基于MCGS与变频器通信的烘干监控系统设计

王新娜，王志军（1.河南工业大学漯河工学院，河南 漯河 462002；2.漯河职业技术学院，河南 漯河 462002）

0 引 言

某生物制药厂生产的医药中间体在制造过程中采用三段烘干技术烘干产品。三段烘干技术的一段为预热，二段为烘干，三段为干燥。通过控制三段热风风机的转速调节热风量，从而满足工艺要求。由于需要调节热风风机的转速，因此采用变频器调速。3台变频器按照一定顺序起停，节约能源。此外，由于生产产品的多样性，热风机的速度也要做出相应的改变。

1 控制方案与比较

变频器速度的调节方案有4种，下面对每种方案进行简单论述和对比。

1.1 采用变频器自身进行运行

变频器自身频率的设定可以采用面板设定、外部电位器设定、多段速设定或遥控设定，启动依靠面板和外部端子。该方案的优点不需要外部元器件，缺点是需要3个操作面板，但面板的监控能力有限。

1.2 采用PC机控制

利用软件组态监控画面，通过通信技术控制通信，监控能力强且全面，但不适合现场控制和操作。

1.3 采用PLC控制

该系统简单，如果采用PLC则需增加相应的AD转换器和DA转换器，增加成本和接线，降低了运行的可靠性和稳定性，并提高了维修和故障排除的难度。

1.4 采用触摸屏和变频器直接连接通信控制

该方案的优点是采用通信技术，布线少，1块触摸屏可以同时控制和监控3台变频器，画面丰富，监视清晰全面，柜面整洁，且采用触摸键操作提高了控制系统的IP系数。但是，它的缺点是要进行画面组态和下载。

2 方案的确定与器件的选择

2.1 方案确定

根据上面方案的对比，最终采用第4种方案。该方案采用1台触摸屏控制3台变频器，系统的硬件示意图如图1所示。触摸屏和变频器之间采用RS485主-从通信方式，其中触摸屏作为主机读写3台变频器的信息，实现对3台变频器的操作与监视。

图1 触摸屏和变频器连接图

触摸屏对系统能够实现以下控制：利用触摸屏向变频器发出启动、停止以及调试指令；利用触摸屏设置变频器的运行频率，并传递给每台变频器；在触摸屏上显示每台变频器的运行频率、电流、输出电压以及电动机的过载报警显示；实现3台变频器的顺序起停。根据图1设计的要求，需要从可靠性、先进性以及经济性3个方面选择触摸屏和变频器。

2.2 触摸屏选择

触摸屏采用昆仑通态公司研制的专门用于组态软件MCGS的TPC7602K系列7寸TFT触摸屏。该产品的分辨率高，内核为Cortex-A8，主频300 MHz，内存128 MB。此外，采用Windows CE操作系统，具有LAN、USB、RS232以及RS485通信能力[1]。

2.3 变频器选择

变频器选择三菱公司生产的FR-FA500变频器。该系列变频器为风机专用变频器，具有性能强大、节能、可靠以及价格较低等特点[2]。

3 触摸屏和变频器通信连接

触摸屏和变频器之间采用RS485全双工串行通信技术，两者之间属于主-从通信方式，触摸屏是主站，3台变频器是从站。主站轮换访问从站，从站进行读写操作，实现变频器的起停和监控参数的读取[3]。触摸屏和变频器的通信如图2所示。

图2 触摸屏和变频器通信连接示意图

3.1 触摸屏通信口连接与设置

TPC7602K触摸屏的串行通信采用DB九针接口。该接口具有RS232和RS485两种通信能力，串行接口引脚图和引脚定义分别如图3和表1所示。为减少通信干扰，打开触摸屏后盖，设置终端的匹配电阻如图4所示。

图3 串行接口引脚图

表1 引脚定义

图4 终端匹配电阻设置

3.2 变频器通信接口连接与设置

三菱RR-F700变频器的通信方式有采用PU接口、采用RS485专用端子排以及采用CB通信板3种，本系统采用RS485专用端子排。3个变频器和触摸屏的通信以及变频器之间的通信连接如图5所示，最后一个变频器的终端电阻开关处于OPEN的位置[4]。

4 FR-F700变频器通信技术与通信参数设置

FR-F700变频器的通信方式包括计算机链接通信和Modbus-RTU通信两种。由于采用的是RS485专用端子通信技术，因此FR-F700变频器采用的通信方式为计算机链接通信。变频的通信参数的设置如表2所示。

Pr340设置为12的目的是当通信或者触摸屏出现故障时，通过PU/EXT键切换为面板操作，从而保证生产的连续性。

图5 变频器和触摸屏的通信和变频器之间的通信连接

表2 变频器通信参数设置表

三菱变频器为了识读上位机对变频器的操作和，特地约定使用相应的十六进制命令代码，以实现上位机和变频器的顺利通信。采用的十六进制命令代码如表3所示[5]。其中，运行指令主要是向变频器发出电流选择、正反转指令以及多段速运行等指令。

表3 十六进制命令代码

5 触摸屏的组态

触摸屏的组态采用MCGS嵌入版组态软件。该软件是昆仑通态公司专门为MCGSTPC开发的组态软件，支持多种硬件设备。与相关硬件设备结合，它可以快速且方便地采集现场，处理和控制数据[6]。触摸屏的组态包括设置通信协议、设计人机界面以及编写控制过程的脚本函数等。

5.1 通信协议组态

通过软件的设备窗口设置通信协议，如图6所示。设置参数要和变频器表2的设置相同。由于采用RS485通信，因此串口的端口号选择COM2口。

图6 通信协议组态

5.2 人机监控画面的组态

根据控制要求，监控画面中包括运行指令按钮、运行指示、运行频率设定、电流监视以及运行频率监视等。

5.3 脚本程序编写

脚本程序是画面显示和触摸屏与变频器通信实现的基础。为实现上位机对变频器的操作，利用MCGS软件的内部函数！SetDevice（设备名，6，设备命令）来实现。设备名就是窗口设备组态时的设备命名。如图7所示，其中的设备0、设备1以及设备2均为设备名。

图7 设备组态图

设备命令指令有两条。命令一为READ（指令代码，返回变量名，数据长度，小数点位数），其中，指令代码如表3所示，变量名就是指界面显示数据的响应的变量。命令二为WRITE（指令代码，输入数据，数据长度，小数点尾数）。例如，向变频器0写入运行频率为30 Hz，则指令为：

设定频率=设定频率1

！SetDevice（设备0，6，WRITE（HED，H0BB8，2，0））

HED是指令代码，根据表3可知为向变频器写入运行频率。H0BB8是十六进制数据，是运行频率大小，转化为十进制为3 000，则运行频率为3 000×0.01 Hz=30 Hz。

读取设备1的运行电流：

！SetDevice（设备1，6，READ（H70，运行频率，2，0））

运行电流2=运行电流

其中，“设定频率”“设定频率1”“运行电流”“运行电流2”是组态时定义的数据变量。

6 结 论

基于昆仑通态组态软件MCGS和昆仑通态TPC触摸屏所具有的强大且便捷的编程能力，实现了上位机对变频器的直接通信控制，大大简化了系统结构，提高了对环境的适应能力。经3个月的运行显示可知，设计的系统减少了设备故障，提高了设备的运行率，减轻了维修人员的工作强度，给企业带来了更大的经济效益和环境效益，也为其他设备系统的设计提供了技术依据。