基于组态软件的变频器状态监控设计
4 变频器监控系统要求
4.1 监控系统技术要求
（1） 要求监控系统保证各项监测数据的实时准确可靠，减少人为因素影响，提供可靠现场数据支持;
（2） 要有良好的可维护性，能够方便地维护系统的正常运行; （3） 能提供友好的人机交互界面，方便现场人员操作; （4） 能提供对实时数据的数据处理和历史数据管理功能;
（5） 能提供灵活的接口，为用户提供良好的二次开发功能并能与其他管理信息系统进行信息融合。
4.2 监控系统具体要求
（1） 信号采集和数据处理： 对来自现场的非标准信号数据通过组态软件转换成标准信号。
（2） 状态显示：将变频器启动、停止、就绪、合闸、接通、运转、旁通、告警、外控等状态通过组态软件动态的显示于监控画面上，具有实时、动态效果。 （3） 监控操作： 对频率、温度、电流、电压、风压等进行自动实时监测。 （4） 操作画面：在操作画面上可查询装置的电压、电流、功率、温度等实时和历史数据，还可查询实时、历史曲线和设备状态并可按要求设定和打印出实时报表和历史报表。
5 变频器监控系统的硬件组成
变频器监控系统主要由工业人机界面、打印机、变频控制柜（主要包括模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、光纤触发模块、ups电源和一些通讯电缆等）、plc组成，其画面如图2
所示。作为工业人机界面监控中心，将变频器所有的运行数据和参数利用串行口通讯方式（rs-485），经屏蔽双绞线送到工业人机界面中，在人机界面上进行实时显示；也可下达指令来控制变频器的启动、停止、复位等。这样就完成了对所有数据的采集传输及命令传送，同时，也可完成管理级功能，如局域网的管理任务、形成管理工业人机界面部门所需数据的记录报表、统计报表等。 各部分说明如下。
（1）变频控制柜，是整个系统的控制核心，具有高可靠性、低噪声、高节能、保护功能完善，内建rs-485串行通信接口，且rs-485串行通信协议对用户公开等特点。
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（2）plc作为辅助控制单元，也是比较重要的部分，选用西门子s7-200。利用其通信指令编写程序，然后下载到plc，把它和工业人机界面串行通信接口相连接，可实现对plc设备的实时控制与指示。
（3）人机界面采用北京昆仑通态的tpc1063e，彩色10.4in。
（4）rs-485串行通信方式，rs-485采用平衡发送接收方式，它具有传输距离长、抗干扰能力强和多站能力的优点。
6 人机界面的特点功能与画面设计
6.1 人机界面的特点
人机界面是新一代高科技可编程终端，具备与各品牌plc连线监控能力，适于在恶劣的工业环境中应用，可代替普通工控计算机。其主要特点有： （1）画面容量大，画面规划简单；
（2）全中文操作软件，适用于windows95/98/nt等环境，指令丰富，编程简单；
（3）交互性好，抗干扰能力强，通信可靠性高；
（4）自动化程度高，操作简单方便、故障率低、寿命长、维修量少。 6.2人机界面的主要功能
（1）设计者可根据需要编辑出各种画面，实时显示设备状态或系统的操作指示信息；
（2）人机界面上的触摸按键可产生相应的开关信号，或输入数值、字符给plc等设备进行数据交换，从而产生相应的动作，控制设备的运行；
（3）可多幅画面重叠或切换显示，显示文字、数字、图形、字符串、警报信息、动作流程、统计资料、历史记录、趋势图、简易报表等； （4）支持密码和用户程序保护功能。 6.3人机界面的画面设计
本系统人机界面所有画面均由mcgs全中文组态软件进行设计，有主画面、参数设定、曲线画面、历史数据、报警记录和帮助等画面，经mcgs软件编译无
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误后，从个人电脑中下载到人机界面即可使用。人机界面与变频控制柜之间通过rs-232方式进行连接，与plc之间通过rs-485方式进行连接。由控制柜对人机界面进行读写操作，从而实现了对变频器的操作以及变频器状态的显示。plc读人机界面状态显示区中的数据，得到当前设备运行和报警的情况，从而做出相应的处4.3.1 系统的组态 具体组态过程如下：
（1）用户窗口组态：设置工程的人机交互界面，如系统的主控界面、动画、报表、趋势曲线等。
（2）主控窗口组态：本窗口为工程主窗口。用户窗口组态完成后，在主控窗口中，通过对系统菜单和参数的定义和设置来调度、管理用户窗口的打开或关闭。
（3）实时数据库组态：工程组态各数据交换处理的核心部分，将mcgs的各部分有机地连成一体。根据设计的要求，在mcgs的实时数据库窗口中对创建数据对象的基本属性、存盘属性、报警属性等进行定义和设置。
（4）设备构件组态：这是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。在基本属性中设置plc的地址和通信方式等；在通道连接窗口中，输入通道和实时数据库中的数据对象连接起来；添加虚拟通道，用于连接可在线调整的系统参数；在数据处理窗口，设置数据处理方法，如滤波、工程转换（即把采集进来的数据或输出的数据转换为具有实际意义的工程数据），即通过在设备窗口中对数据的预处理便可得到所需要的数据类型。
（5）运行策略组态：完成工程运行流程的控制。根据运行策略的不同作用和功能，mcgs把运行策略分为启动策略、退出策略、循环策略、用户策略、报警策略、事件策略、热键策略共7种，每种策略都由一系列功能模块组成。由于该系统侧重于现场数据的时实监控和统计查询功能，根据系统的控制流程和操作处理，在mcgs的运行策略窗口中，对以上运行策略分别进行组态设置，如在用户策略中，利用策略工具箱添加脚本构件、存盘数据提取构件等，以实现所需的功能。
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图2 变频器监控系统组成示意图。
6.4 监控系统软件组态
软件组态部分完成监控系统与操作人员间的交互界面，是实现对整个系统的监视、控制、调度和管理的核心。人机界面分为两部分，一部分是用于日常监视、系统参数设置的主界面，另一部分是用于指示、管理非日常监视信息，如各种报表、曲线及趋势图、历史记录等的子界面。
（1）主控窗口
组态软件运行后，点击公司信息图片后，即进入变频器系统监控主界面。在主界面的上方有一排指示灯，用于指示变频器系统状态，左下方有一个报警描述状态栏，用于显示变频器当前所有报警信息，右侧的数据显示栏用于显示频率、定子电压、定子电流、压力等实时数据，并可实时监控设备工作状态，实现全生产过程实时管理。高压变频器运行状态十分重要，而监控系统的建立为管理部门提供的实时动态信息，能有效地帮助值班人员及时了解设备工作状态。 在主画面的最下方有四个按钮可用来显示本监控系统的其他功能：系统参数设置、实时曲线显示、历史数据列表、报警记录查看，当按下相应的按钮后，即进入到其对应的画面中。 其画面如图3所示。
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图3 监控主画面
（2）参数设置功能
当按下参数设置按钮后，会弹出用户登录对话框，其画面如图4所示。只有输入正确的密码才能进入该画面进行设置，可设八组密码，三种等级（level1，2，3），使用者等级1有最高操作权限，使用者等级3为最低操作权限，这样可有效防止非专业人员误操作。该画面主要用于设置变频装置的所有参数，操作人员可以按“参数表”按钮，来查看相应参数的具体用途。 （3）曲线功能
当按下曲线按钮后，进入曲线画面，其画面如图5所示。它能对指定的各监控量进行自动检测，包括反映实时运行状态的电流、电压、频率、功率因数等各种数据画面，方便地提供了指定参数的实时监测曲线。通过比较当前和历史趋势曲线，特别是结合装备安全运行的多参数模型，可以及早报告故障隐患。
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