基于MCGS 和变频器的热风烘干监控系统设计

张 池 杨 洋

（1.河南工业大学漯河工学院；2.漯河职业技术学院）

某生物制药厂采用三段烘干技术对医药中间体产品进行烘干，烘干工艺为一段预热、二段烘干、三段干燥。 通过控制3 段热风风机的转速调节热风量，从而满足工艺要求。3 台变频器按照一定顺序启停，达到节约能源的目的。 由于热风风机的转速需要调节， 因此采用变频器进行调速。 由于生产产品的多样性，热风风机的速度也要做相应的改变。

1 控制方案与器件选择

1.1 控制方案

如图1 所示，基于昆仑通态的MCGS 组态软件和TPC 触摸屏控制的变频器生产监控系统采用触摸屏和变频器直接通信连接实现相应的控制功能。 该系统的优点是采用通信技术且布线少， 一块触摸屏可以对3 台变频器同时进行监控，界面丰富、清晰、全面，柜面整洁，采用触摸键操作提高了控制系统的IP 系数。

图1 触摸屏和变频器通信连接示意图

触摸屏对系统能够实现以下控制：

a. 利用触摸屏向变频器发出运行指令 （启动、停止、调试）；

b. 利用触摸屏设置变频器的运行频率，并传递给每台变频器；

c. 在触摸屏上显示每台变频器的运行频率、电流、输出电压并进行电动机过载报警；

d. 实现3 台变频器的顺序启停。

1.2 器件选择

根据设计要求选择触摸屏和变频器，综合考虑可靠性、先进性和经济性3 个方面。

触摸屏采用专门用于组态软件MCGS 的TPC7602K 系列7 寸TFT 触摸屏。 该产品分辨率高，Cortex-A8 内核，300MHz，128MB 内存， 采用Windows CE 操作系统， 具有LAN、USB、RS232和RS485 通信功能。

变频器选择西门子M430 型， 是风机专用变频器，具有性能强大、节能、可靠和价格经济的特点。

2 触摸屏和变频器的通信连接

触摸屏和变频器之间采用RS485 单双工串行通信技术。 RS485 通信属于主-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，对从站进行读写操作，实现变频器的启停和监控参数的读取（图1）。

2.1 触摸屏通信口连接与设置

TPC7602K 触摸屏的串行通信采用DB 9 针接口， 该接口具有RS232 和RS485 两种通信功能，串行接口引脚和引脚定义如图2 所示。 为减少通信干扰，打开触摸屏后盖，对终端是否设置匹配电阻进行设置，如图3 所示。

图2 串行接口引脚和引脚定义

图3 终端匹配电阻设置

2.2 变频器通信参数设置与通信格式

M430 变频器通信为通过链路的USS 协议，通过变频器的端子14 和15 通信。 变频的通信参数设置见表1。

表1 变频器通信参数设置结果

M430 变频器的通信说明：

a. PKW 是对参数的改变，PKE 为参数号，如P2011；PWE 为参数的设定值，如P2011[0]中的[0]。

b. PZD 为上位机对变频器的控制和频率设置，STW 是触摸屏对变频器的操作，如正转、反转及停止等，HSW 是触摸屏对变频器的频率设定值。

3 触摸屏组态

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，与相关的硬件设备结合，可以快速、方便地开发，用于现场采集、数据处理和控制。

触摸屏的组态包括通信协议设置、人机界面设计和控制过程脚本函数的编写。

3.1 通信协议组态

通信协议通过软件的设备窗口设置， 如图4所示。 设置参数要和表1 的参数相同。 由于采用RS485 通信，串口端口号选择COM2。

图4 通信协议组态

3.2 人机监控界面组态

根据控制要求，监控界面（图5）中包括运行指令按钮、运行指示、运行频率设定、电流监视及运行频率监视等。

3.3 脚本程序编写

脚本程序是界面显示和触摸屏与变频器通信实现的基础。 为了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（图6）。 设备名就是窗口设备组态时的设备命名，如图6 中的设备0、设备1 和设备2。

图5 人机监控界面组态

图6 设备组态

设备命令指令有两条：

a. 命令一，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）。

b. 命令二，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）。

MCGS 变量名为数值型， 表示MCGS 实时数据库中的变量名，读写的数据均指寄存器号所指定的值。

寄存器号为字符型，表示变频器的参数地址和类型，类型分为P（可读写）和R（只读）。 例如：P51，地址为51，参数类型是P；R8，地址为8，参数类型是R。

如果不操作STW 和HSW， 应该将STW 和HSW 置为0； 操作STW 和HSW， 可以使用指令READ 或者WRITE。

给出一段电动机正向运行指令，并读取实际运行频率：输出频率0（MCGS 变量）；寄存器号="R0027"；STW 字=! Hex2I（"047F"）表示变频器开始正向运行；HSW 字=! Hex2I（"3333"）表示运行频率为40Hz； 小数点位数=0；IND 字=0； 参数长度=1；浮点数处理标志=0。 指令为：

! SetDevice （ 设 备 0，6，"READ （ 输 出 频 率 2，"R0027"，! Hex2I（"047F"），! Hex2I（"3333"），0，0，1，0）"）

4 结束语

基于昆仑通态组态软件MCGS 和TPC 触摸屏， 实现了上位机对变频器的直接通信控制，简化了系统结构，提高了对环境的适应能力。 实际运行显示：该系统的投运，减少了故障，提高了设备的运行率， 也减轻了维修人员的工作强度，给企业带来更大的经济效益和环境效益，同时也为其他设备的系统设计提供了借鉴。