基于工业互联网的变频器远程监控系统设计

梁兵

摘要：近年来，我国的现代化建设的发展迅速，目前，变频器在电力、冶金、化工、造纸、机械等场合的应用逐渐呈现出普遍化、趋势化、多样化。在电机节能、调速以及工况改善等方面应用的变频器越来越多。在同一工业系统中，不同作用的变频器分布在不同的位置空间，生产过程中，每一环节都需要监视与控制。对变频器实行集中监控是提高自动化的重要举措。本文中采用PLC+触摸屏作为监控系统主体。监控系统除了能够反映与之相连接的变频器的运行参数，还能够对变频器近期运行参数生成历史趋势图，变频器若出现报警错误或故障，监控系统亦能够及时显示故障，并给出对应故障的处理建议，以便排除故障;若重大故障，则对工业系统及时做出相应措施，以免产生不必要的工业事故与财产损失。

关键词：工业互联网;变频器;远程监控;系统设计

引言

变频调速系统具有操作简单、维修便利等优势，广泛应用在冶金、石油、化工、纺织、建材、煤炭、污水处理等行业 ，但由于现场工作环境及人力等因素，本地控制不仅维护成本高，而且不利于多台变频器联调。

1重要性

目前，变频器在冶金、电力、机械等场合的应用逐渐呈现出普遍化趋势。在电机节能、调速以及工况改善等方面应用的变频器越来越多。在同一工业系统中，不同作用的变频器分布在不同的位置空间，生产过程中，每一环节都需要监视与控制。而对于分布在不同位置空间变频器的集中监控，则是必要的。PLC作为一种通用的工业控制器，可用于机械、汽车、钢铁、化学、电力、造纸等各种工业领域。 PLC的种类千差万别，但适应工业环境具有可靠性极高的能力。编程与调试方便，能够保证在调试过程中根据实际需求增加或减少对应程序与节点数量。PLC可以将外部输入的数据存入寄存器中，再与关联的显示屏或触摸屏做寄存器数据映射，进而显示屏或触摸屏将PLC的数据实时显示出来方便用户查看。在监控系统的设备选用上，为了保证系统实用性高、可扩展性强、操作简单等优越的性能，选用工业控制系统中常用的集成设备最合适，考虑到PLC具有使用方便、编程简单且具备超强可靠性的功能，且能够与变频器的自带通讯端口通讯，将变频器的运行参数与状态通过串口读入，故监控系统采用PLC做为监控系统的控制设备最为合适。但PLC作为监控系统的入口设备，并无显示功能，增加触摸屏作为监控系统的显示设备。如此，从硬件的组成上完成了变频器的监控系统。

2基于工业互联网平台的变频电机监控

工业互联网是我国推动传统制造业转型升级的重要手段，可助力智能制造目标实现，工业互联网已逐步服务制造业升级转型。汉云工业互联网平台拥有强大的设备连接、数据采集和边缘计算能力，帮助用户实现快速设备上云，提高设备利用率，轻松实现 APP 快速开发，满足各种工业场景的特定需求。首先，登录汉云工业互联网平台，添加网关并与设备绑定，进行云端采点配置，变量编码必须与网关变量名一致，确保云端能监控数据，并能控制变频器正常运行。其次，进行云组态界面设计，在汉转三个按钮，设置下发值为取反;增加四个状态指示灯，分别进行动作状态显示及故障指示，并保存。云组态完成后，进行工业APP 的发布，可看到变频器处于未使能状态，默认设置的工作频率未 20.0HZ，当按下变频器使能按钮，对应指示灯亮，变频器无故障。在变频器使能状态下，设定频率为 15.0HZ，按下变频器正转按钮，监测到变频器运行频率为15.0HZ，电机电流为 0.4A;同理，在变频器使能状态下，设定频率为 15.0HZ，按下变频器反转按钮，变频器运行频率为 - 15.0HZ，电机电流为 0.4A，系统实现了云端设定电机运行频率，控制电机正反转，并可监控运行频率、电流，进行故障报警功能。进行电机监控系统设计，TM241CEC24T PLC 通过ModbusRTU协议与 ATV320 变频器通信，实现皮带的调速及启停控制，通过触摸屏可在现场进行调试和监控。TM241CEC24T PLC 具有两路串行接口，其中串行接口SL1 为 RJ45 形式，可直接与 ATV320 变频器的串行接口使用网线连接，PLC作为 ModbusRTU主站，变频器作为从站，进行变频器通信参数设置，从站地址设置为 1，通讯波特率为 19.2Kbps， 通讯格式为 8n1，频率设定通过Modbus 给定，通过网络启动变频器，即可完成变频器参数设置。进行 PLC组态及编程，打开 Somachine 编程软件，新建 PLC 项目，进行相关参数设置，并在在串口 1 组态变频器，设置相关参数，具体步骤如下：在设备树 Ethernet设置 PLC 的 IP 地址为 192.168.12.11，子网掩码为255.255.255.0;在设备树串行口 1，添加设备 ModbusIOScanner，在其下添加 GenericModbusSlave，设置从站站号为 1，设置串行口 1 通信速率为 19200，格式为 8n1，物理介质为 RS485，非极化电阻;添加 GenericModbusSlave从站通道，读出变量有状态字、输出频率、电机电流，写入变量为控制字和频率给定;采用Modbus Master I/O映射方式，其中 ETA 为变频器状态字，反映变频器的工作状态，ControlWord 为变频器控制字，可实现变频器的启停控制及状态切换。组态完成后进行程序编写，并编译、下载及运行调试，完成变频器调试。

结语

在变频器监控系统的研究中，还有利用总线控制技术实现监控系统的方式，而基于PLC利用通讯技术实现监控的方式，是相对最稳定且經济性较好的方式，在目前的工业应用中，此方式实现的监控系统相对最普遍，可靠性最高，实时性也能够满足用户需求。市场推广潜力更大。在同类监控系统中，PLC做为监控器的方式从硬件上具有设备简便、成本低廉的优势;从软件方面具有程序设计简单，程序可调试程度强等显著的优点。

参考文献

[1] 吴志敏，阳胜峰. 西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程[M]. 北京：中国电力出版社，2009.

[2] 胡学林. 可编程控制器教程（基础篇）[M]. 北京：电子工业出版社，2003.