變頻調(diào)速系統(tǒng)中組態(tài)王軟件的應(yīng)用

引言

PLC 作為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(PLC、機器人和CAD/CAM)之一，編程、操作簡易方便，程序修改靈活，功能強大。被廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領(lǐng)域，加速了機電一體化的進程?？仆旧a(chǎn)的EASY系列嵌入式PLC 是將PLC 內(nèi)核構(gòu)建于控制器內(nèi)，運用PLC 語言開發(fā)用戶所需產(chǎn)品，能提高開發(fā)速度，降低開發(fā)費用，提高控制器的穩(wěn)定性。嵌入式PLC 又稱客制式PLC，即根據(jù)用戶的控制需要定制硬件，以PLC 的應(yīng)用方式解決對象控制問題的專用PLC。EASY嵌入式PLC軟件平臺具有開發(fā)通用、專用PLC的基本功能，支持CAN bus現(xiàn)場總線、支持通用HMI、組態(tài)軟件包。

變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上。與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調(diào)速控制，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)精確調(diào)速控制。其完善的保護功能既能保護變頻器，又能保護電機及相關(guān)用電設(shè)備。富士系列變頻器是高性能和多功能的理想結(jié)合，動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制能在各種運行條件下實現(xiàn)對電動機的最佳控制。強大的功能和鮮明的特點使其廣泛應(yīng)用于工業(yè)場合。

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對自動化監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來越高，如要求界面簡單明了，易于操作，實時性好，開發(fā)周期短，便于修改、擴充、升級。這些要求促使工控組態(tài)軟件應(yīng)運而生，組態(tài)是指通過專用的軟件定義系統(tǒng)的過程，工控組態(tài)軟件是利用系統(tǒng)軟件提供的工具，通過簡單形象的組態(tài)工作，構(gòu)成系統(tǒng)所需的軟件。國外軟件商推出了各種工業(yè)控制軟件包，如美國Wonderware 公司的In-Touch，美國Intellution 公司的iFIX，德國西門子公司的WinCC;國產(chǎn)工控組態(tài)軟件則以北京亞控科技發(fā)展有限公司出品的“Kingview(組態(tài)王)”組態(tài)軟件為代表。

Kingview組態(tài)軟件

Kingview(組態(tài)王)完全基于網(wǎng)絡(luò)概念，支持客戶機- 服務(wù)器模式和Internet/Intranet 瀏覽器技術(shù)，并且是一種可伸縮的柔性結(jié)構(gòu)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小，可以將不同站點設(shè)計成I/O 服務(wù)器、報警服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、登錄服務(wù)器、校時服務(wù)器、客戶機等，在系統(tǒng)擴展和變化時，有著極大的靈活性。組態(tài)王設(shè)計成全冗余結(jié)構(gòu)，在五個層面上提供了冗余：I/O通道冗余、雙設(shè)備冗余、雙網(wǎng)冗余、雙機冗余及雙系統(tǒng)冗余。組態(tài)王被設(shè)計成一個完全意義上的軟件平臺，允許用戶進行功能擴展和發(fā)揮，它也是一個ActiveX容器，無須編程即可將第三方控件直接連入組態(tài)王中。

組態(tài)王不僅是OPC 客戶端，還是OPC服務(wù)器，可向任意支持OPC 客戶的軟件提供數(shù)據(jù);組態(tài)王中的報警信息可直接輸出到帶ODBC 接口的數(shù)據(jù)庫中，像Access、SQL Server 等;提供了一套動態(tài)鏈接庫，允許用戶用VB、VC 直接訪問組態(tài)王的數(shù)據(jù)庫，構(gòu)筑功能更加強大的工控系統(tǒng);組態(tài)王還可以和King PLC 1.0完全集成起來，組態(tài)王在前臺進行人機界面顯示。組態(tài)王是運行于Microsoft Windows2000/NT4.0/XP 中文平臺的中文界面的人機界面軟件，采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)。

工程瀏覽器是組態(tài)王軟件包的核心部分，它具有管理開發(fā)系統(tǒng)的功能，將畫面制作系統(tǒng)設(shè)計中的各種管理、配置、記錄、資源進行集中管理。組態(tài)王最核心的部分是數(shù)據(jù)庫，在TouchView 運行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令可迅速送達生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。

變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制流程

變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由基于組態(tài)王軟件設(shè)計的上位機控制系統(tǒng)、科威PLC和富士變頻器構(gòu)成的下位機執(zhí)行系統(tǒng)兩部分組成。組態(tài)王上位機控制系統(tǒng)將操作者改變的模擬量和數(shù)字量寫入科威PLC 的數(shù)據(jù)寄存器，科威PLC不斷地循環(huán)執(zhí)行控制子程序，將產(chǎn)生的控制信號送至富士變頻器的控制端，富士變頻器作為最后的執(zhí)行器輸出信號，控制三相異步電動機，實現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。

系統(tǒng)首先選擇電機的運行狀態(tài)———正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止。然后選擇變頻運行方式，系統(tǒng)默認的是手動變頻運行方式(該方式主要供檢修及變頻器故障期間用于手動控制電機運行)，可以通過調(diào)節(jié)游標進行變頻控制;如果需要進入自動變頻運行方式(該方式主要通過自動跟隨液位負載的擾動改變頻率)，可以通過單擊手動/自動變頻按鈕進行切換。系統(tǒng)運行過程中可以隨時觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)以及頻率變化曲線等。

2 Kingview上位機系統(tǒng)界面設(shè)計

首先建立一個“組態(tài)王”工程，啟動“組態(tài)王”工程管理器(ProjManager)，選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕，按照對話框提示完成工程的建立。然后進行圖形畫面的制作，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象，這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對象組成的。啟動組態(tài)王工程瀏覽器的工程目錄顯示區(qū)，在工程瀏覽器中左側(cè)的樹形結(jié)構(gòu)中選擇“畫面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”，工程瀏覽器將彈出“新畫面”對話框，根據(jù)需要設(shè)置新畫面對話框中的各項內(nèi)容，完成畫面的繪制，圖1所示即為變頻調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)控主界面圖?？梢宰裱瑯拥牟襟E來建立報警界面及實時窗口等其他界面。最后須將仿真界面中變量的定義與數(shù)據(jù)進行連接，單擊“數(shù)據(jù)詞典”定義畫面中連接的變量，根據(jù)實際需要來定義變量名和變量類型(如圖2所示)，將畫面中的操作按鈕等與定義的變量聯(lián)系起來，即動畫連接。

3 PLC下位機程序設(shè)計

在科威PLC自帶編程軟件環(huán)境下，利用梯形圖語言[5]對系統(tǒng)進行程序設(shè)計，程序梯形圖如圖3 所示。其中X0、X1、X2分別代表電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止按鈕;X3 、X4 是手動/ 自動運行方式切換按鈕;Y0~Y5分別是對應(yīng)操作的自鎖。PLC 的程序設(shè)計相對簡單，只是進行簡單的銜接操作，系統(tǒng)關(guān)鍵還是取決于上位機Kingview軟件的編程控制。

4 系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試

連接上位機工控機、科威PLC、富士變頻器、交流電機以及儲油罐等硬件設(shè)備;設(shè)置變頻器中的電動機參數(shù)和運行參數(shù);在Kingview 中進行設(shè)備連接配置，將科威PLC與Kingview連接，以便兩者之間進行數(shù)據(jù)交換;在Kingview 中編寫應(yīng)用程序命令語言，實現(xiàn)各個界面(包括主界面、手動變頻界面、自動變頻界面、狀態(tài)變化界面等)的邏輯控制，具體控制可以根據(jù)現(xiàn)場需要進行在線修改。

將控制子程序下載到科威PLC中，并將其開關(guān)打到運行擋;給富士變頻器通電，將Kingview從開發(fā)狀態(tài)切換到運行狀態(tài)，即可進行變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試。單擊界面中的相應(yīng)操作按鈕，就可以實現(xiàn)電動機的起?？刂?、正反轉(zhuǎn)控制以及速度控制等一系列的常規(guī)控制。當(dāng)其連接儲油罐設(shè)備，并引入液位反饋構(gòu)成閉環(huán)控制時，在自動變頻情況下，該系統(tǒng)即可跟蹤液位變化，與液位給定值進行比較，進而發(fā)出相應(yīng)指令來控制電動機的運行狀態(tài)，滿足控制要求。系統(tǒng)運行過程中狀態(tài)顯示如圖4所示。