以太网通讯的变频器实用管理工具开发

谢坤

（中山市技师学院，广东 中山 528400）

随着工业自动化技术日新月异的发展，传统的纺织印染行业对设备的自动化程度以及性能方面的要求越来越高，变频器作为其中最重要的同步驱动调速单元被广泛的应用，在连续煮漂机、丝光机等单一设备中的变频器数量可达50-80 台。按照我司原来的标准流程，变频器的参数输入和诊断通常是借助电脑端的专用软件(如Lenze 的Engineer 或Danfoss 的MCT10)通过通讯电缆下载至各变频器，亦或是通过操作面板手动一一输入各代码参数值，上述两种方法均需要做大量重复性的工作，耗时耗力且很难保证参数的完整性。此外，当设备运行过程中某一变频器出现故障，电工需要打开电柜找到故障变频器并通过操作面板读取故障代码，继而根据故障代码查阅手册进一步判断故障类型。再者，往往由于客户维护人员的技能水平受限，更换的新的变频器的参数配置和运行测试有时很难由其自行完成，在不得已的情况下我司需派遣技术服务人员到现场进行指导操作。

变频器的传统操作有如下两种方法(见图1、图2)

图1 使用PC 通过专用电缆连接至变频器

图2 使用操作面板

随着设备出机数量的增加，国外市场的占有率也在同步提升，数量众多的变频器的参数配置和后期维护变成了我们必须要面对的问题。有没有一种方案可以让我们的调试人员在现场快速且准确的对数量众多的变频器进行批量的参数输入？客户维护工程人员又如何能在最短时间发现某变频器的异常并进行故障类型的初步诊断并引导他们如何进行故障处理？我们的技术团队如何能在办公室通过互联网来远程跟踪位于异地，甚至国外客户工厂内的所有变频器的运转实时状况并在有需要时修正优化参数？带着这些问题点，我开始着手思考并最终实现了利用Siemens PLC S7-1500 和不同品牌的变频器之间进行参数交换并最终通过HMI 人机界面来实现针对变频器的参数读写操作、故障码判别、文本列表导出。

本项目涉及到的编程平台和配套测试软件包括：

（1）Siemens TIA 博途STEP7 V16。

（2）Siemens TIA 博途Wincc Advanced V16。

（3）Visu Studio 2015（主要用于测试Wincc VBS 脚本）。

（4）MS Office 2010。

该项目的开发主要包含PLC 单元，HMI 组态以及项目的编译运行，同时也附上了该管理工具的简易操作说明。

1 PLC 单元

1.1 基于Siemens 倡导的全集成自动化TIA 理念，PLC 程序采用了面向对象组件的编程方式来实现，对其功能块FB 进行了封装，FB 的I/O 接口定义如表1 所示。

表1

1.2 PLC 硬件和网络配置

备注：HW_IO_Head 做为变频器站点的硬件识别码，其具有唯一性；两个变频器硬件标识符的递增量为8；所有变频器的IP地址均需和PLC 保持同一网段内；本案中以Lenze84 系列变频器作为范本(下同)。

1.3 PLC 程序

PLC 和变频器的数据交换通过Siemens 系统指令WRREC和RDREC 来完成，故必须要定义好相关联的报文结构数据。为减少CPU 的扫描负担，指定在组织块OB35 中对该功能进行时间中断调用。中断扫描周期设为100ms。

1.4 HMI 组态

人机界面使用Siemens TIA WinCC Advanced 组态软件来完成，其同PLC 采用以太网通讯。编译后的项目可运行在机台的操作电脑上，也可在任意安装有TIA Portal 博途软件的手提电脑上运行。

1.4.1 变量表的创建

1.4.1.1 PLC 变量表导入

导入PLC 数据块para 的所有变量，包括数组变量。

1.4.1.2 内部变量创建

包括读写操作临时标识位、变频器参数列表导出操作所需要的中间变量等。

1.4.2 文本列表创建

包括：变频器类型文本列表、参数代码文本列表、参数值单位文本列表、故障描述文本列表以及故障处理文本列表。

2 管理工具的简易使用操作说明

2.1 双击编译生成的界面程序文件，系统将自动启动并显示引导画面，选中要操作的目标变频器类型，主画面分为三个板块，主操作区域、参数代码操作区、参数值操作区。

2.1.1 参数值读取操作步骤

2.1.1.1 通过参数代码下拉列表选择目标参数代码，也可手动在代码栏输入代码号。

2.1.1.2 单击【参数全部只读】按钮，所有的变频器参数操作属性即更改为“只读”。

2.1.1.3 系统自动逐个扫描所有变频器的目标代码参数值并显示在相对应的参数值域。数值单位也会同步更新，如电流为A，电压为V 等。如某变频器通讯失败，则参数值会归零。

2.1.2 参数值写入操作步骤

2.1.2.1 选择目标参数代码，方法同步骤2.1.1 一致。

2.1.2.2 单击【参数全部写入】按钮，所有的变频器参数操作属性即更改为“写入”。也可根据实际需求点击每个变频器对应行最前面的读写切换按钮来对其读写属性进行单独设置。

选中写操作的变频器所在的行域会变为绿色，以起到明显的视觉区分效果。

2.1.2.3 在参数值输入域输入预设的参数值。

2.1.2.4 按下【写入执行】按钮并保持3 秒钟，预设参数值将会写入到选中的目标变频器中。

2.1.2.5 如某变频器通讯失败，则保留原有参数值；

2.2 设置画面

仅经过授权的人员可以对该界面的内容进行设定修改：

2.2.1 变频器数量的定义

可以在0-99 之间设定网络中的变频器的数量，0表示网络内没有可操作的变频器。

2.2.2 开启变频器参数写入功能

为防止对变频器的参数误更改导致异常，故主画面中的参数写入功能仅在该选项开启后方可正常使用。

2.2.3 机器运行时禁止参数写入选项。

2.2.4 变频器参数列表的导出

输入文件存储路径域，并点击导出按钮。待VBS 脚本执行完毕后，即可生成Excell 表格文件并存档于指定硬盘目录。

2.3 用户登录

用户等级共分为三级，其权限分配如表2 所示。

表2

3 结论

借助于该工具软件，现场调试人员可以在短时间内批量完成电柜内数台变频器的参数输入，大大提高了工作效率，更避免了使用面板进行参数操作可能带来的误、漏现象。此外，针对变频器实时运转状态的监控如电流、电压、频率输出、变频器温度等，不需要专业技术人员的参与即可在该工具中实现。通过对多台变频器的运行参数做同时在线比较，可利于发现潜在的电气调节系统以及机械传动方面的隐患。