1、力控組態軟件課程設計報告書 河南工學院自動控制系 組態軟件及應用課程設計報告 題目：變頻器狀態監控設計系 部: 自動控制系 專 業: 生產過程自動化 班 級: 姓 名: 學 號: 指導老師: 白敬彩 成 績: 二零一六年六月二十日目錄一、 系統總體方案設計11.1設計要求11.2系統工作原理1二、系統硬件設計22.1PLC選型22.2變頻器選型32.3步進電機選型5三、系統軟件設計63.1力控軟件簡介63.2界面組態83.3I/O設備組態103.4數據庫組態103.5動畫連接113.6電機正轉指示向導 11四、結論11 1、 系統總體方案設計1.1設計要求 利用組態軟件監控變頻器的運

2、行狀態并實現對變頻器的操作，并實現故障追憶、故障報警和報表功能。監控系統要求（1） 要求監控系統保證各項監測數據的實時準確可靠，減少人為因素影響，提供可靠現場數據支持;（2） 要有良好的可維護性，能夠方便地維護系統的正常運行;（3） 能提供友好的人機交互界面，方便現場人員操作;（4） 能提供對實時數據的數據處理和歷史數據管理功能;（5） 能提供靈活的接口，為用戶提供良好的二次開發功能并能與其他管理信息系統進行信息融合。具體要求（1） 信號采集和數據處理： 對來自現場的非標準信號數據通過組態軟件轉換成標準信號。（2） 狀態顯示：將變頻器啟動、停止、就緒、合閘、接通、運轉、旁通、告警、外控等狀態通

3、過組態軟件動態的顯示于監控畫面上，具有實時、動態效果。（3） 監控操作： 對頻率、溫度、電流、電壓、風壓等進行自動實時監測。（4） 操作畫面：在操作畫面上可查詢裝置的電壓、電流、功率、溫度等實時和歷史數據，還可查詢實時、歷史曲線和設備狀態并可按要求設定和打印出實時報表和歷史報表。 1.2系統工作原理通過力控組態軟件界面設計的動畫和按鍵以及參數的設置，來控制步進電 圖1 步進電機與PLC的接線啟動、停止、正反轉等基本動作，同時還要實現對步進電機的監控和報警。通過力控組態軟件和PLC和步進電機的結合來完成這次試驗。二、系統硬件設計2.1PLC選型在PLC系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就

4、是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統，PLC的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。PLC的選

5、型要考慮一下幾點：（1）.輸入輸出（I/O）點數的估算。I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。（2）. 存儲器容量的估算。存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有

6、固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的1015倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量。（3）. 控制功能的選擇。控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。（4）. 編程功能。3 離線編程方式：PLC和編程器

7、公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。

8、選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。所以通過以上要求選擇匯H2u-1616MT-XP型號的PLC。2.2變頻器選型（1）、根據電機實際工作電流選擇變頻器電機實際工作電流是變頻器選型最關鍵的因素，變頻器在長時間工作時必須滿足變頻器輸出電流大于電機實際工作電流。項目中通常先選電機，再根據電機選變頻器。電機實際工作電流并不是電機銘牌上標注的額定電流，變頻器選型時應先熟悉工況，初步估算出電機的工作電流與隨時間變化的關系，然后才確定相對應變頻器的型號。變頻器拖動恒轉矩負載電機，以電機額定電流為依據選擇變頻器

9、。變頻器拖動風機、泵類負載的電機，以電機額定電流為依據選擇變頻器。時常短時間過載運行的電機，需要計算過載周期及過載電流。 變頻器拖動這類型負載的電機，要求變頻器最大輸出電流Imax大于電機峰值電流，且變頻器的參數I2t在自身所允許的范圍之內，變頻器選型時有可能放大一檔或幾檔來才能滿足現場需求。現以10kW、20A額定電流電機舉例：假如電機間歇性工作，1秒內過載運行時峰值電流為40A（額定電流2倍），之后停止運行20秒。此時選型就要用到變頻器過載曲線：首先將電機電流隨時間變化的曲線出來，其次看變頻器的輸出電流曲線能否覆蓋電機電流曲線（即變頻器輸出電流超過電機實是否際工作電流），只有變頻器輸出電流

10、曲線覆蓋電機電流曲線的變頻器型號才適用于重載負荷的電機。能對于重載變頻器選型，往往有一些經驗數據可以參考。（2）、變頻器選型應充分考慮環境對變頻器的影響首先確認變頻器的安裝環境；  環境溫度。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內部易出現結露現象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較重，如果溫度變化大的話，這個問題會比較突出。.腐蝕性氣體。使用環境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不

11、良。淮安熱電就出現這樣的問題。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內電磁開關之類產生振動的元器件。設備運行一段時間后，應對其進行檢查和維護。電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內儀表和電子系統，應該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統無法工作，導致控制單元失靈或損壞。<1> 溫度變頻器的影響 變頻器選型時要

12、考慮到使用環境溫度一般在-1040，工作環境的溫度如果高于40的情況下，每升高1，變頻器應降額5使用；工作環境的溫度每升10,那么變頻器的壽命就會減半，所以周圍環境及變頻器散熱的問題一定要解決好。<2> 濕度對變頻器的影響 給變頻器選型時，若在濕度低于90的環境中工作，空氣的相對濕度小于或等于90，無結露。濕度若太高且濕度變化比較大的時候，變頻器的內部比較容易出現結露現象，那么絕緣性能就會大幅度降低，甚至會引發短路。必要時，必須在箱中增加干燥劑或加熱器。<3>海拔高度對變頻器的影響 變頻器安裝在海拔高度在1000m以下可以輸出額定功率。當海拔高度超過了1000m，其輸出

13、功率會呈下降。<4> 粉塵對變頻器的影響 在有金屬導電性粉塵的場合，不宜安裝變頻器。因為導電性粉塵會侵入變頻器的內部，容易導致變頻器的內部線路短路，嚴重情況下會燒毀變頻器。在變頻器選型時一定要想到這一點。 （3）、變頻器進線電源選擇 常用的電壓為單相交流電220V、三相交流電220V、三相交流電380V和三相交流電690V。進線電源由既有的上游變壓器電壓等級決定，在變頻器選型初期就應明確。電壓等級大小決定著電機接線盒的接線方式的不同。星形接法比三角接法有更高的耐壓能力和更小的工作電流。進線電源頻率一般在50Hz，變頻器對進線頻率的波動有比較高的承受能力，變頻器二極管整流橋

14、對頻率不敏感。（4）、正確選用變頻器冷卻方式 常見的1000VAC以下低壓變頻器，多為內部風冷。在大功率變頻器的成組傳動時，變頻器散熱風機的工作噪音很大。在必要的情況下，可以選用水冷系列變頻器。通用低壓變頻器選型步驟在變頻器選型時候，可以按照以下的六個步驟進行：、明確設備的工作運行方式、容量及負載類型、明確設備的工藝、性能指標及控制要求、確定內部系統的組建方式、I/O接口、通信接口等、對各項性能指標和要求進行歸納、對歸納后的結果進行技術咨詢或直接進行招標、對變頻器性能、變頻器使用壽命、變頻器價格、變頻器服務進行綜 根據以上選型的要求，所以這次試驗選擇匯川的變頻器。2.3步進電機選型步進電機是一

15、種作為控制用的特種電機，它的旋轉是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差(精度為百分之100)，所以廣泛應用于各種開環控制。步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動，這種裝置就是步進電機驅動器，它是把控制系統發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，或者說：控制系統每發一個脈沖信號，通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。所以步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。

16、 為了讓更多的用戶了解步進電機及步進電機驅動器，選擇到最適合自己使用要求的步進電機和步進電機驅動器，特將有關選型原則介紹如下：(僅供參考)。  <1> 首先確定步進電機拖動負載所需要的扭矩。最簡單的方法是在負載軸上加一杠桿，用彈簧秤拉動杠桿，拉力乘以力臂長度既是負載力矩。或者根據負載特性從理論上計算出來。由于步進電機是控制類電機，所以目前常用步進電機的最大力矩不超過 45Nm ，力矩越大，成本越高，如果您所選擇的電機力矩較大或超過此范圍，可以考慮加配減速裝置。  <2> 確定步進電機的最高運行轉速。轉速指標在步進電機的選取時至關重要，步進電

17、機的特性是隨著電機轉速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數有關，如 : 驅動器的驅動電壓、電機的相電流、電機的相電感、電機大小等等，一般的規律是：驅動電壓越高，力矩下降越慢；電機的相電流越大，力矩下降越慢。在設計方案時，應使電機的轉速控制在 1500轉/分或1000轉/分，當然這樣說很不規范,可以參考矩 - 頻特性。 <3> 根據負載最大力矩和最高轉速這兩個重要指標，再參考矩 - 頻特性，就可以選擇出適合自己的步進電機。如果您認為自己選出的電機太大，可以考慮加配減速裝置，這樣可以節約成本，也可以使您的設計更靈活。要選擇好合適的減速比，要綜合考慮力矩和速度的關系，選擇出最佳方案。

18、  <4> 最后還要考慮留有一定的(如百分之30)力矩余量和轉速余量。 <5> 盡量選擇混合式步進電機，它的性能高于反映式步進電機。  <6> 盡量選取細分驅動器，且使驅動器工作在細分狀態。  <7> 選取時且勿走入只看電機力矩這一個指標的誤區，也就是說并非電機的扭矩越大越好，要和速度指標一起考慮。 <8>在轉速要求較高的情況下可以選擇驅動電壓高一點的驅動器。  <9>在選購時是采用兩相的還是三相的，這并沒有什么具體的要求，只要步距角能滿足使用要求就行。三、系統軟件設計3.1力控軟件

19、簡介該軟件是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，系統包括組態環境和運行環境兩個部分。在平臺上運行通過對現場數據的采集處理以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案。它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點比以往使用專用機開發的工業控制系統更具有通用性在自動化領域有著更廣泛的應用。簡單靈活的可視化操作界面。我們可以使用系統的缺省構架也可以根據需要自己組態配置圖形界面生成各種類型和風格的圖形界面。該組態軟件能夠避開復雜的計算機軟、硬件問題集中精力去解決工程問題本身根據工程作業的需要和特點,組態配置出

20、高性能、高可靠性和高度專業化的工業控制監控系統。 <1>實時性強、良好的并行處理性能。 <2>豐富、生動的多媒體畫面。 <3>多樣化的報警功能。 <4>實時數據庫為用戶分步組態提供極大方便。 <5>支持多種硬件設備實現“設備無關”。 <6>良好的可維護性和可擴充性。力控是一套基于windows95/98/nt操作系統（或更高版本），可用來快速構造和生成各種監控系統的組態軟件系統，它為用戶提供了從設備驅動、數據采集到數據處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案和操作工具。力控組態軟件具有多任務

21、、多線程功能，其系統框架采用VC+語言編程，通過OLE技術向用戶提供VB編程接口，提供豐富的設備驅動構件、動畫構件、策略構件，用戶可隨時方便地擴充系統的功能。力控組態軟件的主要特性如下：（1）概念簡單，易于理解和使用普通工程人員經過短時間的培訓就能正確掌握、快速完成大多數簡單的工程項目，使其能集中精力解決工程本身的問題，而不需了解太多的計算機系統復雜的軟硬件問題，就可組態出高性能、高可靠性、高度專業化的監控系統。（2）真正的32位多任務應用系統該系統支持windows的多任務技術，有效地優化了計算機資源，打印任務作為一個獨立工作而運行于后臺，實現多任務的并行處理。（3）提供豐富的設備驅動程序提

22、供足夠多的功能組件和豐富的常用圖形庫，真正做到只使用組態軟件就可快速組態完成工程項目的大多數工作，而對使用者沒有太苛刻的要求。通過activedll把設備驅動掛接在系統中，配置簡單、速度快、可靠性高。（4）提供強大的網絡功能力控組態軟件強大的網絡功能可把tcp/ip網、485/422網、modem網結合在一起構成大型的監控系統和管理系統。提供4級安全保密機制。（5）提供開放的ole接口力控組態軟件是以ole自動化技術為基礎的開放式擴充接口，允許用戶使用VB來快速編制各種設備驅動構件、動畫構件和各種策略構件，通過ole接口，用戶可以方便地定制自己特定的系統。（6）組態軟件與設備無關在力控組態軟件

23、中，設備被實現成獨立的構件形式，不同的設備對應于不同的構件。設備構件不僅僅包括設備驅動程序，還有不同的方法和屬性供系統調用，每個設備構件都由一個獨立的線程來管理。對不同的外部硬件設備，只需提供相應的設備構件，而系統的其它部分和設備無關，不需作任何改動。（7）豐富和方便的動畫組態能快速構造出各種復雜的動畫畫面。圖元圖符對象可實現自由構圖和定義動畫，包括顏色、位置、大小、可見度、閃爍、輸入輸出、按鈕動作等多種動畫效果。動畫構件對象完成特定類型的動畫功能，如：實時曲線構件、歷史曲線構件、報警顯示構件、自由表格構件等。（8）運行策略用運行策略來完成和實現對系統運行流程的自由控制，使系統能夠按照設定的順

24、序和條件來操作實時數據庫、控制用戶窗口的顯示、關閉和設備構件的工作狀態，從而做到對對象工作過程的精確控制。圖形化的構造方法和功能強大的策略構件使運行策略的組態更加快捷方便。（9）充分利用數據庫技術力控組態軟件中數據的存儲不再使用普通的文件，而是用數據庫來管理一切。組態時，系統生成的組態結果是一個數據庫；運行時，數據對象、報警信息的存儲也是一個數據庫。利用數據庫來保存數據和處理數據，提高了系統的可靠性和運行效率，同時，也使其它應用軟件系統能直接處理數據庫中的存盤數據。（10）出于保護企業數據的考慮，力控組態軟件很好地解決了授權及安全性問題。依據系統的授權，用戶被允許或禁止對系統進行操作，允許或禁

25、止對數據進行訪問。力控組態軟件在確保安全的情況下可以對多個系統模塊進行安全授權。力控組態軟件工控組態軟件系統包括組態環境和運行環境兩大部分，用戶所有的組態配置過程都是在組態環境中進行的，用戶組態后可生成一個“組態結果數據庫”的文件。力控組態軟件的運行環境是一個獨立的運行系統，它能按照“組態結果數據庫”中的組態方式進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能。3.2界面組態本系統人機界面所有畫面均由力控組態軟件全中文組態軟件進行設計，有主畫面、參數設定、曲線畫面、歷史數據、報警記錄和幫助等畫面，經力控組態軟件軟件編譯無誤后，從個人電腦中下載到人機界面即可使用。人機界面與變頻控制柜之間通過RS-23

26、2方式進行連接，與PLC之間通過RS-485方式進行連接。由控制柜對人機界面進行讀寫操作，從而實現了對變頻器的操作以及變頻器狀態的顯示。PLC讀人機界面狀態顯示區中的數據，得到當前設備運行和報警的情況，從而做出相應的處4.3.1 系統的組態圖2 界面設計具體組態過程如下：（1）用戶窗口組態：設置工程的人機交互界面，如系統的主控界面、動畫、報表、趨勢曲線等。（2）主控窗口組態：本窗口為工程主窗口。用戶窗口組態完成后，在主控窗口中，通過對系統菜單和參數的定義和設置來調度、管理用戶窗口的打開或關閉。（3）實時數據庫組態：工程組態各數據交換處理的核心部分，將力控組態軟件的各部分有機地連成一體。根據設計

27、的要求，在力控組態軟件的實時數據庫窗口中對創建數據對象的基本屬性、存盤屬性、報警屬性等進行定義和設置。（4）設備構件組態：這是連接和驅動外部設備的工作環境。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數據變量。在基本屬性中設置plc的地址和通信方式等；在通道連接窗口中，輸入通道和實時數據庫中的數據對象連接起來；添加虛擬通道，用于連接可在線調整的系統參數；在數據處理窗口，設置數據處理方法，如濾波、工程轉換（即把采集進來的數據或輸出的數據轉換為具有實際意義的工程數據），即通過在設備窗口中對數據的預處理便可得到所需要的數據類型。（5）運行策略組態：完成工程運行流程的

28、控制。根據運行策略的不同作用和功能，力控組態軟件把運行策略分為啟動策略、退出策略、循環策略、用戶策略、報警策略、事件策略、熱鍵策略共7種，每種策略都由一系列功能模塊組成。由于該系統側重于現場數據的時實監控和統計查詢功能，根據系統的控制流程和操作處理，在力控組態軟件的運行策略窗口中，對以上運行策略分別進行組態設置，如在用戶策略中，利用策略工具箱添加腳本構件、存盤數據提取構件等，以實現所需的功能。3.3I/O設備組態 在Draw導航器中雙擊“I/O設備組態”項出現如下對話框在展開項目中選擇“PLC”項并雙擊使其展開然后繼續選擇“匯川”并雙擊使其展開后選擇項目“DVP SERIES PLC”雙擊 “

29、DVP SERIES PLC”出現如下圖所示的“I/O設備定義”對話框在“設備地址”輸入框內選擇地址“0”,“通信方式”選擇“串口RS232/422/485”。完成后點擊“下一步”在打開的新窗口中選擇“串口3”串口設置波特率9600、數據位7、停止位1、偶校驗。 點擊保存并進入下一步選擇設備型號“ES/EX/SS”型傳輸方式“ASC3.4數據庫組態 在Draw導航器中雙擊“實時數據庫”項使其展開在展開項目中雙擊“數據庫組態”啟動組態程序DbManager。 啟動DbManager后出現DbManager主窗口。 單擊菜單條的“點”選項選擇新建或雙擊單元格出現“請指定區域、點類型” 然后雙擊該點類型出現的對話框在輸，轉速信號存放的地址D區字偏移量按上述步驟創建所有對應的數字點和模擬點創建完成。  3.5動畫連接電機設置 雙擊“異步電機”按鈕對象出現異步電機向導對話框。異步電機向導 單擊變量名右側的選擇按鈕打開變量