Преобразователи частоты для асинхронных двигателей, инверторы для асинхронных двигателей, частотно-регулируемые приводы (ЧРП) — все это названия устройств, предназначенных для плавного управления скоростью вращения асинхронного электродвигателя за счет преобразования входного напряжения (220 или 380 Вольт) в импульсное выходное с заданной частотой (от 0 до 300…600 Гц).
Частотные преобразователи обеспечивают плавный пуск и торможение электродвигателя, позволяют менять направление вращения. Важными преимуществами применения ЧРП являются экономия электроэнергии в случае переменной нагрузки электродвигателя, использование встроенного ПИД-регулятора ЧРП и возможность удаленной диагностики и управления по промышленной сети, о чем и пойдет речь ниже.
Большинство частотных преобразователей имеют встроенный интерфейс передачи данных RS485 с протоколом Modbus, на других ЧРП существует возможность установки карты расширения с указанным интерфейсом. При работе с ЧРП по промышленной сети возможно использовать две реализации протокола Modbus — ASCII и RTU.
Вариант RTU обеспечивает более высокую скорость передачи данных и чаще применяется для соединения с ЧРП. Сеть строится на основе модели клиент-сервер или ведущий-ведомый. Ведущий отправляет запросы и может быть только один в сети, ведомые устройства обрабатывают свои запросы и посылают в сеть ответ на запрос. Количество ведомых устройств в сети может достигать 31. Каждый ведомый имеет свой уникальный адрес, ведущий же не адресуется. Скорости передачи данных варьируются от 62,5 Кбит/с до 10 Мбит/с, а длина сегмента сети может составлять до 1200 метров.
Рис.1. Управление частотным преобразователем электродвигателя по промышленной сети RS485 Modbus RTU
Частотный преобразователь может быть только ведомым устройством, ведущим же, чаще всего выступает программируемый логический контроллер (ПЛК) или персональный компьютер (ПК). Некоторые ЧРП поддерживают возможность широковещательной команды, позволяющей ведущему устройству обращаться ко всем ведомым в сети. Часто скорость передачи данных в конкретном ЧРП фиксирована и составляет 9600 бит/с, количество бит данных – 8, без контроля четности. Эти настройки являются стандартными для большинства устройств.
Кадр запроса ведущего представляет собой набор данных, включающий в себя адрес ЧПР, код функции Modbus, адреса регистров, к которым идет обращение, данные и в конце 2 байта контрольной суммы, рассчитывающейся по алгоритму CRC-16 (для Modbus RTU). Частотный преобразователь с указанным адресом получает и обрабатывает запрос, формирует кадр ответа и отправляет обратно ведущему устройству сети. Кадр ответа содержит адрес ответившего устройства, номер функции Modbus, набор данных и контрольную сумму кадра.
Из набора стандартных функций протокола Modbus, зачастую ЧРП предоставляет возможность использования функций: 8(08H) — контроль связи, 3(03H) — чтение значений нескольких регистров хранения, 6(06H) — запись значения в один регистр хранения или 16(10H) — запись значений в несколько регистров хранения. Максимальное чтение или запись значений регистров единовременно по функциям 3(03H) и 16(10H) составляет 16 регистров хранения.
В случае управления и диагностики частотно-регулируемым приводом от ПЛК выгоднее использовать передачу сигналов по шине RS485, нежели дискретными и аналоговыми сигналами. Построение связи нескольких ЧРП с ПЛК позволяет существенно сэкономить как на проводах и кабелях, ведь для передачи данных по промышленной сети используется витая пара, так и на аппаратных ресурсах ПЛК — нет необходимости в дополнительных аналоговых и дискретных входах/выходах.
Стандартными настройками ЧРП в таком случае является изменение параметров источников частоты и пуска на последовательный интерфейс, установка адреса в сети, скорости передачи данных и параметров кадра. ПЛК посылает команды установки частоты, пуска, реверса, останова. Могут быть изменены настройки параметров ускорения и замедления и т.д. ПЛК производит мониторинг выходной частоты, сообщений об ошибках. При использовании контроллера в системах с необходимостью поддержания заданной частоты вращения асинхронного электродвигателя обычно ПИД-регулирование осуществляется силами контроллера, который посылает запрос ЧРП по сети на изменение частоты.
При работе с частотно-регулируемым приводом по сети RS485 от ПК, задача часто сводятся к диагностике ЧРП, мониторинге выходных параметров, считывании и изменении настроек частотного преобразователя. Удобство заключается в удаленном изменении параметров ПИД-регулирования, настроек, отвечающих за параметры мотора, считывании последних ошибок, мониторинге потребляемой мощности, выходной частоты, напряжения, тока, количества моточасов и прочее.
Для подключения ЧРП к ПК по сети RS485 требуется преобразователь интерфейсов RS485/USB или RS485/RS232(при наличии COM порта с интерфейсом RS232 на вашем ПК). При использовании преобразователя интерфейсов, подключаемого к порту USB, необходимо установить драйвер виртуального COM порта в операционной системе.
Управление и диагностика ЧРП с персонального компьютера требует наличия специального программного обеспечения. Часто для опроса преобразователя частоты с ПК используют OPC-сервера. При работе с ОРС-сервером необходимо указать адреса регистров для опроса с ПК, период опроса, необходимо знать размерность получаемых значений параметров.
Инженерами одной торговой компании были созданы программные продукты для удобства пользователей управлять, осуществлять мониторинг, настройку и считывание параметров частотно-регулируемых приводов HYUNDAI и ESQ. Программы работают под операционной системой Windows с установленной платформой. NET Framework 4. Программы не требуют установки, имеют русскоязычный интерфейс, размер исполнительного файла — несколько сотен Кбайт.
Назначение программного обеспечения серии MB (например, для частотного преобразователя HYUNDAI N700E программный продукт MB-n700E.exe) — конфигурирование основных настроек ЧРП, управление приводом в различных режимах работы, мониторинг основных параметров работающего ЧРП, считывание всех параметров, запись их в файл и изменение необходимых настроек.
Рис. 2. Программное обеспечение MB «Элком»
Программный продукт ElcTestMBrtu.exe предназначен для автоматического поиска подключенного частотного преобразователя к ПК. Программа перебирает все возможные настройки соединения автоматически, кроме этого позволяет пользователю в ручном режиме конфигурировать параметры связи и отправлять запросы ЧРП. Поддерживаемые функции Modbus — 3, 6, 8, 16. Формат ввода данных — десятичный.
Программы управления и диагностики частотно-регулируемых приводов HYUNDAI и ESQ с руководствами по использованию доступны для свободного скачивания на сайте компании.
При необходимости программы могут быть доработаны под конкретные нужды заказчика. Программы загружаются на сайт по мере разработки, дополнения и усовершенствования.
Технический специалист ООО «Элком» Жиров Михаил
