摘 要： 為彌補實驗設(shè)備不足，作者開發(fā)了異步電機實驗裝置，提出了采用RS485總線通訊的電機調(diào)速控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，基于組態(tài)王軟件建構(gòu)了裝置的控制界面，詳細研究了裝置的硬件接口和程序設(shè)計。

關(guān)鍵詞： 實驗設(shè)備開發(fā) 電機調(diào)速 變頻器 組態(tài)王 RS485

一、引言

機械電子工程專業(yè)相關(guān)機電類課程傳統(tǒng)的實驗設(shè)備采用驗證性和演示性居多，學(xué)生的綜合實踐能力沒有得到培養(yǎng)，為彌補實驗設(shè)備不足，自主開發(fā)機電實驗設(shè)備，開發(fā)過程中即滿足教學(xué)的硬件要求，同時吸引了學(xué)生參與，提高了學(xué)習(xí)興趣和鍛煉了實踐能力。

二、電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

機械產(chǎn)品的轉(zhuǎn)速控制廣泛采用異步電機和變頻器的方式，通常變頻器的速度控制通過同變頻器一體的操作面板來完成或者通過外部的操作信號來完成。變頻器具有RS485通訊接口，通訊采用MODBUS協(xié)議，可以與具有相同接口和通訊協(xié)議的上位機通訊實現(xiàn)遠程控制。組態(tài)王（KingView）是北京亞控科技公司的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)人機界面和監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)，是應(yīng)用比較廣泛的一種組態(tài)軟件。筆者提出以組態(tài)王為控制開發(fā)界面，利用變頻器實現(xiàn)電機的調(diào)速過程。

變頻器選用深圳市易能電氣技術(shù)有限公司的EDS800-4T0007R系列迷你型變頻器，其采用先進的控制方式實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動，為客戶提供了高集成度的解決方案。電機的速度隨變頻器的輸出頻率而變化，變頻器頻率的控制有鍵盤模擬電位器給定、電壓模擬量VCI給定、電流模擬量CCI給定、端子數(shù)字脈沖給定、多功能端子組合給定、RS485串行口給定等幾種方式。在這些方式中，鍵盤模擬電位器給定法用于簡單速度的手工調(diào)節(jié)，電壓模擬量VCI和電流模擬量CCI給定法需要產(chǎn)生模擬信號，利用計算機控制需要另外設(shè)計附加電路，端子數(shù)字脈沖和多功能端子組合給定需要利用PLC處理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且增加成本，而利用RS485總線連接可實現(xiàn)方便控制。系統(tǒng)操作監(jiān)控界面基于組態(tài)王軟件KingView6.52開發(fā)，實行系統(tǒng)的監(jiān)控運行、數(shù)據(jù)信息管理、現(xiàn)場控制和遠程管理，組態(tài)王通過RS232接口經(jīng)過和鑫轉(zhuǎn)換器與RS485連接，變頻器連接0.75Kw三相異步電動機。

EDS800系列變頻器通訊方式為異步半雙工串行通訊方式，使用字節(jié)奇偶校驗，傳輸?shù)哪J格式和傳輸速率為：8-N-1，波特率為9600bps，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)命令幀格式如表1所示。命令幀格式結(jié)構(gòu)意義如下：

（1）幀頭：為字符“～“（十六進制7E），單字節(jié)。

（2）從機地址：從機的本機地址，占用兩個字節(jié)，ASCII格式，出廠設(shè)置為01。

（3）主機命令/從機響應(yīng)：主機發(fā)出的命令/從機應(yīng)答命令，占用兩個字節(jié)，ASCII格式。

（4）輔助索引/命令索引/故障索引：對于主機，輔助索引、命令索引用于配合主機命令實現(xiàn)具體功能；對于從機，輔助索引、命令索引用于從機上報故障狀態(tài)碼。數(shù)據(jù)類型為16進制，4個字節(jié)，ASCII格式，命令索引占用低兩個字節(jié)，輔助索引占用高兩個字節(jié)，數(shù)據(jù)范圍為00-FF。

（5）校驗和：數(shù)據(jù)含義為幀校驗，占四個字節(jié)，ASCII格式，計算的方法為“從機地址”到“運行數(shù)據(jù)”全部字節(jié)ASCII碼值的累加和。

（6）幀尾：十六進制0D，單字節(jié)。在組態(tài)王中新建項目，雙擊工程瀏覽器目錄中的“設(shè)備”項目下的COM1，利用“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒蛐陆Q為“易能變頻器”的設(shè)備，選擇莫迪康下的MODBUS（RTU）或MODBUS（ASCII）進行通訊，而后設(shè)置設(shè)備地址和通信參數(shù)。單擊數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)字典定義設(shè)備變量，完成設(shè)備配置后，右鍵單擊工作區(qū)顯示的變頻器圖標(biāo)選擇測試變頻器選項，測試組態(tài)王與變頻器通信是否正常。易能變頻器的通訊參數(shù)控制包括參數(shù)的寫入和讀出操作，參數(shù)寫入包括運行頻率、運行指令、參數(shù)、變頻器復(fù)位等；讀出類型包括運行參數(shù)和監(jiān)視參數(shù)。易能變頻器對電機的控制包括頻率指令和運行指令兩方面內(nèi)容，兩指令無先后次序要求，具體的命令指令如表2所示。設(shè)異步電機的額定轉(zhuǎn)速為n0，需要調(diào)節(jié)的速度為n1，則變頻器的輸入頻率應(yīng)該為f=60n1/n0。

在組態(tài)王工程瀏覽器目錄中“設(shè)備”下定義COM2參數(shù)，定義完成后測試保證電機與變頻器連接。規(guī)劃的變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖1所示，設(shè)計了監(jiān)控調(diào)節(jié)界面和構(gòu)造了開發(fā)所用的數(shù)據(jù)變量，設(shè)置了變量類型、連接設(shè)備、寄存器、數(shù)據(jù)類型、采樣頻率，等等。定義界面后進行界面上控件的動畫連接設(shè)置，而后編寫命令語言。系統(tǒng)硬件連接正確連接和程序調(diào)試通過后切換到運行狀態(tài)執(zhí)行。

三、結(jié)語

本裝置可實現(xiàn)機床電氣控制、計算機控制系統(tǒng)、機電傳動控制和機電接口技術(shù)等多門課程的綜合實驗，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，界面良好，能夠滿足控制要求。

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