基于Kingview軟件的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言
隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，如要求界面簡(jiǎn)單明了，易于操作，實(shí)時(shí)性好，開(kāi)發(fā)周期短，便于修改、擴(kuò)充、升級(jí)。這些要求促使工控組態(tài)軟件應(yīng)運(yùn)而生，組態(tài)是指通過(guò)專(zhuān)用的軟件定義系統(tǒng)的過(guò)程，工控組態(tài)軟件是利用系統(tǒng)軟件提供的工具，通過(guò)簡(jiǎn)單形象的組態(tài)工作，構(gòu)成系統(tǒng)所需的軟件。國(guó)外軟件商推出了各種工業(yè)控制軟件包，如美國(guó)Wonderware 公司的In-Touch，美國(guó)Intellution 公司的iFIX，德國(guó)西門(mén)子公司的WinCC；國(guó)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[1]。
PLC 作為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一，編程、操作簡(jiǎn)易方便，程序修改靈活，功能強(qiáng)大。被廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，加速了機(jī)電一體化的進(jìn)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(yùn)用PLC 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)用戶(hù)所需產(chǎn)品，能提高開(kāi)發(fā)速度，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，提高控制器的穩(wěn)定性[2]。嵌入式PLC 又稱(chēng)客制式PLC，即根據(jù)用戶(hù)的控制需要定制硬件，以PLC 的應(yīng)用方式解決對(duì)象控制問(wèn)題的專(zhuān)用PLC。EASY嵌入式PLC軟件平臺(tái)具有開(kāi)發(fā)通用、專(zhuān)用PLC的基本功能，支持CAN bus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、支持通用HMI、組態(tài)軟件包。
變頻器技術(shù)是一門(mén)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(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，可以實(shí)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(hù)功能既能保護(hù)變頻器，又能保護(hù)電機(jī)及相關(guān)用電設(shè)備[3]。富士系列變頻器是高性能和多功能的理想結(jié)合，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制能在各種運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的最佳控制。強(qiáng)大的功能和鮮明的特點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)合。
1 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(hù)機(jī)- 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(diǎn)設(shè)計(jì)成I/O 服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、登錄服務(wù)器、校時(shí)服務(wù)器、客戶(hù)機(jī)等，在系統(tǒng)擴(kuò)展和變化時(shí)，有著極大的靈活性。組態(tài)王設(shè)計(jì)成全冗余結(jié)構(gòu)，在五個(gè)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(jī)冗余及雙系統(tǒng)冗余。組態(tài)王被設(shè)計(jì)成一個(gè)完全意義上的軟件平臺(tái)，允許用戶(hù)進(jìn)行功能擴(kuò)展和發(fā)揮，它也是一個(gè)ActiveX容器，無(wú)須編程即可將第三方控件直接連入組態(tài)王中[4]。
組態(tài)王不僅是OPC 客戶(hù)端，還是OPC服務(wù)器，可向任意支持OPC 客戶(hù)的軟件提供數(shù)據(jù)；組態(tài)王中的報(bào)警信息可直接輸出到帶ODBC 接口的數(shù)據(jù)庫(kù)中，像Access、SQL Server 等；提供了一套動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，允許用戶(hù)用VB、VC 直接訪(fǎng)問(wèn)組態(tài)王的數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)筑功能更加強(qiáng)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(lái)，組態(tài)王在前臺(tái)進(jìn)行人機(jī)界面顯示。組態(tài)王是運(yùn)行于Microsoft Windows2000/NT4.0/XP 中文平臺(tái)的中文界面的人機(jī)界面軟件，采用了多線(xiàn)程、COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能，將畫(huà)面制作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各種管理、配置、記錄、資源進(jìn)行集中管理。組態(tài)王最核心的部分是數(shù)據(jù)庫(kù)，在TouchView 運(yùn)行時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況以動(dòng)畫(huà)的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令可迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。
2 變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用
2.1 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(jì)的上位機(jī)控制系統(tǒng)、科威PLC和富士變頻器構(gòu)成的下位機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)兩部分組成。組態(tài)王上位機(jī)控制系統(tǒng)將操作者改變的模擬量和數(shù)字量寫(xiě)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(hào)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(hào)，控制三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。
系統(tǒng)首先選擇電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)———正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止。然后選擇變頻運(yùn)行方式，系統(tǒng)默認(rèn)的是手動(dòng)變頻運(yùn)行方式（該方式主要供檢修及變頻器故障期間用于手動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)行），可以通過(guò)調(diào)節(jié)游標(biāo)進(jìn)行變頻控制；如果需要進(jìn)入自動(dòng)變頻運(yùn)行方式（該方式主要通過(guò)自動(dòng)跟隨液位負(fù)載的擾動(dòng)改變頻率），可以通過(guò)單擊手動(dòng)/自動(dòng)變頻按鈕進(jìn)行切換。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可以隨時(shí)觀(guān)察系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及頻率變化曲線(xiàn)等。
2.2 Kingview上位機(jī)系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)
首先建立一個(gè)“組態(tài)王”工程，啟動(dòng)“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(duì)話(huà)框提示完成工程的建立。然后進(jìn)行圖形畫(huà)面的制作，在每個(gè)畫(huà)面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象，這些畫(huà)面都是由“組態(tài)王”提供的類(lèi)型豐富的圖形對(duì)象組成的。啟動(dòng)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(shù)形結(jié)構(gòu)中選擇“畫(huà)面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”，工程瀏覽器將彈出“新畫(huà)面”對(duì)話(huà)框，根據(jù)需要設(shè)置新畫(huà)面對(duì)話(huà)框中的各項(xiàng)內(nèi)容，完成畫(huà)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。可以遵循同樣的步驟來(lái)建立報(bào)警界面及實(shí)時(shí)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(jìn)行連接，單擊“數(shù)據(jù)詞典”定義畫(huà)面中連接的變量，根據(jù)實(shí)際需要來(lái)定義變量名和變量類(lèi)型（如圖2所示），將畫(huà)面中的操作按鈕等與定義的變量聯(lián)系起來(lái)，即動(dòng)畫(huà)連接。

2.3 PLC下位機(jī)程序設(shè)計(jì)
在科威PLC自帶編程軟件環(huán)境下，利用梯形圖語(yǔ)言[5]對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，程序梯形圖如圖3 所示。其中X0、X1、X2分別代表電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止按鈕；X3 、X4 是手動(dòng)/ 自動(dòng)運(yùn)行方式切換按鈕；Y0~Y5分別是對(duì)應(yīng)操作的自鎖。PLC 的程序設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的銜接操作，系統(tǒng)關(guān)鍵還是取決于上位機(jī)Kingview軟件的編程控制。

2.4 系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試
連接上位機(jī)工控機(jī)、科威PLC、富士變頻器、交流電機(jī)以及儲(chǔ)油罐等硬件設(shè)備；設(shè)置變頻器中的電動(dòng)機(jī)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)；在Kingview 中進(jìn)行設(shè)備連接配置，將科威PLC與Kingview連接，以便兩者之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；在Kingview 中編寫(xiě)應(yīng)用程序命令語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)各個(gè)界面（包括主界面、手動(dòng)變頻界面、自動(dòng)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(chǎng)需要進(jìn)行在線(xiàn)修改。
將控制子程序下載到科威PLC中，并將其開(kāi)關(guān)打到運(yùn)行擋；給富士變頻器通電，將Kingview從開(kāi)發(fā)狀態(tài)切換到運(yùn)行狀態(tài)，即可進(jìn)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(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)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(chǔ)油罐設(shè)備，并引入液位反饋構(gòu)成閉環(huán)控制時(shí)，在自動(dòng)變頻情況下，該系統(tǒng)即可跟蹤液位變化，與液位給定值進(jìn)行比較，進(jìn)而發(fā)出相應(yīng)指令來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，滿(mǎn)足控制要求。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中狀態(tài)顯示如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)Kingview 組態(tài)軟件的強(qiáng)大功能，將科威PLC、富士變頻器等硬件設(shè)備結(jié)合在一起，構(gòu)成了變頻調(diào)速系統(tǒng)裝置，大大簡(jiǎn)化了裝置開(kāi)發(fā)周期。在實(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制的前提下，可以針對(duì)不同的設(shè)備要求形成變頻調(diào)速系統(tǒng)；裝置采用成型硬件，可靠性、靈活性大大提高，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。