基于Web Control的远程电机变频控制系统

张天琪+张洪宝+王恒

摘要：近年来，随着互联网在全球的飞速发展，网络技术广泛应用于各种企业和工业系统，越来越多的信息化产品需要能够接入互联网通过Web页面进行远程访问和控制。本文描述了通过Web服务器发送请求命令，通过互联网进行数据传输，对PLC进行实时控制，通过变频器实现对电机转速的灵活控制，最终实现远程控制的目的。

Abstract： In recent years， with the rapid development of the Internet around the world， the network technology is widely applied in all kinds of enterprises and industry system， more and more information products need to be able to access to the Internet via a Web page for remote access and control. Through a Web server sends the request commands are described in this paper， through the Internet data transmission， real-time control of PLC， realize flexible control of motor speed by the VFD， finally realizes the remote monitoring.

关键词：Web远程；PLC；变频

Key word：Web remote；PLC；VFD

中图分类号：TM306 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0225-03

0 引言

计算机网络技术的高速发展，把工业控制技术带入了一个全新的发展领域，成为国内外自动控制领域研究的热点。基于Web Control的远程控制系统，实现了信息领域和控制领域的融合，且智能化管理系统越来越多的受到人们的关注与青睐。本系统打破了传统电机控制需要在现场控制的局限性，利用网络实现远程控制，信息更加透明，提高工作效率，降低成本。

1 背景

目前，國内外许多企业也致力于研究远程控制系统，调研了许多同类产品之后发现，此领域有很高的提高空间，只要克服了目前产品所存在的问题，会在市场上拥有极高的竞争力。

本系统调研了市场上现有的产品，对硬件和软件进行了改良。硬件部分：柜体外观的设计、控制面板设计、控制回路设计和动力回路设计，充分合理的利用所有的空间，功能齐全；软件部分：包括本地控制和远程控制，对所需数据进行实时采集并传输，通过Web服务器进行远程控制和数据采集。

基于Web Control的远程电机变频控制是指：本地计算机通过网络实现对远程设备的监视、控制和维护。主要目的是实时监控远端设备的运行状态，改变运行参数以及控制方式，与远端设备实现信息共享，及时预报设备故障。

2 总体设计

本系统通过Web网页对现场电机进行各种状态控制和变频调速控制。Web服务器发送请求命令，通过互联网进行数据传输，对PLC进行实时控制，利用变频器实现对电机的变频调速，最终实现远程控制的目的。

系统要求：快速、高效、实时的进行数据的采集与传输，本地控制方便简洁，远程控制所有信息清晰明了，本地控制优先级高于远程控制。远程控制过程：客户端发送请求命令，通过互联网发送至服务器，服务器通过基站把数据通过无线电波发送出去，设备通过无线接收设备接收命令，通过串口服务器对PLC做出相应处理。

3 控制系统

3.1 PLC简介与选型

可编程逻辑控制器（PLC），采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

SIMATIC S7-200 SMART是西门子公司推出的一款高性价比小型PLC产品。结合SINAMICS驱动产品及SIMATIC人机界面产品，以S7-200 SMART为核心的小型自动化解决方案，广泛应用与各行业控制系统当中。本系统PLC选用西门子s7-200smart系列，CPU选用SR60型。

S7-200smartCPU SR60的功能：

①提供大量的数字I/O点，36点输入/24点输出；

②通信端口数多，1个以太网口、1个串口（RS485）、1个附加串口RS232/RS485（信号板自带）；

③可连接I/O扩展模块，最大开关量I/O达252个点；

④信号板扩展，根据不同需求，选用不同的信号板。

3.2 串口服务器介绍与选型

串口服务器简单的说就是一种网络通讯接口转换设备，它能够将我们常见的RS-232、RS-485、RS-422串口转换成TCP/IP网络接口，实现RS-232、RS-485、RS-422串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输。使得常规的串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能，从而达到连接网络进行数据通信的目的。

本系统选用台湾MOXA串口设备服务器NPort 5232。Nport5232共有2个RS-422/RS-485接口。

3.3 4G/3G无线转有线路由器

本系统选用深圳科创通信Dial-Link公司的LTE4G&3G无线转有线路由器，该产品是一款2.4GHZ/300Mbps全功能4G/3G无线路由器，基于MTK7620A芯片方案设计，符合IEEE802.3u协议。提供4个10/100Mbps自适应以太网LAN接口和1个WAN接口，实现4G/3G无线转有线网口。

3.4 變频器介绍与选型

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。

本系统选用汇川MD290系列变频器，性能稳定，性价比高。

3.5 远程控制系统连接图

本系统工作流程：3G模块接收远端发送的数据（指令），通过交换机传递给串口服务器，串口服务器进行协议转换，把TCP/IP协议转换为Modbus协议，通过RS485接口发送给控制单元PLC进行执行，PLC通过RS485接口把命令发送给变频器，来控制电机的工作状态。本系统远程控制系统连接图如图1所示。

3.6 系统通信网络介绍

本系统的数据通信支持三种网络通信：移动网络（支持GPSR/3G）、无线网络（支持802.11）和卫星网络（支持北斗系统）。此设计的优点在于：移动网络覆盖范围内，通过移动网络发送数据和远程控制命令，偏远的地方，超出移动网络的覆盖范围，可通过卫星网络来实现远程控制命令和数据的传输。且本系统具有自动识别（10s/次）网络通讯状态的功能，当移动网络通讯正常时，优先使用移动网络，移动网络通讯异常时，会自动切换到卫星网络。确保系统在任何状况下都能正常通讯。

远程服务端设有一个北斗，连接至工控机，用于接收数据和发送指令；本机端也设有一个北斗，通过RS232/RS485转接口模块连接至PLC RS485接口，用于发送数据和接收指令。北斗之间通讯，使用北斗通信定位终端一体机接口协议 V1.0.2，彼此之间通过北斗卡号建立通讯连接。

4 通讯系统

4.1 通信系统组成

本系统通信系统由三部分组成：①Web服务器与PLC之间通讯；②PLC与PLC之间通讯；③PLC与凯山RTU之间通讯。

Web与PLC之间的通讯：基于TCP/IP协议和Modbus协议来制作的，通讯发起方为Web服务器，Web服务器异步调用基于TCP/IP协议开发的Socket的接口Api与串口服务器中的Socket建立TCP/IP链接，然后利用此链接将Modbus协议所规定格式的数据发送到串口服务器，串口服务器中的Socket获得Web服务器发出的可以在以太网中传播的数据帧之后，利用协议转换将数据帧转化为可以在串口中进行传播的数据流，然后将数据流通过串口发送给PLC，PLC将数据流以Modbus协议规定的格式解析出来，做出向对应请求命令的动作，实现远程控制。

4.2 系统远程控制步骤

基于Web Control的远程电机变频控制系统的远程控制步骤：

①现场控制柜上电，通过串口服务器向Web服务器发送连接建立请求，建立连接；②用户通过Web客户端对现场电机进行变频调速等控制。

用户通过Web客户端对现场电机进行各项操作（加/减速、正/反转、变频调速、工作模式选择）。

图2中各对象介绍：

1）Web客户端：后台控制页面，包含：控制面板（对电机进行各种操作）、数据查询/显示、报警显示；

2）Web服务器：远程发送控制命令和接收现场返回数据；

3）现场无线通讯设备：接收Web客户端发送的控制命令，通过协议转换，发送给PLC；接收PLC返回的数据，通过协议转换，发送给Web服务器；

4）PLC控制器：接收控制命令，对现场电机进行控制；采集各参数（电参、油压、套压等），发送给现场无线通讯设备。

4.3 系统功能

本系统远程控制功能：

①可以灵活控制电机的各种状态，例如：加/减速、正/反转、变频调速等；

②具有更加完善的控制功能，有变频控制和工频控制，正常情况下为变频控制，灵活控制电机转速，若变频器发生故障，则会自动切换至工频状态工作，并且会发出报警信息，让工作人员及时处理故障；

③具有自动识别（10s/次）网络通讯状态的功能，当移动网络通讯正常时，优先使用移动网络，移动网络通讯异常时，会自动切换到卫星网络。确保系统在任何状况下都能正常通讯。

5 结束语

系统的远程控制采用B/S结构，基于Web Control的远程控制技术是控制领域的一种前沿技术，推动了控制领域和信息领域的融合。本系统结合客户需求，功能齐全，设计新颖。从技术角度看，Web服务使用开放的技术（XML和 SOAP、Internet协议）和开放的标准来实现远程系统的控制。这样，Web服务可以真正地将系统中各个环节松散而有效地结合起来，达到远程控制的目的。

参考文献：

[1]唐介.电机与拖动[M].2013.6.

[2]Bruce Eckel.Java编程思想[M].2013.2.

[3]Brian P. Hogan.卢俊祥译.HTML5与CSS3实例教程（第2版）.