CN102323806A - 一种变频器监控平台及其监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变频器监控平台及其监控方法，安装于计算机中，包括前台人机交互模块、核心参数列表和后台通讯模块。前台人机交互模块包括参数列表显示模块、参数设置模块、参数分类模块、参数列表输入输出模块、示波器模块、键盘模块、通讯参数设置模块。核心参数列表包含变频器的参数，用于控制变频器并实时显示其运行状态，并作为连接前台人机交互模块与后台通讯部分的通道。后台通讯部分包括数据结构初始化模块、通信模块、参数监控模块。将配置文件集中进行设置成为核心参数列表，并作为前台人机交互模块与后台通讯部分的通道，对不同的变频器可快速选择对应的配置文件，具备快捷的参数配置能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频器的监控平台。
背景技术
随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的发展，变频器已经广泛地应用于交流电动机的速度控制。由于变频器高效的驱动性能和良好的控制特性，使其在钢铁、化工、纺织、机械电力、造纸等各个行业中被广泛使用。
目前控制变频器有两种方式：一种是通过由数码管或液晶屏显示的简易小键盘监控，该键盘内嵌于变频器中；另一种则是采用通信电缆将计算机与变频器相连，通过计算机上的监控平台直接控制变频器。第一种方式由于小键盘功能有限，因此控制电机极为不便，需耗费大量时间，操作繁琐，效率较低。第二种方式则灵活得多，计算机上的监控平台操作简便，界面友好，同时也可以对电动机的运行情况进行监视、显示、存储和打印。
计算机监控平台与变频器结合就组成了一个变频调速系统，可实现对电机的变频调速。要实现变频器的计算机控制，首先要有完善的计算机监控系统，包括实现计算机与变频器之间的通讯。计算机监控平台一般有两种，一种是用于流水线监控的平台，主要由组态软件开发而成，这种平台一般只针对某一种工业生产过程；另一种是用于变频器初始的调试工作，例如西门子开发的DriveMonitor，这类平台一般只针对某一系列的变频器，不同系列的变频器也会有不同调试平台，例如西门子、ABB等变频器制造商都分别有自己的调试平台，而这些平台相互都不能通用，其中西门子自主开发的调试平台功能非常强大，可实现变频器的变量数字及模拟示波器显示、实时控制、参数存储、参数整体上传下载等多种功能，技术水平远远领先于其他厂商。国内也有很多的变频器制造厂商，但很多都没有相应的计算机调试平台，通常都采用简单的小键盘进行调试操作，费时费力。
在众多计算机调试平台中，对于核心的参数，有两种存储方式，一种是简单的类似文本文件的存储方式，其保密性较差，用户可以任意修改，若使用不当，容易导致变频器和电机故障，严重的还会危及工程人员的人身安全；另一种是采用安全性较高的数据库存储，但首先需要搭建数据库平台，配置繁琐，占用计算机的存储空间也较为惊人。这两种方式在人机交互界面刷新参数的时候速度都相对较慢，需要先从文本文件或数据库中查询到相应参数，然后再读出其参数内容并显示给用户，效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种变频器监控平台及其监控方法，该平台与变频器相连后组成一个高性能的交流电机变频调速系统。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种变频器监控平台，其特征在于：它安装于计算机中，包括前台人机交互模块、核心参数列表和后台通讯模块；
所述的前台人机交互模块包括：参数列表显示模块，用于核心参数列表的显示；参数设置模块，用于设置变频器和电机的参数；参数分类模块，用于显示参数列表的分类；参数列表输入输出模块，用于参数列表的保存、打开、上传、下载及打印；示波器模块，用于显示变频器或电机数据的离线或在线波形；键盘模块，用于快速启动和停止电机，并查看电机基本状态；通讯参数设置模块，用于设置监控平台与变频器通讯所需网络参数，以及开启或断开与变频器的连接；
所述的核心参数列表包含变频器的参数，用于控制变频器并实时显示其运行状态，并作为连接前台人机交互模块与后台通讯部分的通道；
所述的后台通讯部分包括：数据结构初始化模块，用于在程序启动时初始化各种数据结构；通信模块，用于与变频器通信，接收和发送监控报文；参数监控模块，用于将监控命令组织成变频器可理解的完整报文，并将变频器发送来的报文解析成状态信息并存储到核心参数列表中。
按上述方案，所述的核心参数列表采用报表控件制作。
按上述方案，所述的通信模块为USB通讯模块，与变频器通过USB接口连接。
按上述方案，所述的通信模块为RS485串口通信模块；通信模块与变频器通过RS485串口连接。
按上述方案，所述的通信模块与变频器之间增设干扰信号隔离模块。
按上述方案，所述的干扰信号隔离模块为共模电感，共模电感的2个电感分别串联限流电阻。
一种变频器的监控方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1)正确连接变频器、电机和计算机，并开启变频器和计算机监控平台；
2)设置监控平台与变频器通讯所需网络参数并开启监控平台与变频器的连接；
3)参数分类模块读取核心参数列表以获取参数分类信息，并将类别名称通过参数列表显示模块显示给用户；后台通讯部分从核心参数列表中读取数据进行初始化各种数据结构；
4)设置变频器和电机的参数，参数列表输入输出模块与核心参数列表交换信息；
5)参数列表显示模块同时与核心参数列表和后台通信部分交互，它定时向参数监控模块发送数据列表刷新命令，待数据列表刷新后从核心参数列表读取参数信息并显示；
6)示波器模块和键盘模块分别直接与参数监控模块通信，分别定时发送读取参数值的命令，并直接从参数监控模块获取从变频器中返回的参数值，示波器以曲线的形式显示，键盘模块以数字的形式显示；
7)参数监控模块将变频器和电机信息传给核心参数列表，同时接受来自示波器模块和键盘模块的命令；通讯模块只与参数监控模块和变频器交换信息。
按上述方案，所述的核心参数列表采用FlexCell报表控件制作，一行即为一个参数，每一列代表一个属性，当操作一个参数时，预先读取其相应的属性并作出判断，再做出用户指定的符合属性的命令。
按上述方案，所述的参数列表显示模块从核心参数列表读取参数信息并显示时，将报表中不需要显示给用户的列进行隐藏后再显示。
本发明的有益效果为：
1、本发明将配置文件集中进行设置成为核心参数列表，并作为前台人机交互模块与后台通讯部分的通道，对不同的变频器可快速选择对应的配置文件，具备快捷的参数配置能力。
2、同类型的变频器可采用相同的配置文件而无需逐一重新调试，因此调试好一台变频器后，其配置文件可以很方便地用于其它同类型变频器，极大地提高了现场调试的效率。
3、一对多的监控能力：一台计算机可与多台变频器连接，只需增加相应的端口并在相应的模块进行设置即可，提高了监控效率。
4、较小的存储空间、极强的保密性和极高的程序运行效率：核心参数列表采用报表控件制作，普通用户无法编辑该文件，而报表存储的形式比数据库所占用的存储空间要少得多，且无需进行数据库方面的配置，简化了监控平台的安装；而采用整张报表作为存储介质，将其完整显示给用户，对不需要的参数只需将其隐藏即可，免除了查询数据库然后频繁地重新刷新列表的繁琐步骤，极大地提高了程序的运行效率。
5、完备的数据纠错能力：当操作一个参数时，核心参数列表预先读取其相应的属性并作出判断，再做出用户指定的符合属性的命令，形成了数据纠错功能，用于防止用户设置错误参数造成变频器故障甚至损坏，确保整个调试过程的顺利进行。
6、良好的人机互动体验：监控平台在运行的过程中可以与用户进行互动，不同的操作都会有相应的操作界面及提示，有助于用户做出正确的判断，减少了用户操作出错的几率；同时友好的人机界面也简化个各种操作，使其变得更加人性化。
7、良好的平台可移植性：该平台可在多种操作系统环境下运行，这些系统包括Windows2000、Windows XP、Vista和Windows 7，多操作系统支持性使得该平台使用限制更少，对计算机的配置要求也更低，有助于降低成本。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构框图。
图2为干扰信号隔离模块原理图。
具体实施方式
图1为本发明一实施例的结构框图，它安装于计算机中，包括前台人机交互模块、核心参数列表和后台通讯模块。本发明的开发环境为Microsoft Visual Studio 2008。
所述的前台人机交互模块包括：参数列表显示模块，用于核心参数列表的显示；参数设置模块，用于设置变频器和电机的参数；参数分类模块，用于显示参数列表的分类；参数列表输入输出模块，用于参数列表的保存、打开、上传、下载及打印；示波器模块，用于显示变频器或电机数据的离线或在线波形；键盘模块，用于快速启动和停止电机，并查看电机基本状态；通讯参数设置模块，用于设置监控平台与变频器通讯所需网络参数，以及开启或断开与变频器的连接。
所述的核心参数列表包含变频器的参数，用于控制变频器并实时显示其运行状态，并作为连接前台人机交互模块与后台通讯部分的通道。
所述的后台通讯部分包括：数据结构初始化模块，用于在程序启动时初始化各种数据结构；通信模块，用于与变频器通信，接收和发送监控报文；参数监控模块，用于将监控命令组织成变频器可理解的完整报文，并将变频器发送来的报文解析成状态信息并存储到核心参数列表中。
图中箭头方向标示了模块间的信号流向。前台部分的参数列表显示模块、参数分类模块和参数列表输入输出模块只与核心参数列表交换信息，参数分类模块在程序刚启动时读取一次核心参数列表以获取参数分类信息，并将类别名称显示给用户，此后便无需再做更新；参数列表输入输出模块则在打开、保存、打印参数列表时读取核心参数列表并做相应操作；参数列表显示模块同时与核心参数列表和后台通信部分交互，它定时向后台的参数监控模块发送数据列表刷新命令，待数据列表刷新后从核心参数列表读取参数信息并显示给用户参数设置模块用于设置人机交互界面，如打印机参数、窗口显示状态等，无需与其他模块通信；通信参数设置模块主要用于设置后台通信模块的一些参数，对于串口而言需设置其端口号、波特率等；示波器模块和键盘模块则直接与后台的参数监控模块通信，这两个模块都是定时发送读取参数值的命令，并直接从参数监控模块获取从变频器中返回的参数值，示波器以曲线的形式显示，而小键盘则以数字的形式显示。后台部分的数据结构初始化模块只与核心参数列表交换信息，而参数监控模块则将变频器和电机信息传给核心参数列表，同时接受来自前台部分的监控命令，通讯模块则只与参数监控模块和干扰信号隔离模块交换信息。
核心参数列表采用FlexCell报表控件制作。采用类似数据库的布局方式，一行即为一个参数，每一列代表一个属性，当操作一个参数时，需预先读取其相应的属性并作出判断(如上下限、是否能修改等)，之后再做出用户指定的符合各项属性的操作命令。如果用户的命令与属性相冲突，则会提示操作错误并要求用户重新设置。核心参数列表显示给用户时无需显示所有属性信息，只需将部分用户需要了解的属性显示出来即可，其实现方式很简单，只需将报表中不需要显示给用户的列隐藏即可(把其宽度设置为0)。
本发明的监控平台主界面可分为7个显示部分：1)命令菜单栏；2)参数列表标签栏，显示打开的参数配置文件名；3)参数分类列表显示栏；4)核心参数列表；5)示波器模块；6)键盘模块；7)连线状态及故障码显示栏。
命令菜单栏包含所有命令，如打印、参数设置、参数上传下载等。在打印参数时，采用的是“所见即所得”方式，即打印出的参数即为核心参数列表显示的参数列表，如核心参数列表显示的只有某一分类的参数，则打印出来的也即为该分类的参数。采用这种方式使得参数的打印更为灵活，可自由选择需要打印的参数。如需将变频器内部当前数据上传到参数列表显示出来，或将当前列表的参数下载到变频器中去，则可在断线状态下，使用上传或下载命令，采用参数的整体上传下载方式，可将一台已调试好的变频器参数直接下载到其他相同型号的变频器中去，极大地提高了变频器的调试效率。
参数列表标签栏用于显示打开的配置文件名，点击配置文件名标签可快速切换至相应的配置文件界面。
参数分类列表显示栏属于参数分类模块，点击该模块中的子分类可使核心参数列表界面只显示所选分类中的参数，其余参数全部隐藏(即将行高度设置为0)。在查看或设置变频器参数时，往往只需设定一小部分参数，可使用自由参数列表功能。点击要单独查看的功能码“free look”列，使得方框内处于勾选状态，然后点击左边树形列表中的“Freeparameterization”，则可查看单独勾选出来的参数，如果要删除某一单独勾选出的参数，只需再次点击该参数“free look”栏，或在“Free parameterization”状态下选中要删除的功能码然后按“delete”键。。
核心参数列表中参数列表中的各种参数依据修改属性的不同可分为三种类别，第一种是不可修改的只读参数，用于读取变频器和电机状态值，第二种是用户可以修改的，第三种是厂家参数，只能由厂家设计人员设定，三种参数根据具体情况分为多个子类别，不同类别的参数都以不同的颜色加以区分，使用户对各参数的类别一目了然。核心参数列表实际是核心参数报表的映射，即核心参数列表实际是在程序启动后一直驻留于内存中的，参数列表界面只是定时读取该内存报表并显示给用户，而后台部分也只是定时往这个内存报表中存储数据。在参数列表模块刷新显示数据的时候采用了整体刷新技术，即先在内存报表中修改值，然后将内存中的报表一次性显示出来，而不是像西门子的DriveMonitor一样逐个参数刷新，用户就能一次看到全屏数据的刷新，缩短用户等待时间，提高了监控效率。若想查看某一编号的参数，可直接在键盘上输入该参数的编号值，如想查看r0079号参数，则在键盘上用数字键直接输入“79”，参数列表即可显示出r0079参数。当连接上变频器后，双击参数列表中的可修改参数，可弹出参数设置对话框，即参数设置模块。
示波器模块可同时监控变频器中5个变量的波形，其监控方式分在线式和离线式。在线式是在变频器运行过程中监视变频器变量的实时波形，利于用户作出及时调整；离线式即让变频器自动启动并采集数据，当单条波形的数据点达到3000个或达到触发条件时自动停机并显示波形，DriveMonitor采用的就是离线式示波器。示波器可以实现波形数据点的精确定位、波形局部缩放、波形整体移动、坐标轴缩放、坐标线定位等功能，还可以将采集到的波形以txt文件保存为坐标点，或者直接保存成bmp的波形图片。在线模式下，只要计算机的内存足够大，则示波器可作为录波仪使用，采集很长一段时间内的数据点供用户分析。
键盘模块是停靠窗口，可以任意拖动。采用小键盘可以提高调试电机的效率，还可知道完整的出错信息，便于用户作出正确的判断，在出现故障后可快速清除故障。
通信模块可以为RS485串口和/或USB通讯模块，与变频器通过USB接口或RS485串口连接。在计算机与变频器的通信中，USB接口通信相对稳定，若采用RS485串口通信，而现场环境有电磁干扰或驱动的电机功率过大，通常会在通讯线上产生共模干扰信号，造成通信不畅甚至无法通信。在通讯通道环节增加一个干扰信号隔离模块，可有效地消除通信干扰，保障整个系统的正常运行。干扰信号隔离模块如图2所示，采用共模电感，共模电感的2个电感分别串联限流电阻。电感及限流电阻的值需根据现场实际情况反复测试获得，若无法通信，可适当加大限流电阻的阻值和共模电感的阻抗，注意限流电阻不能过大，否则信号衰减过度也会导致通信中断。
变频器的监控方法包括以下步骤：
1)正确连接变频器、电机和计算机，并开启变频器和计算机监控平台。
2)设置监控平台与变频器通讯所需网络参数并开启监控平台与变频器的连接；断线时间、自动重连、重试次数等可采用默认设置，通信方式如选择USB通信则需选择端口，选择RS485串口通信则需设置波特率和端口号。
3)参数分类模块读取核心参数列表以获取参数分类信息，并将类别名称通过参数列表显示模块显示给用户；后台通讯部分从核心参数列表中读取数据进行初始化各种数据结构。
4)设置变频器和电机的参数，参数列表输入输出模块与核心参数列表交换信息；变频器参数如变频器功率、载波频率、PI值等；电机相关参数如电机额定功率、额定电压、额定电流、电机控制模式(开环、闭环、V/f控制)、电机目标速度等。
5)参数列表显示模块同时与核心参数列表和后台通信部分交互，它定时向参数监控模块发送数据列表刷新命令，待数据列表刷新后从核心参数列表读取参数信息并显示；
6)示波器模块和键盘模块分别直接与参数监控模块通信，分别定时发送读取参数值的命令，并直接从参数监控模块获取从变频器中返回的参数值，示波器以曲线的形式显示，键盘模块以数字的形式显示。需注意的是，采用离线式观察示波器图形需先使电动机停止转动。
7)参数监控模块将变频器和电机信息传给核心参数列表，同时接受来自示波器模块和键盘模块的命令；通讯模块只与参数监控模块和变频器交换信息。
Claims (9)
1.一种变频器监控平台，其特征在于：它安装于计算机中，包括前台人机交互模块、核心参数列表和后台通讯模块；
所述的前台人机交互模块包括：参数列表显示模块，用于核心参数列表的显示；参数设置模块，用于设置变频器和电机的参数；参数分类模块，用于显示参数列表的分类；参数列表输入输出模块，用于参数列表的保存、打开、上传、下载及打印；示波器模块，用于显示变频器或电机数据的离线或在线波形；键盘模块，用于快速启动和停止电机，并查看电机基本状态；通讯参数设置模块，用于设置监控平台与变频器通讯所需网络参数，以及开启或断开与变频器的连接；
所述的核心参数列表包含变频器的参数，用于控制变频器并实时显示其运行状态，并作为连接前台人机交互模块与后台通讯部分的通道；
所述的后台通讯部分包括：数据结构初始化模块，用于在程序启动时初始化各种数据结构；通信模块，用于与变频器通信，接收和发送监控报文；参数监控模块，用于将监控命令组织成变频器可理解的完整报文，并将变频器发送来的报文解析成状态信息并存储到核心参数列表中。
2.根据权利要求1所述的变频器监控平台，其特征在于：所述的核心参数列表采用报表控件制作。
3.根据权利要求1或2所述的变频器监控平台，其特征在于：所述的通信模块为USB通讯模块，与变频器通过USB接口连接。
4.根据权利要求1或2所述的变频器监控平台，其特征在于：所述的通信模块为RS485串口通信模块；通信模块与变频器通过RS485串口连接。
5.根据权利要求4所述的变频器监控平台，其特征在于：所述的通信模块与变频器之间增设干扰信号隔离模块。
6.根据权利要求5所述的变频器监控平台，其特征在于：所述的干扰信号隔离模块为共模电感，共模电感的2个电感分别串联限流电阻。
7.一种变频器的监控方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1）正确连接变频器、电机和计算机，并开启变频器和计算机监控平台；
2）设置监控平台与变频器通讯所需网络参数并开启监控平台与变频器的连接；
3）参数分类模块读取核心参数列表以获取参数分类信息，并将类别名称通过参数列表显示模块显示给用户；后台通讯部分从核心参数列表中读取数据进行初始化各种数据结构；
4）设置变频器和电机的参数，参数列表输入输出模块与核心参数列表交换信息；
5）参数列表显示模块同时与核心参数列表和后台通信部分交互，它定时向参数监控模块发送数据列表刷新命令，待数据列表刷新后从核心参数列表读取参数信息并显示；
6）示波器模块和键盘模块分别直接与参数监控模块通信，分别定时发送读取参数值的命令，并直接从参数监控模块获取从变频器中返回的参数值，示波器以曲线的形式显示，键盘模块以数字的形式显示；
7）参数监控模块将变频器和电机信息传给核心参数列表，同时接受来自示波器模块和键盘模块的命令；通讯模块只与参数监控模块和变频器交换信息。
8.根据权利要求7所述的变频器的监控方法，其特征在于：所述的核心参数列表采用报表控件制作，一行即为一个参数，每一列代表一个属性，当操作一个参数时，预先读取其相应的属性并作出判断，再做出用户指定的符合属性的命令。
9.根据权利要求8所述的变频器的监控方法，其特征在于：所述的参数列表显示模块从核心参数列表读取参数信息并显示时，将报表中不需要显示给用户的列进行隐藏后再显示。
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