变频器实训考核系统的研究与开发

【摘 要】开发一种实训装置，它通过MCGS组态技术对西门子变频器的各参数进行读写，可以实现教与学的直观性、方便性，降低学习难度，提高教学效果。实训装置的设计思路用于工业控制中，具有灵活、多样性的特点，有一定的推广价值。

【关键词】变频器 实训 MCGS 组态技术

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）08C-0191-02

变频器是一个高科技产品，应用领域涉及电力、矿业、水泥、冶金、石化等行业，实现电动机驱动的风机、水泵、空气压缩机、提升机、皮带机等负载的软启动、智能控制和调速控制，能够有效提高工业企业的能源利用率、工艺控制及自动化水平。

高职院校的电气类及机电类专业的学习领域，都包含有变频器内容。学生在参加工作后，大多数在初期（或长期）从事自动化设备的维护，是变频器的直接操作者及维护者，掌握变频器的应用及维护维修知识是他们的职业必需。目前，专门针对变频器实训教学的平台不多，多数包含变频器内容的平台都是将变频器作为一个单独的模块，对变频器的控制都是通过手工直接在变频器上进行参数的设置，很不方便，对学生而言，学习难度很大，对教师而言，检查指导显得费时费力。为了增强学生的学习兴趣、加强学生对实训内容的理解掌握以及提高学生的动手能力，我们开发了实训考核系统。

一、实训考核系统功能特点

为了使学生能够从复杂的参数设置中解脱出来，提高学生的学习兴趣，实训考核系统应具备以下功能：第一，完整性。能够实现变频器各种数据类型参数的读写，能满足电动机的各种控制要求。程序除对参数读写外，还能够实现触摸屏对电动机的直接控制。保证学生可以充分利用装置完成全部参数的设置，顺利完成学习任务。第二，使用方便、实时性好。及时地接收并响应学生操作，并能迅速反馈信息，学生可以通过上位机控制电动机运行。第三，可视化界面。将参数按控制功能分类，将复杂变为简单，能够迅速掌握各参数意义和设置。第四，在线帮助。在选择某参数进行设置时，同时提供该参数的设置选择值或设置说明，当选择某种控制方式时，提供相应的接线图。第五，易于设置和检查参数。在设置界面设置完参数后能够立即显示实际值，以校对正确性。第六，功能扩展适应性。即可由变频器独立控制，也增加PLC等器件控制。

二、实训考核系统的硬件设计

（一）硬件选型。实训装置技术方案采用具有通信接口的变频器和组态软件。变频器牌号众多，使用方法基本相同，西门子4系列变频器通用性较强，在我国占有率高，功能齐全，普遍作为职业院校教学设施；组态软件是一款工业计算机软件，有触摸屏版和PC版，触摸屏小巧，便于携带安装，工业现场使用广泛，从有利于学生今后就业需要出发，所以选择西门子变频器和MCGS触摸屏作为主要硬件。设备之间的通信采用工业上常用的485方式，485通信可靠、实时性强，也有利于拓展学生视野。

（二）系统硬件结构组成。系统硬件由触摸屏、变频器、通信接口转换电路及相关电气器件组成，相互之间关系如图1所示。

（三）通信接口转换电路。通信接口转换电路用于选择通信伙伴，完成触摸屏与变频器、触摸屏与PLC、PLC与变频器之间的通信，为方便使用者了解通信伙伴的连接，使用指示灯明确指示伙伴关系。通过切换，触摸屏可以直接读写变频器参数，也可以直接控制电动机运行；可以在触摸屏和变频器之间接入PLC，通过PLC读写变频器参数或控制电动机运行。

（四）其他器件。除以上主要器件外，还附带一定数量的开关、按钮和电位器，方便各种控制方式的信号输入连接。

三、实训考核系统的软件设计

（一）设计思路。西门子变频器的参数多达两千多个，根据控制功能的不同，可以组合成多种控制方式，每种控制方式的硬件接线也有区别。为使条理清晰，功能完善，通过梳理，按功能性、使用频繁度划分，分别显示在MCGS的监控窗口中，窗口对象有设置值文本框，供写入变频器，有实际值文本框，供变频器读出，写入与读出可以立即比较，用以判断一致性。为了保证学生基本技能的训练、形成和巩固，保证电路连接的正确，在窗口中给出参数设置的帮助说明和各种控制方式的接线图，使能够真正起到教、学的辅助作用。

（二）监控窗口设计。参数有常用和非常用两类。常用类参数集中显示，按功能分别设有工厂恢复、电动机数据、命令和频率、多功能数字输入端子、固定频率、模拟输出端子、继电器输出端子等可视化窗口，为了方便使用者选择或设置合适值，在窗口中同时给出帮助说明。非常用类参数应用于特定的场合，单独列在一个窗口中，根据需要输入参数号，选择相应数据类型，然后设置完数值后传输到变频器。

（三）参数读写。参数数据类型有U16（16位无符号数）、U32（32位无符号数）、I16（16位整数）、I32（32位整数）、Float（32位浮点数）五类，除U32外的四类可以直接读写和显示。

U32参数由高低两字组成，高字用数值量输入和显示，低字用字符串输入和显示。写入时将字符串变还为数值量，再与高字装配，程序语句如下：写入值=！Hex2I（低字+！I2Hex（0）+！I2Hex（0）+！I2Hex（0）+！I2Hex（0））+高字。读出时将实际值转换为字符串，分别截取高字部分和右侧第一字符显示，程序语句如下：字符长度=！Len（！I2Hex（实际值））、高字=！Hex2I（！Left（！I2Hex（实际值），字符长度-4））、低字=！Right（！I2Hex（实际值），1）。

四、结语

实训装置的可视界面对变频器的各种功能参数分类，梳理出每一功能所需要的参数及其设定值，给学生提供一种设置变频器参数方便方法，方便教师的讲授和指导。学生也可自学，在有限时间里能够学习到更多的变频器控制技能。实训装置具有条理清晰、逻辑性强、易学易用的特点，应用在实践教学中，能够实现教与学的直观性和便利性，降低学习难度。其设计思路用于工业控制中，具有灵活、多样性的特点，有着一定的推广价值。

【参考文献】

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[8]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.说明书_TPC7062硬件使用手册.PDF[Z].

【基金项目】广西高校科研立项项目“变频器实训系统的研究与开发”（KY2015YB475）

【作者简介】徐成贵（1970― ），男，广西阳朔人，柳州铁道职业技术学院讲师，研究方向：电气控制技术、电子技术、职业技术教育。

（责编 卢 雯）