一种基于网关技术的高压变频器远程监控系统及其实现方法

摘要

本发明公开了一种基于网关技术的高压变频器远程监控系统及其实现方法，属于高压变频系统远程通讯的技术领域。所述的远程监控系统中，采用MODBUS-PROFIBUS串行网关作为带RS485串行通讯接口的高压变频器与带PROFIBUS-DP通讯接口的PLC间的协议转换设备，使得高压变频器不进行任何编程即可接入PROFIBUS-DP现场总线网络，实现高压变频器的远程监控。系统硬件搭建后，只需在PLC软件编程环境中对MODBUS-PROFIBUS串行网关进行简单的配置，PLC就可像读写器I/O模块一样对高压变频器进行数据读写，系统实现简单，省去了很多有关通讯协议的编程工作，提高了工作效率。并且，MODBUS-PROFIBUS串行网关安装于高压变频器中，确保了系统通讯线路较高的抗干扰性。

权利要求

1.一种基于网关技术的高压变频器远程监控系统的实现方法，其特征在于：具体步骤如下：

第一步，系统硬件接线和硬件设置；

所述系统采用PBMD485-K20 MODBUS-PROFIBUS串行网关作为带RS485串行通讯接口的高压变频器与带PROFIBUS-DP通讯接口的PLC间的协议转换设备，使得高压变频器不进行任何编程即接入PROFIBUS-DP现场总线网络，实现高压变频器的远程监控；所述接线和硬件设置为：进行高压变频器、MODBUS-PROFIBUS串行网关和PLC的硬件连接；上位机通过以太网和PLC联接，PLC和串行网关通过PROFIBUS-DP电缆联接，串行网关和高压变频器通过串口线联接；串行网关的电源接口接入网关的直流24V工作电源；MODBUS通讯接口用于与高压变频器连接，B为正，A为负；PROFIBUS接口与PLC通过DP电缆连接；将拨码设置开关“主从选择位”拨至“MM”，设置网关为MODBUS主站； 第二步，在Step7中安装网关的GSD文件；

第三步，在Step7硬件配置的DP总线上添加网关模块，设置网关的PROFIBUS地址，网关的拨码设置开关的状态须与PROFIBUS地址值一致；设置MODBUS通讯的波特率和校验方式，须与高压变频器的设置一致；配置MODBUS读写报文，指定要访问的MODBUS从站高压变频器的地址以及各段报文对应的MODBUS起始地址； 第四步，将网关控制字的最低位设定为常‘1’以启动网关工作；

第五步，在PLC的程序中通过调用“打包发送”系统功能块将上位机的操作指令和设定频率值经由网关送至高压变频器，实现对高压变频器的远程控制；通过调用“打包接收”系统功能块收集高压变频器的运行状态信息和故障信息，并送至上位机，从而在上位机上实时地监控高压变频器的状态。

说明书

一种基于网关技术的高压变频器远程监控系统及其实现方

法

技术领域

[0001] 本发明属于高压变频系统远程通讯的技术领域，具体涉及一种基于网关技术的高压变频器远程监控系统的实现方法。

背景技术

[0002] 高压变频调速技术经过多年的发展与应用，在调速性能、节电效果、改善设备的运行工况、提高系统的安全可靠性和设备利用率、以及延长设备使用寿命等方面的优势得到了充分的体现，已广泛应用于电力、冶金、石油化工、供水、水泥、采矿等行业。随着工业自动化程度的提高，在保证高压变频器本身可靠运行的基础上，很多用户要求建立高压变频器的远程监控系统，实现高压变频器的远程启停控制、系统实时运行状态的显示、电压和电流等主要物理量的趋势查询、以及报警故障信息的查询。这就需要建立高压变频器与可编程逻辑控制器（PLC）、上位机之间的数据传输通道，保证上位机的控制指令准确下达给高压变频器，并循环读取高压变频器的实时运行状态。其中高压变频器与PLC之间的数据传输是关键，目前实现高压变频器与PLC之间数据传输的方式主要有两种：

[0003] 方式一：采用信号线直接将高压变频器的相关信号接到PLC的I/O模块，这种方式下系统的接线工作量大，系统复杂度提高，信号传输速率慢，且交互的信号量有限。

[0004] 方式二：在PLC中加装MODBUS通讯模块。目前，大多厂家的高压变频器产品都采用基于MODBUS协议的RS485串行通讯接口，可在PLC中加装MODBUS通讯模块，但加装MODBUS通讯模块的同时还要安装与之配套的硬件狗，系统成本大幅提高，另外，这种方式下MODBUS通讯电缆走线距离和环境都将可能降低整个通讯系统的抗干扰性，性价比较低。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术中存在的问题，提出一种基于网关技术的高压变频器远程监控系统及其实现方法。

[0006] 所述的远程监控系统中，采用MODBUS-PROFIBUS串行网关作为带RS485串行通讯接口的高压变频器与带PROFIBUS-DP通讯接口的PLC间的协议转换设备，使得高压变频器不进行任何编程即可接入PROFIBUS-DP现场总线网络，实现高压变频器的远程监控。

[0007] 本发明构建的高压变频器的远程监控系统，包括高压变频器、MODBUS-PROFIBUS串行网关、PLC和上位机。其中，高压变频器与MODBUS-PROFIBUS串行网关之间通过RS485串行通讯电缆联接，MODBUS-PROFIBUS串行网关与PLC之间通过PROFIBUS-DP电缆联接，PLC与上位机之间通过工业以太网实现联接，为了提高系统通讯线路的抗干扰性，将MODBUS-PROFIBUS串行网关安装在高压变频器内。

[0008] MODBUS-PROFIBUS串行网关实现了高压变频器与PLC之间的通讯联接，使得高压变频器不进行任何编程即可接入PROFIBUS-DP现场总线网络。MODBUS-PROFIBUS串行网关与高压变频器之间通讯采用MODBUS通讯协议，MODBUS-PROFIBUS串行网关为主站，高压变频器为从站；PLC与MODBUS-PROFIBUS串行网关之间通讯采用PROFIBUS-DP通讯协议，PLC为主站，MODBUS-PROFIBUS串行网关为从站。

[0009] 上位机通过以太网与PLC中的通讯模块相联，实现高压变频器远程管理和实时监控，能够实现参数设定、运行监控和故障监控。参数设定：可以对高压变频器进行手动和自动调速模式的选择，采用手动调速模式时，可以设置高压变频器运行的频率，如果选择自动控制模式，可以根据系统采集的反馈信号实现高压变频器的自动调速控制。

[0010] 上位机能进行运行状态的监控，能够实现从PLC中读取高压变频器运行的输出电流、输出电压和输出频率，同时，对所执行的操作和出现的故障能用模拟指示灯进行显示；上位机能够对高压变频器系统进行启动、停止和系统复位操作。

[0011] 上位机可以对高压变频器运行过程中出现的故障进行实时监控，并且可以保留历史故障，便于系统维护。

[0012] 本发明的优点在于：系统硬件搭建后，只需在PLC软件编程环境中对MODBUS-PROFIBUS串行网关进行简单的配置，PLC就可像读写器I/O模块一样对高压变频器进行数据读写，系统实现简单，省去了很多有关通讯协议的编程工作，提高了工作效率。并且，MODBUS-PROFIBUS串行网关安装于变频器中，确保了系统通讯线路较高的抗干扰性。

附图说明

[0013] 图1是本发明中基于网关技术的高压变频器远程监控系统的系统配置图；

[0014] 图2是微硬创新PBMD485-K20 MODBUS-PROFIBUS串行网关外观图；

[0015] 图3是基于网关技术的高压变频器远程监控系统实现的流程图。

[0016] 图中：

[0017] 1——MODBUS通讯接口；2——RPOFIBUS-DP接口；3——状态指示灯；4——网关电源接口；

[0018] 5——拨码设置开关。

具体实施方式

[0019] 下面以微硬创新PBMD485-K20 MODBUS-PROFIBUS串行网关和西门子可编程逻辑控制器编程软件（STEP7）为例，结合附图对本发明的远程监控系统及其实现方法进行详细说明。

[0020] 本发明提供一种基于网关技术的高压变频器远程监控系统的实现方法，所述实现方法中，采用MODBUS-PROFIBUS串行网关作为带RS485串行通讯接口的高压变频器与带PROFIBUS-DP通讯接口的PLC间的协议转换设备，使得高压变频器不进行任何编程即可接入PROFIBUS-DP现场总线网络，实现高压变频器的远程监控。

[0021] 本发明构建的高压变频器的远程监控系统的配置图如附图1所示，包括高压变频器、MODBUS-PROFIBUS串行网关、PLC和上位机。其中，高压变频器与MODBUS-PROFIBUS串行网关之间通过RS485串行通讯电缆联接，MODBUS-PROFIBUS串行网关与PLC之间通过PROFIBUS-DP电缆联接，PLC与上位机之间通过工业以太网实现联接，为了提高所述远程监控系统通讯线路的抗干扰性，将MODBUS-PROFIBUS串行网关安装在高压变频器内。

[0022] MODBUS-PROFIBUS串行网关实现了高压变频器与PLC之间的通讯联接，使得高压变频器不进行任何编程即可接入PROFIBUS-DP现场总线网络。MODBUS-PROFIBUS串行网关与高压变频器之间通讯采用MODBUS通讯协议，MODBUS-PROFIBUS串行网关为主站，高压变频器为从站；PLC与MODBUS-PROFIBUS串行网关之间通讯采用PROFIBUS-DP通讯协议，PLC为主站，MODBUS-PROFIBUS串行网关为从站。

[0023] 上位机通过以太网与PLC中的通讯模块相联，实现高压变频器远程管理和实时监控，能够实现参数设定、运行监控和故障监控。参数设定：可以对高压变频器进行手动和自动调速模式的选择，采用手动调速模式时，可以设置高压变频器运行的频率，如果选择自动控制模式，根据系统采集的反馈信号，经过相关逻辑判断和运算产生高压变频器频率给定，从而实现高压变频器的自动调速控制。

[0024] 上位机能进行运行状态的监控，能够实现从PLC中读取高压变频器运行的输出电流、输出电压和输出频率，同时，对所执行的操作和出现的故障能用模拟指示灯进行显示；上位机能够对高压变频器系统进行启动、停止和系统复位操作。

[0025] 上位机可以对高压变频器运行过程中出现的故障进行实时监控，并且可以保留历史故障，便于系统维护。

[0026] 基于上述的基于网关技术的高压变频器远程监控系统，本发明还提供一种实现方法，如图3所示流程图，具体步骤如下：

[0027] 第一步，系统硬件接线和硬件设置；

[0028] 按照附图1和附图2进行高压变频器、MODBUS-PROFIBUS串行网关和PLC的硬件连接。上位机通过以太网和PLC联接，PLC和串行网关通过PROFIBUS-DP电缆联接，串行网关和高压变频器通过串口线联接。如图2所示，串行网关的电源接口4接入网关的直流24V工作电源；MODBUS通讯接口1用于与高压变频器连接，B为正，A为负；PROFIBUS接口2与PLC通过DP电缆连接；将拨码设置开关“主从选择位”拨至“MM”，设置网关为MODBUS主站。

[0029] 第二步，在Step7中安装网关的GSD文件，安装后在设备列表中可看见该网关。

[0030] 第三步，在Step7硬件配置的DP总线上添加网关模块，设置网关的PROFIBUS地址，网关的拨码设置开关5的状态须与PROFIBUS地址值一致；设置MODBUS通讯的波特率和校验方式，须与高压变频器的设置一致；配置MODBUS读写报文，指定要访问的MODBUS从站高压变频器的地址以及各段报文对应的MODBUS起始地址。

[0031] 第四步，将网关控制字的最低位设定为常‘1’以启动网关工作。

[0032] 第五步，在PLC的程序中通过调用“打包发送”系统功能块（SFC15）将上位机的操作指令和设定频率值经由网关送至高压变频器，实现对高压变频器的远程控制；通过调用“打包接收”系统功能块（SFC14）收集高压变频器的运行状态信息和故障信息，并送至上位机，从而可在上位机上实时地监控高压变频器的状态。