根據(jù)整廠變頻器的種類，通訊協(xié)議，設(shè)計現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集方案。確定網(wǎng)絡(luò)拓撲，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器集成到獨立的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中。主機SCADA軟件通訊連接現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器，獲取整廠變頻器的當前運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)展現(xiàn)、記錄和報表功能。

引 言
隨著變頻器的廣泛使用，工廠變頻器的維護保養(yǎng)變得越來越重要。采集整廠變頻器運行數(shù)據(jù)是變頻器維護保養(yǎng)的有效手段。但是工廠內(nèi)的變頻器多數(shù)是隨設(shè)備進來的，變頻器種類、型號非常繁雜，要解決整廠變頻器監(jiān)控問題，需要進行整體設(shè)計規(guī)劃，重點解決好現(xiàn)場變頻器數(shù)據(jù)采集的問題。

1.現(xiàn)場變頻器數(shù)據(jù)采集器：
首先設(shè)計數(shù)據(jù)采集器。初級數(shù)據(jù)采集器至少要有一個支持Modbus RTU 或自由協(xié)議的RS485通訊口，用于與現(xiàn)場變頻器通訊，至少要有一個以太網(wǎng)接口，用于與主機通訊；高級數(shù)據(jù)采集器還要有第二獨立以太網(wǎng)口，用于與現(xiàn)場變頻器通訊。

1.1 RS485總線現(xiàn)場變頻器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
一般通用變頻器都有RS485通訊口，如果現(xiàn)場設(shè)備不使用此通訊口，變頻器數(shù)據(jù)采集器就可以利用此端口組成RS485總線網(wǎng)絡(luò)，采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器做RS485網(wǎng)絡(luò)的主站。不過必須限定RS485通訊功能，只能讀取變頻器運行數(shù)據(jù)，不能修改變頻器參數(shù)或發(fā)送控制字改變變頻器的運行狀態(tài)。一條RS485總線經(jīng)典理論認為可以連接32臺變頻器，不過由于RS485通訊速度較慢，再加上現(xiàn)場電磁干擾環(huán)境復(fù)雜，實踐中將最大變頻器數(shù)量限制在10臺左右。
例如在現(xiàn)場自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)采用Profibus-DP現(xiàn)場總線控制方案時，就可以采用RS485總線數(shù)據(jù)采集方案，組成典型的雙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖一所示：
 

圖一、RS485總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

當然，RS485總線的解決方案也同樣適用于自動化系統(tǒng)為數(shù)字量和模擬量輸入輸出的自動控制系統(tǒng)。
RS485總線數(shù)據(jù)采集方案在實施的時候，要求現(xiàn)場接RS485通訊線，設(shè)置變頻器站號、通訊協(xié)議和幀格式等參數(shù)，因此有一定的改造工作量，并對布線的抗干擾性能有較高要求。

1.2 工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場變頻器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
如果客戶現(xiàn)場自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)采用工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，如 PROFINET，Ethernet/IP 等控制變頻器，則可以采用以太網(wǎng)方式的變頻器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因為變頻器的以太網(wǎng)接口通常都支持多個TCP/IP連接，因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并不會干擾原自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

比如西門子G120、S120系列帶PROFINET接口的變頻器，除支持PROFINET通訊之外，還同時支持S7 Communication 的通訊連接，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器可以通過S7 Communication通訊連接采集變頻器運行數(shù)據(jù)；再比如丹佛斯FC300系列帶PROFINET接口的變頻器，除支持PROFINET通訊之外，還同時支持丹佛斯的 EthernetTSC 通訊連接，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器可以通過EthernetTSC通訊連接采集變頻器運行數(shù)據(jù)。
總線型的工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖二所示。

圖二、工業(yè)以太網(wǎng)總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

星形拓撲的工業(yè)以太網(wǎng)變頻器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作原理與上相同，即數(shù)據(jù)采集器使用變頻器自有TCP/IP協(xié)議與變頻器通訊采集運行數(shù)據(jù)，而不干擾原有自動化控制系統(tǒng)。項目實施相對比較簡單，只要將數(shù)據(jù)采集器的以太網(wǎng)線電纜插入現(xiàn)場交換機的空余的以太網(wǎng)接口就可以了。數(shù)據(jù)采集器這方面，出于系統(tǒng)安全考慮，必須有兩個獨立的以太網(wǎng)接口，一個面向現(xiàn)場變頻器，另一個面向中央計算機，兩個以太網(wǎng)接口之間是通訊隔離的，不存在路由或橋接關(guān)系。

1.3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器編程
現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器按變頻器通訊協(xié)議規(guī)范編制通訊程序。監(jiān)控數(shù)據(jù)一般分為兩類，一類是要求更新速率較快的過程數(shù)據(jù)，另一類是更新速度較慢的服務(wù)數(shù)據(jù)。因此通訊輪詢程序要編成快、慢兩個循環(huán)體。讀取過程數(shù)據(jù)放在快速輪詢循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)，此循環(huán)體本體是一個雙循環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為站號循環(huán)，外環(huán)為快讀命令循環(huán)。整個快速輪詢循環(huán)結(jié)束以后，執(zhí)行一個慢速讀命令。慢速輪詢循環(huán)體本體也是一個雙循環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為站號循環(huán)，外環(huán)為慢讀命令循環(huán)。整體程序框圖如圖三。
 

圖三、數(shù)據(jù)采集器程序框圖

根據(jù)現(xiàn)場變頻器的種類和數(shù)量，需要配置多個數(shù)據(jù)采集器，并編制各種不同的程序。

2. 整廠變頻器監(jiān)控系統(tǒng)：
2.1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的中心是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）計算機。監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)將中央計算機與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器連接在一起，網(wǎng)絡(luò)要按整廠設(shè)備分布合理設(shè)計。室內(nèi)環(huán)境，節(jié)點距離小于100m時，可以用5類或超五類的屏蔽以太網(wǎng)電纜布線，但是要注意避開動力電纜，尤其是干擾嚴重的變頻電機電纜。室外布線一般要求用光纜，但是如果已經(jīng)有防水橋架，那么用銅線也可以，防干擾要求同室內(nèi)的。圖四為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)組成的一個實例。

圖四、全廠變頻器數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲實例

2.2 監(jiān)控軟件編程
監(jiān)控軟件市場上有很多種，本文以WinCC為例，說明監(jiān)控軟件的編制過程。
1）    首先建立設(shè)備連接
 

圖五、WinCC建立設(shè)備連接

項目中每一臺設(shè)備，即數(shù)據(jù)采集器都需要建立連接。

2）    建立變量
為每種變頻器建一個結(jié)構(gòu)變量，然后分配地址。建立變量的時候要注意變量的數(shù)據(jù)類型和量程轉(zhuǎn)換。
3）    變量歸檔記錄
需要保存在數(shù)據(jù)庫中，用于歷史數(shù)據(jù)查詢的變量都要建立變量歸檔記錄。
 

圖六、WinCC變量歸檔

4）報警故障記錄
報警記錄為獨立的數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。用WinCC報警記錄功能登記全部報警。
 

圖七、WinCC報警歸檔

5）畫面設(shè)計
畫面設(shè)計首先按照整廠車間布局，制作一級畫面系列；然后在車間畫面內(nèi)，再根據(jù)產(chǎn)線布局，制作二級畫面系列；在產(chǎn)線畫面內(nèi)，變頻器以小圖標方式顯示，只顯示輸出頻率一個過程值，并用顏色表示變頻器的狀態(tài)，綠色表示運行，紅色表示報警。
詳細圖略。

6）單個變頻器運行數(shù)據(jù)監(jiān)控
按變頻器種類編制不同的變頻器運行監(jiān)控子畫面，相同的變頻器使用相同的子畫面。這樣可以大大減少畫面開發(fā)的工作量。雙機變頻器圖標就可以打開此變頻器的運行監(jiān)控子畫面。
 

圖八、變頻器監(jiān)控子畫面

7）巡檢報告
利用WinCC報表功能，定期打印整廠變頻器運行數(shù)據(jù)，生成周或月巡檢報告，存檔備份。

結(jié)束語
使用整廠變頻器監(jiān)控系統(tǒng)以后，可以在監(jiān)控室方便地監(jiān)控、追溯所以的變頻器運行狀況，便于工廠設(shè)備維護人員隨時了解現(xiàn)場變頻器及設(shè)備的工作情況，有利于提前發(fā)現(xiàn)故障，幫助判斷故障成因，最終降低產(chǎn)線故障停機時間。特別是那些以前被自動化系統(tǒng)遺漏的工廠輔助設(shè)備，現(xiàn)在也能納入監(jiān)控范圍了。