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本科毕业论文 题目：电机变频控制系统的设计 考生姓名： 准考证号： 专业层次： 本科 院 （系）：机械与动力工程学院 指导教师： 职 称： 讲师 xxx 二 O 一 O 年十二月二十日 本科毕业论文 电机变频控制系统的设计 考生姓名： 准考证号： 专业层次： 本科 指导教师： 院 （系）： 机械与动力工程学院 xxx 二 O 一 O 年十二月二十日 xxx 本科毕业论文 中文摘要 摘 要 变频器传动已成为实现工业自动化的主要手段之一，在各种生产机械和生产线中 有着广泛的应用。其中，重要的技术特征是可以充分地与现代网络技术结合，发挥智 能控制的优势，实现分布式网络控制系统，这是工业企业自动化的重要发展方向，并 已有一些很好的范例。现在，通用变频器在各行各业中的应用，已成为改造传统工业、 改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量、改善生产环境、节约能源、 推动技术进步的主要技术手段之一，也是国际上更新最快的新技术领域之一。 本文以 SV004IG5-1 变频器，变频专用电动机 YVP840-1，普通 PC 机，瑞赛特 8250 RS232/485 转换器为主要硬件设备，搭建了基于 485 总线的电机变频控制系统。 本文中上位机和下位机的通信软件采用了 NI 公司的 LABVIEW 作为开发平台。利用 LABVIEW 的串行通信函数节点完成了控制功能模块、数据监测模块、数据判断模块 等的编制。 本文使用 LABVIEW 作为变频器远程监控系统的软件开发平台，大大节约了研究 工作的工时，提高了效率，同时也让软件具有了一定的可扩展能力。 关键词：变频器 串行通信 远程监控 LABVIEW xxx 本科毕业论文 英文摘要 I ABSTRACT Inverter driving has become the main means to realize industrial automation .In various production machinery and production line, it has a wide range of applications. One of the important technical characteristics, can be fully with the modern network technology, play advantage of intelligent control and distributed network control system, which is the important industrial automation development direction, and have some very good example. Now, the application of general inverter in every walk of life, which has become one of the main technical means to alter traditional industries, improve the production process automation level, improve product quality, improve the production environment, energy saving, and promote technological progress ,which is one of the worlds fastest update of new technology. In this paper, IG5 inverter, definite-purpose motor, PC and RS232/485 Converter is the main hardware, building of motor control system, which is based 485 buses. In this paper the communication software for host computer and slave computer is made up by LABVIEW. Using the serial communication function node LABVIEW completed control function module, data monitoring module, the data of judgment module. This paper used LABVIEW as developing platform for remote monitoring system of inverter, greatly reduce the research work, improve the working efficiency, also let software has certain extensible ability. Keywords: inverter serial communication remote monitoring LABVIEW xxx 本科毕业论文 目录 II 目录 摘摘 要要.I ABSTRACT.II 1 1 绪论绪论.1 1.11.1 变频器的应用概况变频器的应用概况 .1 1.21.2 本选题的研究背景与意义本选题的研究背景与意义 .2 1.31.3 本选题的主要工作本选题的主要工作 .2 2 2 变频技术介绍变频技术介绍.3 2.12.1 变频器的概述变频器的概述 .3 2.22.2 变频器的分类变频器的分类 .3 2.2.1 交-直-交变频器.3 2.2.2 交-交变频器.4 2.32.3 变频器的额定值和技术指标变频器的额定值和技术指标 .6 2.3.1 变频器的额定值.6 2.3.2 变频器的性能指标.6 2.42.4 使用变频器的目的及效果使用变频器的目的及效果 .7 3 3 电机变频控制系统总体设计电机变频控制系统总体设计.8 3.13.1 电机变频控制系统的硬件组成电机变频控制系统的硬件组成 .8 3.1.1 SV004IG5-1 变频器 .8 3.1.2 RS232/485 转换器 .11 3.1.3 变频专用电动机 .14 3.23.2 电机变频控制系统软件的总体设计及设计原则电机变频控制系统软件的总体设计及设计原则 .15 3.2.1 电机变频控制系统软件的总体设计 .15 3.2.2 系统的软件设计原则 .15 4 4 变频器和变频器和 PCPC 机的通讯实现机的通讯实现.17 4.1RS-4854.1RS-485 总线基础总线基础 .17 4.1.1.阻抗不连续.17 4.1.2.RS-485 接口 .17 4.1.3 RS-485 电缆 .18 4.1.4 RS-485 网络 .19 xxx 本科毕业论文 目录 III 4.1.5 RS-485 系统的常见故障及处理办法 .19 4.24.2 LGLG IG5IG5 变频器的通信协议变频器的通信协议.20 4.2.1 LG 通用变频器专用通信协议 .21 4.2.2 设置与运行通信协议 .24 5 5 软件设计软件设计.26 5.15.1 LABVIEWLABVIEW 虚拟仪器开发平台概述虚拟仪器开发平台概述 .26 5.1.1 LABVIEW 特点 .26 5.1.2 LABVIEW 开发流程 .27 5.25.2 LABVIEWLABVIEW 串口通讯编程串口通讯编程 .27 5.2.1 串口通信基本程序流程框图 .28 5.35.3 变频器远程监控程序变频器远程监控程序 .29 5.3.1 程序功能分析 .29 5.3.2 程序结构 .29 5.3.3 程序编制 .30 6 6 结论结论.31 致谢致谢.32 参考文献参考文献.33 论文原创性声明论文原创性声明 xxx 本科毕业论文 1 绪论 0 1 绪论 人类在 19 世纪中叶就已经发明了电动机，但真正意义上的电动机自动控制系统是 在 20 世纪 30 年代出现的，当时的闸流管、引燃管，而后是磁放大器、磁饱和电抗器 作为静止变流器，形成了第一代电动机传动控制系统。在二次世界大战中，自动控制 理论得到了发展，这有力地促进了电动机传动控制系统理论体系的建立。但是，在很 长的一段时间里，在较高的控制性能的传动系统里，直流电动机一直占主导地位，主 要原因在于其控制简单、高速平滑、性能良好。然而，直流电动机结构上存在的机械 换向器和电刷，它具有一些难以克服的固有缺点，那就是维护困难，寿命短、单机容 量和最高电压都受到一定限制等。而交流电动机（主要是异步电动机） 。正好与直流电 动机相反，它没有电刷，结构简单，维护容易，但是在当时的条件下但是在当时的技 术条件下，很难实现高性能的高速控制。在当时，交流电动机虽然在数量上占绝对的 多数，但一般采用电源直接供电，直接拖动负载的方式，没有任何控制。 20 世纪 70 年代初的席卷全球的石油危机促进了交流调速技术的发展，因为当时人 们发现，占电动机用电量一半以上的风机、泵类负载的拖动电动机工作在恒转速状态， 是靠阀门和挡板来调节流量或压力的，因而造成了大量的电能浪费。通过改变电动机 转速的方法调节风量或流量，一般可节电 20%30%,于是在工业化国家，变频器出现了。 可以说，交流传动控制的真正的发展和应用是从使用变频高速技术来改造风机、泵类 负载而开始的。 1.1 变频器的应用概况 我国国内各工矿企业应用变频器还处于起步阶段，只有少数效益好的企业愿意采 用变频器，一般的企业并不热衷于使用变频器。主要原因有： 1)资金困难。我国企业步入转轨阶段，大部分效益不好，只能维持简单再生产， 对于新建项目，为节省资金，也不采用变频器； 2)性能价格比差。现在质量可靠的变频器均为国外品牌，但价格高，国内产品价 格虽然较低，但质量不能让人放心。所以好多企业有以下共识，要么不用，要用就用 最好的，这样就提高了变频器的使用门槛，同时延长了投资回收的时间； 3)思想观念问题。一是人们的节能意识不强，在中国相同产品的能耗是发达国家 的两倍左右，但许多企业都习以为常；二是部分技术人员思想保守，习惯使用传统的 控制方式，尽管故障率较高，但能够自行处理； 4)基于售后服务考虑。变频器硬件出现故障，用户不能自行维修，而供货商不能 及时处理，影响生产。 xxx 本科毕业论文 1 绪论 1 在使用中主要会遇到的问题有： 1)软故障较多，如电机起动、停止或运行时，出现跳闸、过流、过压和缺相等故 障。 2)电源污染问题，变频器运行时出现的高次谐波对其他设备有干扰，若进行有效 处理，会增加投资。 3)硬件故障问题。随着技术不断进步，变频器质量越来越可靠，但还没有完全成 熟，特别是大功率变频器，故障率较高。 4)售后服务问题。由于变频器应用不够广泛，售后服务网点人员较少，对用户的 响应较慢，特别个别进口产品，保修期过后，维修较难。 5)技术人员对变频器、可编程序控制器知识掌握不多，部分简单故障不能自行处 理。我国变频器应用跟国外差距表现在： 1)观念差别。发达国家企业使用变频器感到习以为常，像日本，用了两年左右时 间就全面推开。国内企业的节能意识差，如果有资金，更愿意上新项目，也不愿进行 变频改造。 2)控制方式差别。国外企业大部分采用“一对一”控制方式，无形中提高了可靠 性，而国内大都采用“一控二” 或“一控三”等控制方式，虽然节省投资，但降低了 可靠性。 1.2 本选题的研究背景与意义 电动机自动控制系统广泛应用于机械、钢铁、矿山、冶金、化工、石油、纺织、 军工等行业， 这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作为原动机。有效地控制电 动机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。 由 1.1 节的介绍可知，我国不仅在变频器的研发上与国外差距很大，而且在变频 器的应用上的差距也是不可小视的。这导致了我国的高端变频器市场几乎被国外品牌 占据，而且相关的服务亦收费昂贵。 1.3 本选题的主要工作 本文所设计的电机变频控制系统主要由以下几部分构成：普通计算机，RS232/485 转换接口，LG IG5 变频器，变频专用电动机。普通计算机作为上位机，变频器作为下 位机，上位机通过串行接口向下位机发出各种控制指令，下位机在收到指令后控制变 频专用电动机动作或者向上位机传送其相关输出参数的变化，达到远程控制和监视的 作用。程序的编制采用美国国家仪器公司开发的 LABVIEW 图形化程序语言。 xxx 本科毕业论文 2 变频技术介绍 2 2 变频技术介绍 2.1 变频器的概述 变频器至今并无确切的定义，但按其作用可理解为改变电动机电源频率值及电压 值的自动化电气装置（或设备） 。变频器由电力电子器件（如 IGBT 模块） 、电子器件 （集成电路、开关电源、电阻、电容） 、微处理器（CPU）等组成，接在电源输入端 （L1，L2，L3）和电动机输入端（U，V，W）之间（见图 2-1） 。 功率范围：0.75500KW（大于此功率值建军议选用高压电动机及高压变频器） 。 频率范围：0400HZ（指通用变频器） ，0120HZ（指水泵、风机用的变频器） 。 电压范围：0380V（或 440V、600V，指低压变频器） 。 图 2-1 变频器在电路中的位置 2.2 变频器的分类 2.2.1 交-直-交变频器 交-直-交电压型变频器是通用变频器的主要形式，根据变频器输出频率和电压的 控制方式的不同，交-直-交变频器可分为三种： 用可控整流器高压、逆变器调频的交-直-交变频器； 用二极管整流器整流、斩波器调压、逆变器调频的交-直-交变频器 用二极管整流、PWM 逆变器同时调频调压的交-直-交变频器。其结构形式如图 2-2 所示。 xxx 本科毕业论文 2 变频技术介绍 3 图 2-2 交直交变频器的三种结构形式 前两种变频器有两级可控功率级，第一级完成调压任务，第二级完成调频任务， 调压、调频分别进行；后一种只有一级可控功率级，调压、调频均由逆变器完成。与 前两种相比，后一种有以下优点： 工频交流电经二极管整流和中间电容滤波后供 PWM 逆变器逆变，电网波形畸变小， 功率因数高。 PWM 逆变器是通过改变脉冲宽度来改变电压的，而且变频、变压同时进行，故这种 逆变器动态响应特性好。 PWM 逆变器输出电压脉宽按正弦规律变化，交流电动机电流波形接近正弦波，输出 的谐波分量小，电动机脉动转矩小，运行平稳。 2.2.2 交-交变频器 交-交变频器可直接将电网频率交流电变成频率可调交流电，无需中间直流环节， xxx 本科毕业论文 2 变频技术介绍 4 从而可改善整个变频装置的变换效率。又由于交-交变频器中晶闸管可利用交流电网实 现电源换流，无需换流电路，简化了变频器结构。这种变频器在大容量低速同步电机 的无齿轮传动中，大型绕线式异步电动机的超同步调速中，以及航空电源中的变速恒 频发电系统上得到了广泛应用。 交-交变频器输出的每一相都是由两组晶闸管整流器反并联的可逆线路构成，如图 2-3 所示。 图 2-3 交-交变频器一相电路及输出波形 图中，图（a）电路接入了足够大滤波电感 L，输出电流近似方波，称为电流源型； 图（b）中两组整流器直接反并联，构成电压源型电路。当正组工作在整流状态时，反 组封锁，负载上电压为上正下负；当反组处于整流状态而正组封锁时，为上负下 0 u 0 u 正，使负载上得到交流电压，如图（c）所示。若以一定频率控制正组和反组整流器切 换频率的交流电压。由于交-交变频器输出的交流电压是经晶闸管整流后获得，因此其 输出频率不能高于电网频率。通常，最高输出频率限制为电网频率的。 3121 根据输出波形的不同，交-交变频器可分为导通型的方波电流源变频器和 120 导通型的正弦波电压源型变频器。 180 xxx 本科毕业论文 2 变频技术介绍 5 2.3 变频器的额定值和技术指标 2.3.1 变频器的额定值 1 输入侧的额定值 中小容量通用变频器输入侧的额定值主要指电压和相数。在我国，输入电压的额 定值（指线电压）有 3 相 380V、3 相 220V（主要指进口变频器） 、单相 220V（主要是 家用电器中的中小容量变频器）三种，此外，输入侧电源电压的频率一般规定为工频 50HZ 或 60HZ。 2 输出侧的额定值 输出电压 UN。由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定值是指输 出电压中的最大值。在大多数情况下，它就是输出频率等于电动机额定频率时的输出 电压值。通常，输出电压的额定值总是和输入电压相等。 输出电流 IN。指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择变频器时的主要依据。 输出容量 SN。SN 取决于 UN 和 IN 的乘积。 （1） NNN IUS3 配用电动机容量。对于变频器说明书中规定的配用电动机，其容量说明如下： N P 它是根据下式估算的结果： （2） MMNN SPcos 式中：电动机的效率；电动机的功率因数。 M M cos 由于电动机容量的标称值是统一的，而和值不一致，所以配用电动机容 M M cos 量相同的变频器，品牌不同，其输出容量常常不同。 说明书中的配用电动机容量，仅对长期连续负载才是最适合的，对于各种变动负 载，则不适用。 过载能力。变频器的过载能力是指允许其输出电流超过额定电流的能力，大多数 变频器都规定为 150%、1。 N I min 2.3.2 变频器的性能指标 变频器的性能就是通常所说的功能，这类指标是可以通过各种测量仪器工具，在 较短时间内测量出来的，这类指标是 IEC 标准和国标所规定的，出厂所需检验的质量 指标。用户选择几项关键指标，就可知道变频器的质量高低，而不是单纯看是进口还 是国产，是昂贵还是便宜。以下是变频器的几项关键指标。 在 0.5HZ 时能输出多大的起动转矩。 比较优良的变频器在 0.5HZ 时能输出 200%高起动转矩（在 22KW 以下，30KW 以上 输出 180%的起动转矩） 。具有这一性能的变频器，可根据负载要求实现短时间平稳加减 xxx 本科毕业论文 2 变频技术介绍 6 速，快速响应急变负载，及时检测出再生功率。 频率指标 变频器频率指标包括频率范围、频率精度和频率分辨率。 频率范围以变频器输出的最高频率和最低频率标示，各种变频器的频率范 max f min f 围不尽相同。通常，最低工作频率约为 0.11HZ，最高工作频率约为 200500HZ。 频率稳定精度也称频率精度，是指在频率给定值不变的情况下，当温度、负载变 化，电压波动或长时间工作后，变频器的实际输出频率与给定之间的最大误差与最高 工作频率之比。 对于数字设定式的变频器，频率分辨率决定于微机系统的性能，在整个调频范围 （如 0.5400HZ）内是一个常数（例如0.01HZ） 。对于模拟设定式，频率的分辨率还 与频率给定电位器的分辨率有关，一般可以达到最高输出频率的0.05%。 速度调节范围控制精度和转矩控制精度 现在变频器速度控制精度能达到0.005%，转矩控制精度能达3%。 在低转速时的脉动情况 低转速脉动情况是检验变频器好坏的一个重要标准。有的高质量变频器在 1HZ 时 的转速脉动只有 1.5。 min/r 此外，变频器的噪声及谐波干扰、发热量等都是重要的性能指标，这是指标与变 频器所选用的开关器件及调制频率和控制方式有关。用 IGBT 和 IPM 制成的变频器，由 于调制频率高，其噪声很小，一般情况下连人的耳朵都听不见，但其高次谐波始终存 在。如果采用控制方式较好，也可减少一些谐波量。 2.4 使用变频器的目的及效果 变频器的应用范围很广，凡是使用三相交流异步电动机电气传动的地方都可装置 变频器，对设备来讲，使用变频器的目的无非有三个： 对电动机实现节能 使用频率范围为 050HZ，具体值与设备类型、工况条件有关。 对电动机实现调速 使用频率范围为 0400HZ，具体值按工艺要求而定，受电动机 允许最大工作频率的制约。 对电动机实现软件起动、软制动 频率的上升或下降，可人为设定时间、实现起动、 制动平滑无冲击电流或机械冲击。变频器的使用可节省电能，降低生产成本，减少维 修工作量，给实现生产自动化带来方便和好处，应用效果十分明显，对产品质量、产 量、合格率都有很大提高。 xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 7 3 电机变频控制系统总体设计 3.1 电机变频控制系统的硬件组成 本控制系统采用一拖一的控制方式。系统的拓朴结构如图 3-1 所示。系统由一台 PC 机，RS232/485 转换模块，及 LG 的 IG5 系列变频器组成。 图 3-1 图 3-1 电机变频控制系统的硬件组成 3.1.1 SV004IG5-1 变频器 本文所选用的变频器为 IG5 系列小容量通用变频器 SV004IG5-1。其采用 IGBT 开关 元件和 U/f 空间矢量 PWM 控制方式。产品特点是结构紧凑，控制灵活，可以满足一般 应用要求，尤其适合于提升机械、包装机械、纺织机械等需要大起动转矩及需要有防 跳闸功能需要的场所。具有可设置的 U/f 曲线、多功能输入/输出端子、集电极开路输 出。具有转差补偿功能、8 级预设速度和 3 段跳跃频率、点动功能、自动再起动功能、 防失速功能、手动/自动转矩补偿功能等。内置 RS485、Mudbugs-RTU、PID 控制器和制 动单元。控制面板可拆卸，通过控制面板可转移程序。保护功能有过流、过电压、欠 电压、变频器过热、电动机过热、CPU 错误、控制面板错误等。可选件有外接制动电阻、 扩展操作单元、PI 控制软件。SV004IG5-1 的功能特性如下： xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 8 表 3-1 SV004IG5-1 的性能参数 控制方式V/F 控制 数字设定：0.01Hz（低于 100Hz）,0.1Hz（高于 100Hz） 频率设定分辨率 模拟设定：0.03Hz/50Hz 频率精度数字：0.01%最大输出功率 模拟：0.1%最大输出功率 V/F 比率线性，平方，用户 V/F 过载能力 额定电流 150%-1 分钟，额定电流 200%-0.5 秒(特性与 时间成反比) 控制方式 转矩补偿手动转矩补偿(0-20%),自动转矩补偿 运行方 式 控制盘/端子/通讯方法 频率设 定 模拟：010V/420mA 数字：控制盘 起动信 号 正向，反向 多步数可达 8 步速度给定（使用多功能端子） 多步加 速/减速 时间 0-6,000 秒，对于每个设定可以选择和设定 8 种类型 （使用多功能端子）加速/减速方式：线型、U 型、S 型 紧急停 止 中断变频器输出 输入信 号 寸动寸动运行 运行方式 输出信 号 故障重 置 当保护功能处于有效状态时，可以解除故障状态 xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 9 运行状 态 频率等级检测、过载报警、堵转、过压、欠压、变频 器过热、运行、停止、恒速，节能运行，速度跟踪， 自动多步运行、自动顺序运行 故障输 出 接触器输出(30A,30C,30B)-AC250V1A,DC30V1A 输出指 示仪表 从输出频率，输出电流，输出电压，直流电压中选择 1 种(输出脉冲：500Hz，输出电压：010V) 运行功能 直流制动，频率限制，跳频，第二功能，滑差补偿， 反转保护，自动重起动，节能运行、自整定、PID 控制 变频器保护 过电压，欠电压，过电流，保险丝断，接地故障，变 频器过热，电机过热，缺相，过载保护，外部故障 1，2，通讯错误，速度指令丢失，硬件故障，选件故 障等 变频器报警堵转防护，过载报警 保护功能 瞬间掉电 小于 15 毫秒：连续运行，大于 15 毫秒：可以自动重 新启动 xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 10 运行信息 输出频率，输出电流，输出电压，频率设定值，运行 速度，直流电压 显示 故障信息发生故障时显示故障原因，可以保留 5 次故障原因 环境温度-10 C40 C 储存温度-20 C65 C 环境湿度最大 90%RH（无结露） 高度振动1,000m 以下，5.9m/秒 2 （=0.6g）以下 环境 应用场合无腐蚀气体，易燃气体，油雾，或灰尘 规格应用 电阻 容量 电阻值平均制动转矩 连续制 动时间变频器 W% 执行转 矩% sec SV004iG5-110040010055 制动转矩大时 电阻 容量 电阻值平均制动转矩 连续制 动时间变频器 W% 执行转 矩% sec SV004iG5-110040010055 电阻 容量 电阻值平均制动转矩 连续制 动时间变频器 W% 执行转 矩% sec SV004iG5-115030015055 型号额定电流（A）说明 SV004iG5-1 功率 0.37KW（输入：3 相 220V/输出：3 相 0220V） 3.1.2 RS232/485 转换器 1 概述 RS232/485 通讯模块采用瑞赛特-8520 型。瑞赛特-8520 可将 RS232 串行口的数据 发送（TD）和数据接收（RD）信号转换成两线平衡的半双工 RS485 信号。它是远距离 控制设备或点到多点总线通信的最佳选择，该转换器由直流电源供电，不必重新设置 xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 11 硬件或安装软件，完善浪涌保护，可以确保整个 RS-485 网络的安全。 2 性能参数 （1）自动内部 RS485 总线管理，无需外部控制信号 RS485 数据线上有瞬态干扰、浪涌保护 总线上可挂 32 个设备 隔离远传 1200M 传输速率：300BPS115200BPS 电源要求：1030VDC，有防反接保护 电源功耗：1.5 隔离电压：1000V 传输距离：最大 2 公里（视线路而定） 尺寸：887825 使用环境：25 支持工业 DIN 导轨安装 3 连接器和信号 图 3-2 RS-232 端（DB9 公端） 图 3-3 RS-485 端（DB9 母端） 瑞赛特-8520 型转换器采用 DB9 型的母头连接器与 RS-232 接口相连，其中 7、8 引 脚 1、4、6 引脚短接。另一端 DB9 公头连接器 RS-485 接口相连。接口定义如下。 表 3-2 RS-232C 引脚定义 DB9Female (PIN) RS-232C (DCE) 1DCD xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 12 2TD 3RD 4DTR 5GND 6DSR 7RTR 8CTS 表 3-3 RS-485 引脚定义 DB9MALE (PIN) RS-485 2485- 7485+ 5GND 4 连接示意图 图 3-4 点到点两线半双工通信 xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 13 图 3-5 点到多点两线半双工通信 图 3-6 HZ-01S 之间两线半双工通信 5 故障及排除 1、数据通信失败 A、检查 RS-232 接口连接是否正确 B、检查 RS-485 接口连接是否正确 C、检查 RS-232 接口信号电平（TD、DTR、RTS）是否低于5V D、检查线路是否过长 E、检查是否按 RS-485 规则进行布线 F、检查所布线路是否为双绞线 2、数据丢失或错误 A、检查数据通信设备两端数据速率、格式是否一致 B、检查是否按 RS-485 规则进行布线 C、检查所布线路是否为双绞线 D、终端匹配电阻未连接 E、 3.1.3 变频专用电动机 电机采用浙江省嘉兴市巨能电机厂的 YVP804-1 变频专用电动机。 YVP 系列电动机吸取了国外先进国家产品这技术，应用 CAD 设计。低速时（频率 50HZ）能在 1：10 范围内作恒转矩调速运行且运行平稳，无转矩脉动现象，并具有 较高的起动转矩和较小的起动电流。电动机高速能输出恒功率特性。本系列电动机调 速范围宽、振动小、噪声低、能与国内外各种 SPWM 变频装置（如：日本富士、三菱） 相配套，构成交流变频无级调速系统。YVP 系列电动机的功率等级与安装尺寸、机座中 心高均符合国际 IEC 标准，其对应关系与 Y 系列（IP44）三相异步电动机相一致，互 换性通用性强。本系统电动机为笼型结构、运行可靠、维修方便，并装有独立的冷却 风机、保证电机在不同的转速下、均具有较好的冷却效果。 YVP 系列变频电机是一种交流、高效、节能型调速电动机，专为匹配变频调速设计 制造，是机电一体化的调速节能新产品。与其他调速方式相比，变频调速系统具有应 用范围广、节能效果明显、调速性能好、起动转矩大、低频起动电流小、调速比宽、 快速响应性优良、噪音低、振动小、运行可靠、维修方便等特点，能够保证电机长时 xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 14 间低速或高速运行，是目前交流调速方案中最先进的系统之一。广泛应用于数控机床 的主轴传动、纺织、化工、冶金、塑胶、轻工、造纸等行业的恒转矩、恒功率调速以 及风机水泵等场合的节能调速。 表 3-4 YVP804-1 变频专用电机性能参数 4 Poles 极 Nominal Power 标称功 率（KW） Frame Size 机 座号 Rated Torque 额定转矩 （N.m） Current 电流 （A） 0.558013.51.8 3.2 电机变频控制系统软件的总体设计及设计原则 3.2.1 电机变频控制系统软件的总体设计 本文设计的变频器远程监控系统是有人工干预参与的在线实时连续监控的自动化 系统。它能够通过 485 总线向远程主机自动的发送变频器的相关运行参数，从而实现 在线、动态、实时的监测与控制。 本系统以普通 PC 机作为主机，SV004IG5-1 变频器作为从机，通过串口进行数据传 输。它实现了在线控制与监测的功能。主机上的程序以 NI 公司的 LABVIEW 作为开发平 台，以模块化的方式进行设计。在该平台下，开发出变频器的控制模块，变频器的监 测模块及相关数据的判断及显示模块。在发送控制及参数监测命令前，先将各个命令 帧按照 LG 变频器的专用通讯协议进行打包；然后将打包好的命令帧发送到串口传输缓 冲，交由串口将命令帧送到目标变频器的目标寄存器；变频器寄存器在接收到到命令 帧后作出相应的响应，然后根据响应动作，返回相关数据帧到串口接收缓存；数据接 收模块将串口接收缓存中的数据读出，经过数据判断模块判断数据是否为所需要的数 据，然后决定该数据显示与否。 图 3-7 软件组织结构图 3.2.2 系统的软件设计原则 1.低功耗 主 VI 变频器控制模 块 变频器数据监 测模块 数据接收模块数据判断模块数据显示模块 VISA xxx 本科毕业论文 3 电机变频控制系统总体设计 15 由于 LABVIEW 是以循环扫描的方式进行工作的，比较浪费 CPU 的时间，采用事件 结构进行程序编制可以从一定程度上降低 CPU 的功耗。 2.可靠性 采用 RS485 总线进行通信，虽然可以满足远距离数据传输的需要，但是由于其易 于受到外界噪声的干扰，故其可靠性不高。本文从软件上进行了相应的弥补，在数据 采集回来后，进行校验后再予以显示，较大程序上隔离了错误数据，提高了可靠性。 3.柔性化 使用 LABVIEW 编写的程序，可以轻松的移植到苹果机及采用 LINUX 等其它平台上 运行。增加了系统的柔性。使用软件使用者可以采用其所拥有的现有的系统平台来运 行变频器控制系统程序而不必更换系统平台。 4.内存优化 在使用设计 LABVIEW 程序时，将复杂 VI 分解为数个子 VI。子 VI 的使用会增添额 外的前面板和框图的空间，但并不增添额外的代码和数据空间。由于程序运行时只有 代码和数据被调入内存，因此使用子 VI 不会占用额外的内存。使用子 VI 的好处还在 于当子 VI 运行结束时，LABVIEW 可以及时收回子 VI 的数据空间，从而改善了内存的使 用效率。没有必要时不要设置子 VI 的重入（Reentrant）属性。 xxx 本科毕业论文 4 变频器和 pc 机的通讯实现 16 4变频器和 PC 机的通讯实现 4.1RS-485 总线基础 在自动化领域，随着分布式控制系统的发展，迫切需要一种总线能适合远距离的 数字通信。在 RS-422 通信标准的基础上，EIA 研究出了一种支持多节点、远距离和接 收高灵敏度的 RS-485 总线标准。RS-485 标准采用平衡式发送、差分式接收的数据收发 器来驱动总线，具体规格要求如下： 接收器输入电阻12k。 IN R （1）驱动器能输出7V 的共模电压。 （2）输入端的电容50pF。 （3）在节点数为 32 个，配置了 120 的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输 出电压 1.5V（终端电阻的大小与所用的双绞线的参数有关） 。 （4）接收器的输入灵敏度为 200mV，即（V）（V）0.2V。表示信号“0” ； （V）（V）0.2V，表示信号“1” 。 因为 RS-485 的远距离、多节点（32 个）以及传输线成本低的特性，使得 EIARS- 485 成为工业应用中数据传输的首先标准。基于此，RS-485 在自动化领域的应用非常 广泛，但是在实际工程中 RS-485 总线运用仍然存在着很多问题，影响了工程的质量， 为工程应用带来了很多的不方便。 4.1.1.阻抗不连续 信号在传输过程中如果遇到阻抗突变，信号在这个地方就会引起反射，这种信号 反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的 方法就是要尽量保持传输线阻抗连续，实际工程中常在电缆线的末端跨接一个与电缆 的特性阻抗同样大小的终端电阻就是为了减少信号反射。 从理论上分析，在传输电缆末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻， 就能有效的减少信号反射。但是，在实际工程应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通 信波特率等应用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻完全相等，因此或多或少的信 号反射还会存在。信号反射对数据传输的影响，归根到底是因为反射信号触发了接收 器输入端的比较器，使接收器收到了错误的信号，导致 CRC 校验错误或整个数据帧错 误。这种情况是无法改变的，只有尽量去避免它。 4.1.2.RS-485 接口 RS-485 采用差分信号负逻辑，26V 表示“0” ，62V 表示“1” 。RS-485 xxx 本科毕业论文 4 变频器和 pc 机的通讯实现 17 有两线制和四线制两种接线方式，四线制只能实现点对点通信方式，现很少采用，现 在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构，在同一总线上最多 可以挂接 32 个接点。在 RS-485 通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机 带多个从机。很多情况下，连接 RS-485 通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接 口的“A” 、 “B”端连接起来，这样忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是 能正常工作的，但却存在很大的隐患，其原因有： （1）共模干扰问题。RS-485 接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参 照点来检测信号，系统只需要检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收 发器有一定的共模电压范围，RS-485 收发器共模电压范围为712V，只有满足上 述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信 的稳定性，甚至损坏接口。当发送器 A 向接收器 B 发送数据时，发送器 A 的输出共模 电压为，由于两个系统具有各自独立的接地系统存在着地电位差，那么接 OS U GPD U 收器输入端的共模电压就会达到。RS-485 标准规定3V，但 GPDOSCM UUU OS U 可能会有很大幅度（十几伏甚至几十伏） ，并可能伴有强干扰信号致使接收器共模 GPD U 输入超出正常范围，在信号线上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏设 CM U 备。 （2）EMI 问题。发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返