基于EV3000的变频调速监控系统设计

    随着计算机技术，电力电子技术和控制技术的飞速发展，变频器在工业中具有提高工艺质量和生产效率的重要作用。EV3000变频器是艾默生公司生产的高品质、多功能、低噪音的矢量控制通用变频器。通过对电机磁通电流和转矩电流的解耦控制，实现转矩的快速响应和准确控制，能以高控制精度进行宽范围的调速运行。变频调速电动机与变频器构成的调速系统与其他调速方式相比，最主要的特点是具有高效率的驱动性能，良好的控制特性，节能效果明显、调速性能好、调速比宽、快速响应性优良、应用范围广、性价比高等优点，是目前交流调速方案中最先进的系统之一。
    本文从计算机对变频器进行监测和控制的角度，以目前应用较多的艾默生变频器为控制对象，介绍变频器的计算机监控系统的硬件构成、软件设计、以及通讯原理和通讯命令。该系统已在实际项目中经现场测试验证。

1 监控系统硬件结构
    监控系统硬件总体结构设计中，上位机作为主控单元，为了使计算机与变频器之间能够通信，应在两者之间安装一个转换接口，这样计算机通过RS232／RS485转换接口连接到EV3000变频器，通过变频器驱动控制变频电机，变频电机驱动转台旋转。编码器把电机转动信息反馈至变频器，从而实现上位机发送通信命令控制变频器，变频器响应命令驱动电机使转台动作，编码器把反馈信息回传给变频器，完成控制流程。监控系统的硬件结构如图1所示。

    根据实际工作环境，该系统中上位PC机选择研华工控机，采用EV3000变频器作为监控系统核心控制器件，使用变频器可加强系统的保护功能，实现过压、过流、欠压、断路及短路等保护功能；实现了无级调速，调速范围宽，特性曲线好，控制精度高，节能效果好；变频电机采用嘉兴巨能电机厂生产的YVP系列变频调速三相异步电动机，该电动机调速范围宽、振动小、噪声低、能与各种SPWM变频装置相配套。构成交流变频无级调速系统。

2 监控系统通信方式
    为了实现PC机与变频器之间的通讯，首先要了解它们之间的通信协议。计算机与变频器之间采用十六进制数，数据在计算机与变频器之间自动使用ASCII码传输。PC机后台为主机，变频器为从机。采用主机“轮询”，从机“应答”的通信方式。
    数据帧结构为：帧头、用户数据、帧尾。帧头：包括起始字节、从机地址；帧尾：校验数据(异或校验)；用户数据：包括参数数据和过程数据；参数数据：包括功能码操作命令，响应、功能码号、功能码设定／实际值，在短帧中没有参数数据；过程数据：包括主机控制命令／从机状态响应、主机运行主设定／从机运行实际值。
    EV3000可以通过长短帧进行通信。短帧用于独立传送自动控制系统所需的控制字和状态字；长帧既包括控制字和状态字又含有涉及操作控制、观测、维护以及诊断等的内容(所具有的内容受变频器自身功能的限制)。本文以长帧为例进行说明。从计算机(控制器)到变频器的通信发送帧格式如图2所示。从变频器到计算机(控制器)的通信接收帧格式如图3所示。

    EV3000的参数定标说明如下：
    1)频率的定标为1：100。欲使变频器以50 Hz运转，则主设定应为1388H(5 000)。
    2)时间的定标为1：10。欲使变频器加速时间为30 s，则功能码设定应为012CH(300)。
    3)电流的定标为1：10。若变频器反馈电流为012CH，则该变频器当前电流为30 A。

3 监控系统软件设计
    软件设计基于Windows平台的可视化集成开发工具Delohi软件，利用Delphi的第三方提供的Spcomm控件，可简单便捷地实现应用程序的串行通信。Spcomm主要属性方法包括：1)CommName：设置串口；2)BaudRate：设置波特率；3)Paritv：奇偶校验位；4)ByteSize：设定的字节长度；5)StopBits：停止位；6)Startcomm方法，用于打开串口；7)StopComm方法用于关闭串口；8)WriteCommData方法用于将一个字符串发送到写进程。监控界面如图4所示。

    监控程序界面主要用于用户和变频调速系统之间交互。通过此界面，用户一方面可以方便地控制电机动作，另一方面，也可实时监控变频调速器的一些比较重要的参数，如电流、频率、电机的转矩及转速等，观察其运行状况是否正常。在计算机通信前必须对串口进行初始化，而且参数要与变频器参数相同，否则不能通信。变频器通信程序流程如图5所示。

在实际应用中，通过计算机控制软件设定相应频率使转台在匹配的加速度下运行。表1中列出变频器频率f，转台法向加速度G，转台角速度ω，转台转速N之间的对应关系。

　

    图6是变频电机驱动转台按表1中3种频率变换动作，逐级递升使转台法向加速度在40，60，80 g下转动。通过分析实验数据可知，上位机监控软件能够稳定、准确的控制变频电机动作，完成操作流程。

4 结束语
    实验证明基于艾默生EV3000变频调速监控系统成功实现了对电机的正常驱动和运行状态监控，简化了控制逻辑系统，操作简单方便。通过上位机对电机的实时监控，大大提高了电机的运转稳定性，从而实现电机的稳定安全运行。