Концепция системы мониторинга и управления асинхронным двигателем

Структурная схема системы представлена в графической части. Частотный преобразователь имеет множество регистров. Каждый регистр (или несколько регистров) отвечает за определенную функцию и хранит в себе значение параметра, например регистр 1-20 хранит в себе номинальное значение напряжения двигателя и участвует в формировании математической модели подключенного двигателя. В регистры можно записывать значение параметров, либо считывать их. В некоторые регистры нельзя записывать значение, а можно только считывать их, например это регистры, отображающие текущие состояние двигателя: слово состояния, напряжение, ток и частота двигателя. Исходя из значений параметров, заложенных в регистры, частотный преобразователь формирует управляющие сигналы и посылает их на двигатель, кроме этого частотный преобразователь считывает некоторые параметры двигателя и записывает их в соответствующие регистры.

Так как частотный преобразователь соединен с ПК при помощи интерфейса RS-485, мы имеем возможность удаленно осуществлять мониторинг состояния двигателя и формировать управляющее воздействия. Другими словами мы можем считывать значение параметров из регистров, а так же осуществлять запись. Для этого мы пользуемся открытым коммуникационным протоколом Modbus, а именно стандартом Modbus RTU, который поддерживает данным частотным преобразователем. ПК является устройством-ведущим (master), преобразователь – ведомым-устройством (slave). Master осуществляет опрос устройства slave c определенным интервалом времени, например раз в секунду. Данная технология широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232.

Так как LabVIEW содержит множество библиотек для создания программ, она способна работать с протоколом Modbus напрямую, без использования стороннего программного обеспечения, так как имеется готовая библиотека компонентов. Используя эту и другие библиотеки LabVIEW, мы имеем возможность построить пользовательский интерфейс, который позволит осуществлять отображение состояния двигателя и формировать управляющие воздействия.

Примеры опроса регистров

В данной главе будут приведены примеры считывания из регистров и записи в них определенных значений.

1. Управление двигателем (пример записи):

Управление двигателем осуществляется с помощью регистра командного слова, имеющим адрес 49999 в десятичной системе счисления. Этот регистр состоит из 16 битов, каждый отвечает за определённую функцию. Ниже представлена таблица, в которой указаны эти функции.

Таблица 14. Биты командного слова.

Бит	Логическое состояние бита
	Предустановленное задание, младший бит
	Предустановленное задание, старший бит
	Торможение постоянным током	Нет торможения постоянным током
	Останов выбегом	Нет останова выбегом
	Быстрый останов	Нет быстрого останова
	Фиксация частоты	Нет фиксации частоты
	Останов с замедлением	Пуск
	Нет сброса	Сброс

Продолжение таблицы 14.

	Работа по заданию	Фиксированная частота
	Изменение скорости 1	Изменение скорости 2
	Данные недействительны	Данные действительны
	Реле 1 выключено	Реле 1 включено
12-13	Не используются
	Активен НАБОР1	Активен НАБОР2
	Нет реверса	Реверс

Следовательно, изменяя значение нужных битов можно получать различные командные слова. Командные слова задаются в десятичной системе счисления. Ниже приведены примеры:

а) 0000010001111100₂= 1148₁₀ – пуск двигателя в прямом направлении;

б) 1000010001111100₂=33916₁₀ – пуск двигателя в обратном направлении;

в) 1000010000101000₂=33832₁₀ – быстрый останов;

г) 1000010000110000₂=33840₁₀ – останов свободным выбегом;

и т. д.

За задание частоты отвечает другой регистр, имеющий адрес 50009. Частота задается десятичным числом от 0 до 16384.

На рисунке ниже представлена реализация схемы задания командного слова, частоты и места управления (цифровое задание, задание с помощью командного слова, либо комбинированное). Перед опросом регистров необходимо проинициализировать порт, то есть необходимо задать: имя порта, стандарт Modbus, скорость передачи, контроль четности, скорость опроса, а также таймаут. После этого используется специальная функция из библиотеки Modbus, в ней указывается адрес регистра, данные, которые необходимо записать, информация о порте, а так же информация об устройстве, куда нужно выполнить запись (его адрес и стандарт Modbus). Параметры в регистре хранятся в виде массива, то есть перед записью необходимо выбрать преобразование данных.

 

Рис. 9 – Схема записи данных в регистры.

2. Слово состояния (пример считывания):

Слово состояния – особый регистр, который хранит текущее состояние электропривода. Он имеет адрес 500199 в десятичной системе счисления. Как и регистр командного слова, он состоит из нескольких бит, каждый из которых отвечает за определенную функцию. Ниже представлена таблица, в которой указаны эти функции.

Таблица 15. Биты слова состояния.

Бит	Логическое состояние бита
	Управление не готово	Готовность к управлению
	Привод не готов	Привод готов
	Останов выбегом	Нет останова выбегом
	Нет аварийного сигнала	Аварийный сигнал
4-6	Не используются
	Нет предупреждения	Предупреждение
	Не на задании (например, разгон)	На задании
	Ручной режим	автоматический режим
	Вне частотного диапазона	В частотном диапазоне
	Остановлен	Работа
	Не используется

Продолжение таблицы 15.

	Нет предупреждения о напряжении	Предупреждение о напряжении
	Не на пределе по току	Предел по току
	Нет предупреждения о перегреве	Предупреждение о перегреве

При изменении состояния привода регистр состояния меняет свое значение. Это можно отследить с помощью считывания данных из регистра.

Схема считывания данных из регистра представлена ниже. Как и в случаи записи, необходимо проинициализировать порт, далее выбирается специальная функция из библиотеки Modbus. В ней указывается начальный адрес регистра, количество регистров, которые необходимо считать (некоторые параметры, например частота, хранятся в нескольких регистрах). Для правильного отображения данных необходимо выполнить преобразование, так как, в некоторых параметрах по умолчанию смещено положение десятичной точки, для того чтобы осуществлять передачу в формате регистра, например значение регистра 16-13, равное 504, указывает на частоту привода 50,4 Гц. В случаи со словом состояния его удобно преобразовать в логический массив для более понятно отображения данных.

Рис. 10 – Схема считывания данных из регистров.

Для того чтобы определить адрес нужного нам регистра необходимо воспользоваться простым правилом: Адрес соответствующего регистра определяется по номеру параметра в ПЧВ3 по следующей формуле:

АДРЕС = НОМЕР _ РЕГИСТРА х НОМЕР _ ПАРАМЕТРАх10 -1

Заключение

В ходе курсового проекта проведен детальный расчет регулируемого электропривода производственной установки с двигателем переменного тока в системе ПЧ-АД. Произведены все необходимые вычисления, а так же построены требуемые характеристики. Получены навыки анализа данных о режимах нагрузки, построения нагрузочных диаграмм механизма, оценки энергетических показателей спроектированной системы, выбора электрических машин и преобразовательных устройств с учетом требований технологического процесса.

Описана разработка концепции системы мониторинга состояния и управления асинхронным двигателем на базе частотного преобразователя ОВЕН ПЧВ3 и графической среды разработки LabVIEW. Описан принцип построения программного продукта, технология работы с данными, принцип адресации регистров.

 

Список литературы

1. Д. А. Даденков, Методическое руководство к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электрический привод», Пермь 2016 г. – 48с.

2. Н. Т. Мазунин, Методика пособие расчетов характеристик и параметров

электромеханических систем, Пермь 2000 г. – 30 с.

3. Д. А. Даденков, Электрический привод. Конспект лекций для студентов, Пермь 2016 г. – 131с.

4. А.Ю. Чернышев, Н.В. Кояин. Проектирование электрических приводов: Учебно - метод. пособие. - Томск: Издательство ТПУ, 2005. - 120 с.

5. Р.Ф. Бекишев, Ю.Н. Дементьев. Общий курс электропривода: Учебное пособие. - Томск: Издательство НИ ТПУ, 2010. - 302с.

6. [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/

7. [Электронный ресурс]. – URL: https:// www.owen.ru/

 

 

Графическая часть