工控机箱厂家分享：NI工控机与台达变频器通讯的实现

1 引言

　　风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，而其中轴承性能的好坏对齿轮箱的性能起着至关重要的作用。根据用户要求，齿轮箱轴承出厂前要在模拟实际工况的试验机上进行测试。即齿轮箱轴承需在不同转速、载荷下进行性能试验和寿命试验。齿轮箱轴承转速的改变是由变频器驱动变频电机实现的。变频器运行频率的设定有三种方法：一是通过面板手工调节，这种方式已经不能满足频率频繁变化时使用需要。二是通过变频器的外部接口，外接模拟信号来控制设定频率。这种方式虽然简单，但存在设定频率不准确的问题，当外接模拟信号波动时，变频器的设定频率也随之变化。三是通过变频器的通讯口，利用参数设定指令来进行频率参数设定。这种方法能准确地控制变频器的频率。下面以台达vfd-b系列变频器为例，介绍一种基于labview软件利用串口实现工控机与变频器间通讯，进行频率参数设定、监视输出电流的方法。

2 通讯系统总体设计

　　本系统所采用的通讯方式是利用美国ni公司的工控机与台达vfd-b系列变频器的rs-485串口通讯。工控机的控制器为 ni pxi-8106，自带1个rs-232通讯串口。由于系统还需要与仪表和plc通讯，而且变频器、仪表和plc三者之间的通讯协议不同，工控机另配有1块串行通讯模块ni pxi-8431（含有两个rs-485串口）。使用工控机rs-232串口和台达变频器的rs-485串口通讯，中间需加rs-232/rs-485转换器，如图1所示。如果使用串行通讯模块ni pxi-8431的rs-485串口，须用db-9连接器连接工控机的rs-485串口与变频器的rs-485串口，如图2所示

3 系统硬件接口

　　台达vfd-b系列变频器的通讯口引脚定义、db-9连接器引脚定义、rs-232/rs-485转换器的接线端子排列见表1。

　　深圳市迈肯思科技有限公司是一家集服务器系统设备的研发、生产、销售、和系统集成为一体的高科技企业。主营产品有： 深圳工控机箱, 工控机箱, 工控机箱定做, 工控机箱订制, 深圳服务机箱, 工业机箱, 1U工控机箱, 1.5U工控机箱, 2U工控机箱, 3U工控机箱, 4U工控机箱, 6U工控机箱, 7U工控机箱, 服务器机箱, 服务器机箱定做, 服务器机箱制作, 1U服务器机箱, 2U服务器机箱, 3U服务器机箱, 4U服务器机箱 ITX机箱, NAS机箱, 带屏机箱, 挖矿机箱, 壁挂式机箱, 多硬盘机箱, 带屏热插拔机箱, 热插拔机箱, OEM机箱, 网络机箱, dvr监控机箱, 1u机箱, 2u机箱, 3u机箱, 4u机箱等各种箱体，控制台等产品。

工厂特点：仓库大量现货，款式多样化，支持一件直发 。

使用PLC、工控机和变频器实现自动配料系统的设计运行

针对保护材料生产行业中的配料环节，介绍了一种全自动配料系统的设计方法，系统以工控机为主站，以PLC、变频器和称重仪表为从站，使用Profibus总线进行主从通讯，IPC上采用紫金桥组态软件设计人机界面，运行结果表明系统不但具有很高的效率，同时也稳定，可靠。

在保护材料生产行业，配料通常是将原材料按某种比例均匀混合在一起，用以形成一种新的材料，因此配料是这类行业生产的重要组成部分。在生产过程中，各种原料要严格按比例进行均匀混合，就必须靠配料机械来完成。

目前工厂一般使用两种方法，第一种方法采用人工称重，然后将成比例的各种原材料同时放入配料机中搅拌。另一种方法是自动称重，自动搅拌。

由于很多原始材料为粉状或颗粒，人工配料时，人体容易吸入粉尘等杂物，导致职业病出现，增加了生产风险和劳动力成本，同时配料品种繁多，数量巨大，因此人工配料难以现场管理，很容易出现误配，不但质量难以保证，同时也增加了管理成本。为了保证产品质量，提高生产效率，要求采用准确、可靠的自动配料系统。

基于PLC、工控机和称重仪表的配料系统

在河南西峡保护材料集团现有的配料系统中，工人首先将材料运送到称重车间，称重完之后，再将材料手动送到配料机上进行配料，称重车间使用了杭州四方的称重仪表进行称重，通过RS232口和工控主机相连，位于中控室的工控主机负责记录称重结果，显示称重数据，同时，控制人员可以在中控室通过控制电路手动控制配料过程的起停。

这种方式效率低下，同时，主机上运行的是C语言开发的DOS程序[1]，可扩性差，人机交互困难，不能完成自动配料的所有要求。为了提高生产率，降低成本，需要采用全自动配料系统。

新系统采用主从式结构。以工控机为上位主机，以西门子PLC[2]、变频器和称重仪表为下位从机。主机处于主导地位，实现对各从机的通信管理和控制，将工控机的RS－232异步通讯口经电平转换后与PLC相连，形成上、下位机通讯的一个物理通道；将主机的另一个RS-232口和称重仪表的通讯口相连，构成第二个物理通道。

上位机采用轮询方式，逐个与从站通讯。上位机把任务规划的结果传送给PLC，在PLC进行控制的过程中，上位机使用上位机连接命令监视下位机的运行状态和数据区内容，实时读取PLC的内部状态以及称重仪表的实时数据，在上位机上显示。

总体上讲，系统具有如下功能：

1 系统的组成

整个全自动配料混合系统由工控机、PLC、工业称重仪表、变频器、振动电机、混料机、传感器、传送带等部分组成。

上位工控机提供人机交互界面，完成控制信息输人、数据管理、进行数据显示、存储、统计和报表等功能，上位机采用IPC810工控机，它的主要工作如下：

工控主机首先根据操作人员的指令，读取某个编号的配方，然后，根据配方中配料的比例及先后顺序，向PLC发出开始配料的指令，使得PLC能够启动特定的变频器。在配料过程中，工控主机以轮询的方式，一方面实时读取PLC的状态字，了解PLC及PLC下级设备的运行状态；另一方面实时读取安装在配料机上的称重仪表的称重数据，按照配料策略，当称重接近配方中的设定值时，主机向PLC发出停止本次配料的指令。当一个配方上的所有材料都配完后，整个配料过程暂停，等待操作人员的指令。

系统运行过程中，PLC与上位机实时通信，从而保证界面上显示的数据与现场实际数据的一致性，操作人员在上位机上发出的操作命令和设定参数都可以实时送到PLC，PLC的主要工作有：１）接收上位机发送来的命令，通过变频器控制振动电机的启、停和快慢；２）将变频器的运行状态实时写入内存数据区，供工控机读取，３）将自身的各种状态以状态字的形式准备好，共工控机实时读取。

2 控制策略及配料过程

通过对配料过程的特点进行分析，得到配料过程具有如下特点：

因此，我们考虑采用快速、慢速、提前发出停止加料指令等控制策略，同时利用PLC的互锁技术确保配料的顺利进行。系统启动后，工控机向PLC发出开始加料信号，PLC控制变频器驱动电机进行快速加料，同时，工控主机通过串口持续不断的读取称重仪表的称重数据，当重量值接近设定值时，工控主机向PLC发出停止加料的控制指令。

此时，PLC控制变频器进行慢加，通过事先估计出传送机构上原料的残余，设定值和实际加料的差值和传送机构上原料的残余相当时，PLC真正发出停止指令，该指令由变频器执行，从而控制电机停机，停机后传送机构上的原料无残余，配料精度符合要求。流程如图１所示。

工控主机软件设计

工控机主要完成的任务如下：

图１　主要的配料过程流程图

1 配料软件的界面设计

上位工控机使用紫金桥组态软件设计人机界面，工业控制组态软件实际上是一种能由用户根据自己的需要进行二次开发的软件开发平台。我们可以根据工艺要求在该平台上对整个监控系统开发出友好的人机界面，操作员通过该界面可以与现场设备进行实时交互。紫金桥软件是HMI/SCADA工业自动化组态软件，它提供了一个高度集成化、可视化的开发环境。该软件具有如下一些特点:

多种通讯功能。 紫金桥组态软件支持如下通讯功能:

方便的开发系统。丰富的组件和控件构成强大的HMI开发系统;增强的过渡色与渐进色功能，从根本上解决了很多同类软件在过多使用过渡色、渐进色时严重影响画面刷新速度和系统运行效率的问题;更加灵活多样的矢量子图，使得制作工程画面更快捷;提供面向对象编程方式，内置间接变量、中间变量、数据库变量，支持自定义函数和自定义菜单。

开放性。紫金桥组态软件的开放性表现在如下几个方面:

1)支持EXCEL以VBA的方式访问数据库;

2)软件为开放式体系结构，全面支持DDE, OPC, ODBC/SQL, ActiveX，DNA标准。以OLE, COM/DCOM、动态链接库等多种形式提供外部访问接口，便于用户利用各种常用开发工具(如:VC++、VB等)进行深层的二次开发;

3)紫金桥组态软件I/0驱动程序的体系结构为开放式结构，其接口部分源代码完全公开，用户可以自行开发新的驱动程序。

数据库功能.紫金桥组态软件内置了实时数据库，而且实时数据库又内置多种功能块，来完成数据处理与存储，可实现累计、统计、控制、线形化等多种功能。

支持多种设备及总线。支持国内外大部分知名厂家生产的PLC、调节器、智能仪表、智能终端、智能模块;此外，还支持Profibus，Can, LonWorks和Modbus等标准的现场总线。

２系统的I/O点数

紫金桥组态软件用实时数据库点来表示I/O点。经过分析，系统需要三个I/O点，两个数字控制点用来通过PLC控制电机的起、停，因此这两个点的数据链接选择分别为PLC的两个数字量输入输出通道。一个模拟点用来表示从称重仪表上读取的实时数据，因此，该点的数据链接为称重仪表的测量值。

通讯程序设计

通讯程序设计主要包含三部分，第一部分为主机与PLC的通讯；第二部分为主机与称重仪表的通讯；第三部分为PLC与变频器之间的通讯。

1 主机与PLC的通讯

组态软件一般都内置了主流PLC的驱动程序，首先在紫金桥组态软件中新建一个PLC虚拟设备，该虚拟设备的型号必须和使用的真实PLC的型号一致，如果在组态软件中找不到所需的PLC的型号，则可以委托软件厂家免费开发一个新的该型号PLC驱动。虚拟设备用来映射真实的设备，这里，我们使用的PLC是simensS7-300，设定主机通过串口1和PLC通讯。

2 主机与称重仪表的通讯

针对称重仪表，我们使用的是杭州四方的称重仪表，为了使仪表和组态软件很好的通讯，我们特别委托紫金桥公司为该仪表开发了驱动程序。首先我们从组态软件的驱动列表中选择一个我们需要的设备类型，并针对该类型，建立一个虚拟设备，用来映射真实的称重仪表，然后设定仪表与计算机的通讯端口及通讯协议。

3 PLC与变频器之间的通讯

由于配料车间有多种原材料，为了配料方便，我们设置了多个传送带，所以配料系统一个PLC需要链接多个变频器。为此我们在PLC和变频器之间使用了Profibus总线进行通讯，将专用的Profibus通讯模块插入到变频器上，并设定好变频器的从站地址，然后通过Profibus连接器接入到PLC中，PLC通过编程，实现对该变频器进行报文的发送与接收，将控制字发送到变频器，同时把状态字从变频器中读取回来。

CPU315-2DP作为Profibus主站，每个与主站通讯的变频器可以看作是一个Profibus从站。通讯时，主站根据通讯报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。从站本身不能主动发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。系统所选用的变频器型号均为Siemens　MicroMaster430系列[4]。PLC和变频器之间主要的通讯主要涉及两个概念。第一是数据报文，第二是控制字与状态字。

１）通讯报文。每条报文都是以字符STX开始，接着是长度说明LGE和地址字节ADR，然后是采用的数据字符，报文以数据块的检验符BCC结束，主要字段的解释如下:

STX区是一个字节的ASCII字符(02hex)，表示一条信息的开始;LGE区是一个字节，指明这一条信息中后跟的字节数目。

ADR区是一个字节，是从站结点(即变频器)的地址。

BCC区是长度为一个字节的校验和，用于检查该信息是否有效。它是该信息中BCC前面所有字节“异或”运算的结果。如果根据校验和的运算结果，表明变频器接收到的信息是无效的，它将丢弃这一信息，并且不向主站发出应答信号。

２）控制字与状态字。PLC通过变频器的PKW区可以读写变频器的参数值，从而改变或了解变频器的工作状态。在本系统中,PLC读出该区的数据，放在特定的数据区中，供工控机查询，查询结果在工控机上显示。

结束语

本系统通过工控机、PLC和变频器的协调工作，完成了所需自动配料任务，系统自2008年5月投入使用以来，每天配料100多吨，完成配方10个左右，不但可实时显示工况，而且可以提供配方修改、增加等功能；实际运行表明，系统运行稳定、可靠，人机界面美观，操作方便，同时系统采用组态软件开发，可以为以后的升级提供便利。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“基于PLC和称重仪表的自动配料系统设计”，作者为田斐、崔世林等。）

相关问答

磁粉离合器的控制端如何连接到工控机上?其连接方式有几种?_...

[最佳回答]也可以将磁粉离合器连接在PLC电源输出端,DC24V,用PLC程序触摸屏来控制!您要是想闭环控制就加张力传感器!变频器也可以控制张力大小有PID动能的,具体...

pc机和工控机有什么不同?-ZOL问答

商业pc的环境较好,所以对它的外部抗尘,防潮,以及防震的要求很低,但是工控机这些方面就好很多。工控机就是工业环境下使用的电脑,工业环境比较恶劣,商业pc时间久...

西门子变频器2u和4u的区别?

体积不同。工控机都是以U为单位,而U都代表着机箱高度标准。1U的标准高度是1.75英寸,也就是4.445厘米。通常有1U,2U,4U,这几种标准的工控机。而2U机箱和4U机...

上位机为PC机，下位机为工控机，下位机如何通过无线网传输数...

[回答]本文设计了以PC机为上位机、AT89C51单片机为下位机,并辅之以传感器、变频器以及相关接口部件的级集散压力控制系统。特点是利用下位机的压力传感器...

上位机(PC机)和下位机(工控机)的不同-ZOL问答

PC主动发送数据,工控机反馈数据,PC就是工控机的上位机,工控机就是PC的下位机,如果反过来,工控机主动发送数据,PC反馈数据,那么工控机就是PC上位机,PC就是工控机...

有谁能回答一下吗:技术好的工控机联系方式，工控机有哪些生...

[回答]宇丰一直以来致力于PLC、变频器和伺服等自动化产品的设计应用,近五年来客户要求不断升级,从而将重心转移到视觉检测、运动控制和机械手等方面。宇丰...

济南变频器维修点哪里有?-一起装修网

[回答]济南变频器维修中心专业维修变频器,一、维修各品牌变频器:*品牌变频器维修:富士变频器维修、安川变频器维修、三菱变频器维修、东芝变频器维修...

各位好基友给推荐推荐哪里有工控机联系电话，工控机使用教程?

[回答]宇丰一直以来致力于PLC、变频器和伺服等自动化产品的设计应用,近五年来客户要求不断升级,从而将重心转移到视觉检测、运动控制和机械手等方面。宇丰...

abb变频器维修点有哪些?_住范儿家装官网

维修项目:变频器伺服驱动器工控机CNCUPSPLC工业CCDI/O接口板逆变焊机工业显示器精密空调工业电源触摸屏编码器实验室仪器及各种电路...

谁知道工控机生产厂家哪个比较可靠?

[回答]去研祥商城看看,上面是研祥自主的工控产品,研祥工控机在国内的市场比较大,很多行业都有用到,他们是上市公司。我上次买了一台研华工控机,感觉挺不...