）。自監(jiān)視“在運行中”也可測試該功能使MM420變頻器增強了安全性并改善了監(jiān)視特性。MM420變頻器的運行情況可在運行中進行檢查，無需關閉電動機。這既節(jié)省時間又避免不必要的運行中斷。 結束語本實驗系統(tǒng)實現(xiàn)了PROFIBUS-DP網絡環(huán)境下基于WinAC的變頻器數據通訊和在線故障監(jiān)測，充分利用了PC機的資源和網絡通訊的優(yōu)勢，具有很大的實用性。 |
