基于组态王的电机调速实验装置设计

摘 要： 为弥补实验设备不足，作者开发了异步电机实验装置，提出了采用RS485总线通讯的电机调速控制系统的体系结构，基于组态王软件建构了装置的控制界面，详细研究了装置的硬件接口和程序设计。

关键词： 实验设备开发 电机调速 变频器 组态王 RS485

一、引言

机械电子工程专业相关机电类课程传统的实验设备采用验证性和演示性居多，学生的综合实践能力没有得到培养，为弥补实验设备不足，自主开发机电实验设备，开发过程中即满足教学的硬件要求，同时吸引了学生参与，提高了学习兴趣和锻炼了实践能力。

二、电机调速系统设计

机械产品的转速控制广泛采用异步电机和变频器的方式，通常变频器的速度控制通过同变频器一体的操作面板来完成或者通过外部的操作信号来完成。变频器具有RS485通讯接口，通讯采用MODBUS协议，可以与具有相同接口和通讯协议的上位机通讯实现远程控制。组态王（KingView）是北京亚控科技公司的工业自动化控制系统软件，能够实现人机界面和监控管理系统的开发，是应用比较广泛的一种组态软件。笔者提出以组态王为控制开发界面，利用变频器实现电机的调速过程。

变频器选用深圳市易能电气技术有限公司的EDS800-4T0007R系列迷你型变频器，其采用先进的控制方式实现了高转矩、高精度、宽调速驱动，为客户提供了高集成度的解决方案。电机的速度随变频器的输出频率而变化，变频器频率的控制有键盘模拟电位器给定、电压模拟量VCI给定、电流模拟量CCI给定、端子数字脉冲给定、多功能端子组合给定、RS485串行口给定等几种方式。在这些方式中，键盘模拟电位器给定法用于简单速度的手工调节，电压模拟量VCI和电流模拟量CCI给定法需要产生模拟信号，利用计算机控制需要另外设计附加电路，端子数字脉冲和多功能端子组合给定需要利用PLC处理，结构复杂且增加成本，而利用RS485总线连接可实现方便控制。系统操作监控界面基于组态王软件KingView6.52开发，实行系统的监控运行、数据信息管理、现场控制和远程管理，组态王通过RS232接口经过和鑫转换器与RS485连接，变频器连接0.75Kw三相异步电动机。

EDS800系列变频器通讯方式为异步半双工串行通讯方式，使用字节奇偶校验，传输的默认格式和传输速率为：8-N-1，波特率为9600bps，传输的数据命令帧格式如表1所示。命令帧格式结构意义如下：

（1）帧头：为字符“～“（十六进制7E），单字节。

（2）从机地址：从机的本机地址，占用两个字节，ASCII格式，出厂设置为01。

（3）主机命令/从机响应：主机发出的命令/从机应答命令，占用两个字节，ASCII格式。

（4）辅助索引/命令索引/故障索引：对于主机，辅助索引、命令索引用于配合主机命令实现具体功能；对于从机，辅助索引、命令索引用于从机上报故障状态码。数据类型为16进制，4个字节，ASCII格式，命令索引占用低两个字节，辅助索引占用高两个字节，数据范围为00-FF。

（5）校验和：数据含义为帧校验，占四个字节，ASCII格式，计算的方法为“从机地址”到“运行数据”全部字节ASCII码值的累加和。

（6）帧尾：十六进制0D，单字节。在组态王中新建项目，双击工程浏览器目录中的“设备”项目下的COM1，利用“设备配置向导”对话框新建名称为“易能变频器”的设备，选择莫迪康下的MODBUS（RTU）或MODBUS（ASCII）进行通讯，而后设置设备地址和通信参数。单击数据库的数据字典定义设备变量，完成设备配置后，右键单击工作区显示的变频器图标选择测试变频器选项，测试组态王与变频器通信是否正常。易能变频器的通讯参数控制包括参数的写入和读出操作，参数写入包括运行频率、运行指令、参数、变频器复位等；读出类型包括运行参数和监视参数。易能变频器对电机的控制包括频率指令和运行指令两方面内容，两指令无先后次序要求，具体的命令指令如表2所示。设异步电机的额定转速为n0，需要调节的速度为n1，则变频器的输入频率应该为f=60n1/n0。

在组态王工程浏览器目录中“设备”下定义COM2参数，定义完成后测试保证电机与变频器连接。规划的变频调速系统如图1所示，设计了监控调节界面和构造了开发所用的数据变量，设置了变量类型、连接设备、寄存器、数据类型、采样频率，等等。定义界面后进行界面上控件的动画连接设置，而后编写命令语言。系统硬件连接正确连接和程序调试通过后切换到运行状态执行。

三、结语

本装置可实现机床电气控制、计算机控制系统、机电传动控制和机电接口技术等多门课程的综合实验，系统结构简单，界面良好，能够满足控制要求。

参考文献：

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