多台电动机变频运行的远程控制

【摘 要】以北京昆仑通泰公司的触摸屏TPC7062KS与西门子MM420变频器的USS为例，阐述异步电动机远程通信控制的原理和实现过程。经过长期的实践证明，本方案运行效果良好，运行稳定可靠，操控方便，监视信息量多，可以读取各种运行参数，不足之处是监视信息有滞后现象。

【关键词】变频运行 USS MCGS 远程控制

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）07C-0184-02

在工业现场，非常多的异步电动机需要有多种运行速度，变频器正好适应了这种需求。现代变频器有着多种控制方式，如开关量控制、模拟量控制、通信控制等，前两者适合近距离的控制，后者适合远距离的控制。通信控制涉及通信协议，通常变频器的生产厂家都会提供两种通信协议，一是本厂家的专用的驱动协议，如西门子的USS；二是为了不同厂家设备之间的互联互通的驱动协议，如西门子的自由口协议和Modicom公司的MODBUS协议。从应用的角度看，采用专用的驱动协议非常方便，能够大大缩短设计周期，反之则显得灵活，可将不同公司的产品纳入到同一控制系统中，不足之处是编程困难。本文以北京昆仑通泰公司的触摸屏TPC7062KS与西门子MM420变频器的USS为例，阐述异步电动机远程通信控制的原理。

一、系统设计思想

本系统采用USS通信协议的主从控制，触摸屏TPC7062KS作为主站，西门子MM420作为从站。硬件接线如图1所示。

USS意为通用的串行接口协议，它按照串行总线的主—从通信原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31个从站。主站根据通信报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它进行通信时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。

USS通信报文帧中的第一个字节是固定的字符02hex（STX），表示一条信息的开始开始；第二个字节是长度说明（LGE），用于指明这一条信息中后跟的字节数目，报文的长度视配置情况不同可以变化的；第三个字节是被寻址的从站地址（ADR）；然后是采用的数据字符，它包括参数识别标记数值区（PKW）和过程数据区（PZD），其长度由MM420参数P2012和P2013 来定义；最后一个字节是校验和（BCC），它是该信息中BCC 前面所有字节“异或”运算的结果，用于检查该信息是否有效。

触摸屏TPC7062KS有USS协议设备构件和读写MM420参数的命令，十分方便。具体的命令如下：

！SetDevice（设备号，6，"READ（MCGS变量名，寄存器号，STW字，HSW字，小数点位数，IND字，参数长度，浮点数处理标志）"）

！SetDevice（设备号，6，"WRITE（MCGS变量名，寄存器号，STW字，HSW字，小数点位数，IND字，参数长度，浮点数处理标志）"）

此处拟对电机进行启动与停止控制及监视电机的运行参数。

二、触摸屏TPC7062KS组态

（一）监控窗口。监控由标签、输入框、按钮和矩形构件构成，标签即用于说明也用于电机电流等参数或状态的监视，按钮用于每台电机或全部电机的启停控制。其中运行状态标签下面的运行状态显示由两部分组成，一是三个矩形框重叠在一起，颜色为红、绿、黄，分别对应停止和报警、正转、反转，红色框置顶放置；二是三个重叠在一起的标签，分别显示报警、正转、反转等文字，报警文字置顶放置。如图2所示。

（二）构件属性设置。MCGS实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心，数据对象（或称变量）是构成实时数据库的基本单元，监控窗口中的各个构件具有多种属性，与变量关联起来。

控制部分的构件主要是按钮，分单台控制与联动控制。以0#电机为例，按钮可以对单个变量操作，也可对多个变量操作，为方便起见，采用多个变量操作的方法，在“0#正转”属性框的脚本程序中输入：停止电机0=0、正转电机0=1、反转电机0=0；在“0#停止”属性框的脚本程序中输入：停止电机0=1、正转电机0=0、反转电机0=0；在“0#反转”属性框的脚本程序中输入：停止电机0=0、正转电机0=0、反转电机0=1。联动控制如“全部正转”按下时，将所有电机的正转变量赋值1、停止变量赋值0、反转变量赋值0。

运行频率、电流和电压的参数监视采用标签的显示输出属性，与对应的变量连接。

各台电机的运行频率可以单独设置，采用输入框构件。某台电机输入框的操作属性对应该台电机的“设定频率”变量，在变量“设定频率”的属性中设最小值为0，最大值为50，对象初值不能为0。

（三）设备窗口组态。设备窗口的作用是实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。

在工作台上打开设备窗口，分别添加通用串口父设备和多个西门子USS协议驱动的子设备。该设备构件用于MCGS读写西门子变频器4系列中支持USS通信协议的变频器设备。MCGS通过上位机中的串行口设备直接和变频器的接口建立串行通信连接，从而达到操作变频器的目的。

通信的双方应该具有相同的波特率、数据帧结构，这些在通用串口父设备的属性页面上设置；为了监控某台电机，在发送和接收数据时必须指定具体的站对象，这些在USS协议驱动的子设备属性页面的“设备地址”栏上设置。

（四）策略应用。MCGS策略具有多种构件，脚本程序构件是其中比较常用的一种，它由用户编制的、用来完成特定操作和处理的程序，脚本程序的编程语法非常类似于普通的Basic语言，但在概念和使用上更简单直观。

三、MM420的设置

西门子4系列的变频器有两种USS通信接口：RS232和RS485。RS232接口用选件模块实现。RS485接口时，是将端子14和15分别连接到P+和N-来实现。为了进行USS通信，必须确定变频器采用的是RS485接口，还是RS232接口。

MM420主要的参数设置是：P0003=2（访问第2级的参数所必须的）。P2010=USS波特率，这一参数必须与主站采用的波特率相一致。P2011=USS结点地址，这是为变频器指定的唯一从站地址。一旦设置了这些参数，就可以进行通信了，主站可以对变频器的参数（PKW区）进行读和写，也可以监测变频器的状态和实际的输出频率等参数（PZD区）。P0700=5，这一设置允许通过USS对变频器进行控制。P1000=5，这一设置允许通过USS发送主设定值。P2009=0（禁止规格化），采用默认设置，这是缺省情况下用P2000 进行的规格化。

四、结语

通常对变频器的控制是通过PLC实现的，当距离比较远时，显得不经济。采用触摸屏直接控制的方案，可以省略PLC，节约电缆，安装简便，节约投资。本方案经过长期的实践证明，运行效果良好，运行稳定可靠，操控方便，监视信息量多，可以读取各种运行参数，不足之处是监视信息有滞后现象。

【参考文献】

[1]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS中级教程[Z].

[2]MICROMASTER 420通用型变频器（使用大全）[Z].

[3]MICROMASTER 440通用型变频器（使用大全）[Z].

[4]西门子标准驱动MICROMASTER4系列变频器手册[Z].

[5]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.核心驱动PLC 连接方法[Z].

[6]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司服务宝典[Z].2010

【基金项目】广西高校科研立项项目“变频器实训系统的研究与开发”（KY2015YB475）

【作者简介】徐成贵（1970— ），男，广西阳朔人，柳州铁道职业技术学院讲师。

（责编 卢 雯）