港口物流设备及其自动化——毕业设计——基于MCGS的变频机组运行监控系统的研究.doc

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1、摘 要电机试验及检测是电机研究、生产和维修过程中不可缺少的重要环节。因此，对于从事电机研究或生产、维修的单位来讲，具备一套符合要求的电机试验检测设备和配备有一定技术水平的试验技术人员是非常必要的。由于电机制造厂生产自动化程度不断提高，产品生产量日益增大，而且根据客户需求制造的新产品逐渐增多，原有的试验设备和试验过程还是手动操作，试验工作量大(包括试验过程操作和试验数据处理)，难以满足生产要求。本课题研究了用于电机试验的试验电源-变频机组运行的监控系统。通过学习研究电机试验的相关内容，了解变频机组运行时的状况，从而对变频机组的运行进行监控。该系统选择MCGS组态软件和三菱FX2N-48M PLC

2、智能控制系统，预期完成电机的一般性试验和电机试验过程的实时监控。关键词：电机试验，变频机组，MCGSABSTRACTThe Motor test and check is the most important part in the course of the motor study, the motor produce and repair. So , for the unit which deals with the motor study, the motor produce or repair, it is very important for possess a motor test

3、ing and check equipment which is up to the mustard and technician who has technology for the test.As the motor plants improvement of automation in manufacturing-process, the increasing out port and new products made according to users need, the traditional test equipments and processes, which are st

4、ill operated by manual, have too much work (such as experiments course-manipulation and data-disposal) to fulfill the demand in producing.This topic investigates a monitoring system which used to monitor the course of the frequency conversion unit which used for the power of the motor test. We will

5、find out the estate when the frequency conversion unit running when we study the matter about the Motor testing, then we can process real-time monitoring for the running of the frequency conversion unit.The system choice MCGS software and Mitsubishi FX2N-48M PLC Intelligent Control System, it will c

6、omplete the general test motor and motor testing process real-time monitoring.Key words: motor testing, the frequency conversion unit, MCGS目 录摘 要IABSTRACTII第一章绪论11.1 课题背景11.1.1 国内电机试验的发展与现状11.1.2 国外电机试验的发展21.2 电机试验的介绍21.3 监控系统的研究构想3第二章电机试验42.1 温升试验42.1.1 试验目的42.1.2 试验方法及分类42.2 负载试验52.2.1 试验目的52.2.2

7、试验方法52.3 对试验用交流电源的要求62.4 电机试验电源的分类72.4.1 电力变压器72.4.2 三相感应调压器72.4.3 交流单频率发电机组82.4.4 交流变频发电机组(简称变频机组)8第三章变频机组硬件设计93.1 变频机组的组成93.1.1 “四机组”变频电源机组93.1.2 “两机组”变频电源机组93.2 变频机组的运行93.3 变频机组作为试验电源的优缺点103.4 变频机组运行中同步电机的起动103.4.1同步电动机的起动10第四章 PLC与上位机的通信134.1 概述134.2 变频机组电气控制134.3 通信原理144.4 通信参数的设置154.5 建立计算机与PL

8、C的通信连接16第五章 监控系统的研究设计175.1 MCGS组态软件的介绍175.1.1 什么是MCGS组态软件175.1.2 MCGS组态软件的系统构成175.1.3 MCGS组态软件的工作方式195.2监控系统的设计205.2.1 工程的分析205.2.2 建立工程画面205.2.3 定义数据对象225.2.4 动画连接235.2.5 设备连接255.2.6 编写控制流程275.2.7 报警显示285.2.8 相关曲线显示29第六章 总结和展望31参考文献32致 谢34第一章 绪论1.1 课题背景随着电机技术和计算机技术的不断提高，电机试验计算机采集处理系统作为电机测试领域的一个重要组成

9、部分，也得到了迅速的发展。它已经从传统的人工手动和人工读数方式发展为完全以计算机为中心，采用数据采集与传感器相结合的集中管理和分散控制的自动测试系统，能最大限度的完成测试工作的全过程。它既能实现对信号的检测，也能对所获得的信号进行分析处理而获得有效的信息。电机测试技术对电机工业的发展起着举足轻重的作用。电机试验及检测是电机研究、生产和维修过程中不可或缺的重要环节。因此，对于从事电机研究或生产、维修的单位来讲，具备一套符合要求的电机试验检测设备和配备有一定技术水平的试验技术人员是非常必要的。另外，对于从事电机设计和制造的技术人员，若不了解电机试验的有关知识，也将给自己的工作带来一定的困难。比较常

10、用的测试方法有设计电机试验控制台等等。近代电子技术的迅速发展。计算机在测试系统中已作为测试设备的一部分，大大提高了电机试验的精度与速度，减少测量结果的误差，对产品质量起到了监督和保证作用，开辟了电机发展的又一新纪元。 然而，我国在微型计算机控制方面设备比较落后，尤其是测试设备的落后成为我们主攻的方向。目前，很多大型企业和高校对其进行了一系列卓有成效的改造，测量精度越来越高，操作起来更加便利。在工业快速发展的今天，电机作为主要动力，产量不断提高，那么对其各方面性能的测试（电机测试）方法和技术的改进问题也就突出的摆在人们面前。如有的电机试验中用到了PLC，以及可以利用一些组态软件来采集试验数据来进

11、行相关的试验计算等等。电机试验中主要用于试验的交流电源设备有以下这几种：电力变压器、调压器、交流发电机组等。其中电力变压器的容量大对于试验本身讲是有利的，但容量过大就会带来设备投资大，运行损耗高等不利问题。通常电力变压器的额定容量为调压器容量的11.2倍；在电机试验电源设备中，三相感应调压器是最常用的主要设备；而交流变频发电机组可用做不同频率电动机的试验电源，但其主要用途是在对拖法做温升和负载试验时作陪试电机（负载电机）的变频电源。它输出的交流电的频率可在被试电机额定频率的80%-120%范围内调整，电压可在陪试电机额定电压的20%-130%范围内调整。专做陪试电机调频电源时，其输出电压的正弦

12、性畸变率可放宽一些要求。1.1.1 国内电机试验的发展与现状国内大中型电机制造企业(包括国外一些电机制造公司)的试验站多数采用变频机组作为试验主电源，机组的励磁采用变阻器通过人工来调节，试验人员的经验就成为了相当重要的因素。电机测试往往采用普通的指针式仪表由人工读数、人工记录然后由人工整理数据并描绘或编写试验报告。由于某些原因如电源电压波动、频率波动、负载波动等因素会使仪表的指针摆动;为了能比较准确的读出某一瞬间的各项被测参数，往往需要几个人同时读表，工作效率低。不仅如此由于读表的不同时性以及读数，记录、计算中的各种人为误差还使试验数据分散性大，试验结果的准确度低，重复性差，现在这种方法还在使

13、用。1.1.2 国外电机试验的发展国外电机制造企业除非试验用电源改为变频器供电外，像西门子地达摩厂、东芝公司等仍采用传统的变频机组供电，在测试方面采用了一些较为先进的测试仪表，只是整个试验系统的集成自动化程度较高。1.2 电机试验的介绍电机试验是利用仪器、仪表及相关设备，按照相关标准的规定，对电机制造过程中的半成品和成品，或以电机为主体的配套产品的电气性能、力学性能、安全性能及可靠性能等技术指标进行的检验。通过这些检验，可以全部或部分的反映被试电机的相关性能数据，用这些数据，可以检验被试产品是否符合设计要求，检验被试产品品质的优劣以及改进的目标和方向。成品试验是针对组装成整机后电机进行部分或全

14、部性能的试验，成品试验又分为型式试验和检查试验两大类。所谓型式试验是一种全面的性能试验，能够较确切地得到被试电机的有关性能参数的试验，其目的是为了确定电机的电气和机械性能是否达到技术要求，各种型式电机均需通过本试验才能投产或继续生产。国际标准和英、原苏、德等国家的标准都把型式试验当作一种性能试验，用来检查电机的特性和参数。这种试验一般只对各种型式电机中的第一台或首批的几台样机进行，所以称为型式试验。根据需要，试验可包括标准中规定的所有项目，也可以是其中的一部分项目。根据国家标准，在下述情况下，应进行型式试验: (l)新设计试制的产品;(2)经鉴定定型后小批投产的产品;(3)设计或工艺上的变更足

15、以引起电机的某些特性和参数发生变化的产品;(4)检查结果与以前试验结果发生不可容许的偏差的产品;(5)产品自定型投产后的定期抽试;(6)某些有特种要求的特殊用途的电机。检查试验又称常规试验、出厂试验。这种试验是为了确定电机是否处于电气和机械上的正常工作状态。检查试验的内容较型式试验大为简化，它是电机最基本和最常规的试验，每台装配完成的电机都要进行检查试验。只有检查试验合格的电机才能达到安全和良好状态的要求，并允许出厂。1.3 监控系统的研究构想分析电机自动测试系统，可将该系统分为两大部分，既数据采集与控制部分(下位机)与人机界面部分(上位机)。目前国内的自动测试系统对这两部分的实现方案主要有以

16、下几种:(1)下位机采用单片机与A/D、D/A接口芯片完成数据采集功能，与上位机通信采用RS232/422/485串行通信方式。采用VB/VC等编程工具开发上位机人机界面软件，通过对 Windows MSCoMM控件的编程实现通信。该实现方案用于采集点少，控制简单的测试系统。(2)采用工业PC机与I/O板卡完成数据采集功能。工业PC机本身既承担数据采集功能，又承担人机界面功能。通常采用VB/VC等编程工具以及1/0板卡厂商提供的读写I/O板卡的动态连接开发人机界面与硬件接口程序。该实现方案适用于中小型测试系统。(3)下位机采用VXI通用卡式仪器完成数据采集功能，上位机采用VB挥C等编程工具以及

17、VXI通用卡式仪器厂商提供的虚拟仪器软件包进行开发。该实现方法适用于实验室中的高速数据采集系统。(4)下位机采用PLC进行数据采集与控制，上位机采用工控组态软件进行二次开发。该实现方案使用于现场测试系统。随着微机技术的发展，微机的性能越来越强大，软件的发展也使实现控制变得极为方便、灵活，所以现在很多系统都把控制逻辑由微机控制，通过通讯口对设备进行控制，因为运行在微机上的软件编写非常灵活，很多功能非常容易实现，能够进行逻辑运算、判断，而且运算速度非常快，系统灵活性大大增加。对比以上几种试验方案，本课题采用第四种方案来实现电机试验的监控。试验下位机控制部分由三菱FX2N-48M PLC来控制，数据

18、采集通过青智仪表来实现数据采集功能。上位机中由MCGS组态软件来完成电机试验电源变频机组运行监控系统的组态。整个监控系统大大简化了试验操作过程、降低了试验工作的劳动强度、提高了试验数据处理效率。第二章 电机试验电机试验是利用仪器、仪表及有关设备，按照有关标准的规定，对电机制造过程中形成的半成品和成品，或以电机为主体的配套产品的电气性能、力学性能、安全性能及可靠性等技术指标进行的检验。通过这些检验，可以全部或部分地反映出被试电机的有关性能数据。有这些数据，可以判断被试电机产品是否符合设计要求、品质的优劣以及改进的目标和方向。由此可见，电机试验无论是对新产品的研制，还是对电机的批量生产及修理，都是

19、一个极其重要的环节。电机试验主要分为：空载试验、堵转试验、温升试验、负载试验等等。空载试验的试验目的是：（1）检查电机运转的灵活情况,有无异常噪声和较强的振动。（2）通过测试求得电机在额定电压时的铁心损耗和在额定转速（严格地讲是空载转速）时的机械损耗（其中包括轴承摩擦损耗和风扇造成的损耗等）。（3）通过试验得出空载电流与空载电压的关系曲线。堵转试验的试验目的主要在于测取额定电压及额定频率时电机的堵转定子电流和堵转转矩，这是考核笼型转子异步电动机性能指标中的两个主要项目。通过对堵转电流的大小和三相平衡情况的分析，能反映出电机定、转子绕组（特别是转子铸铝或导条）及定转子所组成的磁路的合理性和一些质

20、量问题。为改进设计和工艺提供有关实测数据，为修理电机提供帮助。以上两种试验的试验方法很简单，都只需将被试电机直接接上电源就可以开始试验，而不需要额外的试验装置，下面介绍温升试验以及负载试验的相关内容。2.1 温升试验2.1.1 试验目的温升试验的目的是通过试验求得电机满载运行到热稳定状态时的电机绕组温升值,另外,还包括轴承温度以及绕线转子不举刷类型的集电环温度等。电机温升的高低直接关系着电机绝缘寿命的长短，影响到电机效率及其他力能指标的好坏，当该值过高时，甚至会导致电机很快地损坏。所以温升是考核电机质量的一个非常重要的性能指标。2.1.2 试验方法及分类从加负载的方法看，有直接负载法和等效负载

21、法，优先使用直接负载法。从测取绕组温升的方法来看，有温度计法、埋置检温计法和电阻法三种。此处采用埋置检温计和电阻法相结合。直接负载法，即在额定频率，额定电压，额定功率下进行测试。等效负载法包括降低电压负载法、降低电流负载法和定子叠频法。等效负载法限于连续定额电动机采用。如限于设备，对100kW以上的电机，允许采用降低电压负载法;对分立式或30OkW以上的电机，允许采用定子叠频法;对1OO0kW以上或助妻800A的电动机，允许采用降低电流负载法。试验方法分类：（1）从负载的方式来分,有直接负载法和间接负载法两种。应优先采用直接负载法。（2）从测取绕组温升的方法来分，有温度计法、埋置检温计法和电阻

22、法三种。一般采用电阻法。2.2 负载试验2.2.1 试验目的根据试验时能否直接测取被试电动机的输出机械功率和对电机效率求取方法的具体规定的不同,负载试验的目的也有所不同。对于要求效率的求取采用直接测定法的（此时试验设备必须是可以直接显示被试电动机输出机械功率，或直接显示输出转矩的负载设备，如测功机等），负载试验目的则是为了测取可直接用于计算效率的输入及输出功率，另外还有用于计算满载功率因数的定子输入电流及绘制工作曲线的其他有关数据。对于不能直接显示被试电动机输出机械功率的负载设备或不论采用何种负载设备但效率要求采用间接测定的（或称为损耗分析法），负载试验的目的则是为准确得被试电动机的效率、功率

23、及转差率等而测取一些有关数据，一般为若干组定子电流、三相输入功率、转差率（或转速）、定子电阻等。2.2.2 试验方法被试电机通过联轴器与直流电机连接。当异步电动机转动的时候，带动直流电动机做发电机运行，从而产生输出电压，直流发电机反馈到设备区的直流电动机上或可控硅直流电源上，由于直流发电机消耗能量，所以在发电机轴上就产生一个负载转矩。如果增加直流发电机的励磁，则发电机的磁极的磁性将增强，在电动机转速不便的情况下E=Cen，发电机的输出电压将增加，消耗在设备区直流电源上的功率也就相应增加，从而负载的转矩也就增加，所以通过改变直流发电机的励磁来改变电动机的负载转矩大小。测试应该在被试电机接近热状态

24、下进行，以直流发电机作为负载，在额定功率和额定频率，改变负载，在1.250.25倍额定功率范围内测取68点读数，每点同时测量:三相电压，三相电流，输入功率，功率因数，转差率，输出转矩。转差率实际上是通过测出转子的转速，由式(2-4)计算出来的。 S=(ns-nr)/ns (2-4)式中: ns-定子磁场的转速(r/Min); nr-转子的实际转速 (r/Min);ns =60f/p;f-电源频率Hz; p-电机极对数。功率因数:电机的功率因数可以按式(2-5)确定:=P1/(3U1I1) (2-5)式中: P1-输入功率W; U1-线电压V; I1-定子线电流A。但是通常采用两瓦特表法，可用式

25、(2-6)校核由上面的计算公式得到功率因数值: =1/ (2-6)其中W1，W2为两个瓦特表的测量值。若两种计算公式计算出来的结果相差不大于1%，则表明结果是正确的。在此测试系统中，功率因数是直接从功率分析仪中直接读取。如果限于设备对立式和3O0kW以上的电动机或大于8极、2OOkW以上的电动机，允许按照相关的圆图法或等值电路法求取额定功率时的工作特性。由以上介绍可以看到，要进行温升试验和负载试验是必须要配备相关的试验设备，下面介绍试验用交流电源的相关内容。2.3 对试验用交流电源的要求试验用交流电源设备包括电力变压器、调压器、交流发电机组等，它们又可分为单相和三相、电压固定或可调、单频率、多

26、频率和可调频率、工频、中频等多种类型。选用时，除按使用要求选择设备额定容量等有关性能参数外，还有两个不易直接测量到的指标-谐波电压因数和三相电源的对称性应予以考虑。2.3.1 对谐波电压因数的要求正弦交流电的谐波电压因数又称为HVF值，其求取公式是HVF= （3-1）式中 Un-以额定电压UN为基的n次谐波电压的标幺值； n-谐波次数，对三相电源不包括3及3的倍数。通常取n13。谐波电压因数可通过示波器测得各次谐波后，再由式（3-1）求得，也可利用专用的测量仪器直接测得。对用于电机试验的正弦交流电源，在进行电机温生试验时，HVF应不大于0.015；其他试验，HVF应不大于0.03。2.4 电机

27、试验电源的分类2.4.1 电力变压器电力变压器是将电网输送的高压电转换成常用低压电的电源设备,有单相和三相、干式和油浸、自冷和风冷之分。试验电源变压器就是电力变压器，如果专为试验站设置一个电源变压器，则应根据试验站的环境条件、试验设备的总容量以及使用率等因素对变压器进行选择。这里最主要的是参考做为试验主要电源设备之一的调压器的额定容量来选择。一般情况下，电力变压器的容量大对试验本身来讲是有利的，但容量过大就会带来设备投资大、运行损耗高等不利问题。通常电力变压器的额定容量应为调压器容量的11.2倍。2.4.2 三相感应调压器在电机试验电源设备中，三相感应调压器是最常用的主要设备。在试验中，被试电

28、机的三相电源一般直接来自它的输出端，所以它的性能好坏将直接影响被试电机测试数据的准确性和精度。选择电机试验用三相调压器主要考虑以下三方面的因数；（1）试验电机的最大容量（或额定电流）。其与三相调压器的额定容量和最大负载电流的关系见表3-1；（2）被试电机的额定电压UN，调压器最高电压应1.5UN，最低电压应0.1UN;（3）电压波形的谐波因数及三相电压对称性应符合电机试验的要求。表3-1 三相调压器的试验能力调压比为380/（0650）三相调压器试验电机最大容量（三相异步电动机）（kW）额定容量（kVA）最大负载电流（A）温升及负载试验满压堵转试验10050401316014263172001

29、78902525022211030400355160506305602507510008904001252.4.3 交流单频率发电机组交流单频率发电机组分工频(50HZ)、60 HZ和中频（400、500、1000 HZ）三种。工频机组常用于电网三相电压经常波动、严重不平衡或波形正弦性畸变率较大的场合，同时也可做为可调压电源使用。它可由一台由电网供电的电动机（异步机或同步机，同步机较好，异步机则应选用转差率在1%以下者）拖动一台同极数的同步发电机组成。发电机他励或自励。60 HZ机组主要用于做60 HZ电机试验的电源。性能较好的是用一台由50HZ电网供电的10极同步电动机同轴拖动一台12极同步

30、发电机组成的发电机组，发电机他励。这种机组输出电压频率比较稳定。中频发电机组是中频电动机电器的专用电源，在低压大容量电机绕组进行匝间耐电压试验时也有应用。中频电源恩400、500、1000HZ三个档次。电动机也有同步电动机、直流电动机和异步电动机三种，第一种最好。2.4.4 交流变频发电机组(简称变频机组)交流变频发电机组可用做不同频率电动机的试验电源,但其主要用途是在对拖法做温生和负载试验时作陪试电机(负载电机)的变频电源。它输出的交流电的频率可在被试电机额定频率的80%120%范围内调整，电压可在陪试电机额定电压的20%130%范围内调整。专用陪试电机调频电源时，其输出电压的正弦性畸变率可

31、放宽一些要求。第三章 变频机组硬件设计3.1 变频机组的组成3.1.1 “四机组”变频电源机组用于中小容量电机试验的变频机组可由四台电机组成,由一台由电网供电的交流同步(或异步)电动机同轴拖动一台直流电机,再用一台直流电机拖动一台交流他励同步发电机组成两个半套机组,然后,两台直流电机进行电的连结。两台直流机构为他励，如图3-1所示。图3-1四台电机组成的变频机组3.1.2 “两机组”变频电源机组由一台由电网电源供电的无级调速异步电动机拖动一台他励同步发电机组成的变频电源机组，简称“两机组”变频机组。无级调速电机可采用三相换向器电动机和其他调速范围在80%100%同步发电机转速以内的调速电动机。

32、两机组变频机组设备投资少，使用也很方便，但它一般只能发出小于被试电机额定频率的电压，所以只能做温升和负载试验时陪试电机的电源。3.2 变频机组的运行本设计课题主要采用变频机组中的“四机组”变频机组作为电源来进行电机试验。图3-2用变频发电机组做陪试电机电源的试验线路3.3 变频机组作为试验电源的优缺点作为电机试验的试验电源，变频机组与其他试验电源相比有以下优点以及缺点：优点：用变频电源供电的反馈加载法调节方便、平稳、陪试电机和被试电机同型号时，可方便地“换位”可节约试验时间，节约电能。缺点：但设备较多，造价高。在用大容量机组试验小电机时，会造成“大马拉大车”而浪费能源另外机组占用场地大。3.4

33、 变频机组运行中同步电机的起动在变频机组中，同步电动机与直流发电机共轴，通过其旋转带动直流发电机的旋转，在控制线路的设计中，同步电动机的启动问题是同步电动机电气控制设计的重点，只有较好的解决的启动问题，才能为整个系统的设计和工作打下良好的基础。3.4.1同步电动机的起动同步电机仅在同步转速时才能产生恒定的同步电磁转矩。起动时若把定子直接投入电网，转子加上直流励磁，则定子旋转磁场以同步转速旋转，而转子磁场静止不动，定、转子磁场之间具有相对运动，所以作用在转子上的电磁转矩快速地正、负交变，平均转矩为零，电机不能自动起动。因此，要把同步电动机起动起来，必须借助于其他方法。多数同步电动机都用异步起动法

34、来起动。为此，在电动机的主极极靴上装设笼型起动绕组（类似于感应电动机转子上的笼型绕组）。同步电动机异步起动时的线路图如图3-3所示。图3-3 同步电动机异步起动时的线路图起动时，先把励磁绕组接到限流电阻，然后把定子绕组接到三相交流电网。这样，依靠定子旋转磁场和转子起动绕组中感应电流所产生的异步电磁转矩，电机便能起动起来。待转速上升到接近于同步转速时，再将励磁电流接入励磁绕组，使转子建立主磁场；此时依靠定、转子磁场相互作用所产生的同步电磁转矩，再加上凸极效应所引起的磁阻转矩，通常便可将转子牵入同步。一般来讲，负载越轻，加入直流励磁时电动机的转差率越小，就越易进入同步。起动绕组所产生的转矩Te（起

35、动）类似感应电动机的异步电磁转矩，如图4-4所示。当转速达到0.95ns（即转差率s=0.05）时，起动绕组所产生的异步转矩值称为牵入转矩。起动时，要求起动转矩Tst大，牵入转矩Tpi也要大。异步起动时，励磁绕组不能开路，否则定子旋转磁场会在匝数较多的励磁绕组中感应出高电压，易使励磁绕组击穿或引起人身事故。但也不能直接短路，否则励磁绕组（相当于一个单相绕组）中的感应电流与气隙磁场相作用，会产生显著的“单轴转矩”Te(单轴)，使合成电磁Te转矩在0.5ns附近产生明显的下凹（见图3-4），使重载起动时电动机的转速停滞在0.5ns附近而不能继续上升。为减少单轴转矩，可在励磁绕组内接入一个限流电阻，

36、其阻值约为励磁绕组本身电阻的510倍。图3-4同步电动机异步起动时的线路图这里设计的同步电机起动方法如下：图3-5中我们可以看到线路采取在电动机定子側用自耦变压器降压启动，转子部分则为按频率原则加入励磁，励磁电源由直流发电机供给。线路组成：极性继电器、时间继电器、过电流继电器、交流接触器等。保护：降压启动没有联锁保护，过电流继电器则作过载保护。同步电动机的启动：合上QF1、QF2，按上启动按钮SB2同步电动机的停车：按动按钮SB1图3-5 同步电动机起动设计第四章 PLC与上位机的通信4.1 概述早期的PLC主要用来代替继电器实现继电接触器的逻辑控制。随着控制技术的发展及微处理器的出现，大规模

37、、超大规模集成电路技术的发展和数据通讯技术的不断进步，其功能已经大大超过了逻辑控制范围，使得PLC迅速渗透到工业控制的各个领域，包括从单机自动化到工厂自动化，从机器人、柔性机械制造系统到工业局部网络。新一代的各类PLC都具有很强的通讯功能，它既能对远程的I/O进行控制，又可实现PLC和PLC, PLC和计算机之间的通信。通过二者的通信连接，可使PLC与计算机的功能互补，PLC在控制方面可靠、方便，而计算机在图形显示、数据处理、打印报表以及中文显示等方面有很强的功能。因此各PLC制造厂商纷纷开发出适合自己公司的各种型号PLC与计算机通信的模块。其中三菱电机率先开发了MELSECNET网络，随着集

38、散控制及网络化控制不断普及，工业控制要求的不断提高，传统的PLC控制系统的网络化方向发展己成为趋势。上位机与PLC之间的通讯实际上是计算机与PLC的上位连接模块之间交换命令和响应。上位连接模块能够对计算机发送过来的字符串进行分析，检查资料格式，分析指令代码。再根据指令代码进行相应操作，并向计算机发出响应信号，通知计算机已经完成的操作或反映出通讯中的错误（FCS错误、代码错误、奇偶校验错误）。由于整个系统采用上位机主动的通信方式，PLC内部不需要用特定的梯形图编程语言来做下位机程序。FX2N系列PLC与计算机必须遵从FXZN系列PLC的特定通信协议，FX2N有其自身独有的通信帧格式，通信是建立在

39、以RS232C/RS422C/RS485C标准为基础的异步双向通信。4.2 变频机组电气控制电机试验系统图4-1电机试验系统变频机组中直流发电机-电动机拖动系统控制线路：图4-1 直流发电机-电动机拖动系统控制线路在此线路中：TD-同步电动机，拖动直流发电机。ZF-直流发电机，给直流电动机供电。ZD-直流电动机，拖动同步发电机。TF-同步发电机，给陪试电机供电。R1，R2-分别为ZF，ZD的励磁绕组。KA-过电流继电器。KM1，KM2-正反转控制接触器。4.3 通信原理计算机与PLC之间的通信采用主从应答方式，上位机始终处于主动状态，根据需要向PLC发出读/写命令，下位机处于被动状态只能响应上

40、位机的命令，无需编程，通信模块自动进行应答。开始通信时，计算机先发出一个控制字符ENQ，确认PLC是否作好通信准备，同时检查计算机与PLC的连接是否正确，当PLC接收到该字符后，若处于STOP状态，则马上应答，若PLC正处于RUN状态，则等到本次扫描周期结束时才能应答。如果通信正常，则应答字符ACK，若通信有错，则应答字符NAK。如果计算机发送一个控制字符ENQ，经过几秒后，信号没收到，则计算机再送二次控制字符ENQ，如果还是无信号收到，则说明连接存在错误。在传送资料时，发送方和接收方对数码进行累加，发送方在发完资料后将其累加和与收到的资料累加和相比较，若不相等，则回送错误确认帧，若相等则回送

41、正确确认帧;通信正常时。读数据时上位机通过通讯口向PLC发出读数据命令，PLC响应命令并将资料准备好，上位机再次读通讯口即可读到所需的资料;写资料时上位机通过通讯口向PLC发出写命令及资料，PLC即可接收。4.4 通信参数的设置为了使PLC和计算机之间能够进行正确的通信，必须在PLC内设置与通信有关的参数如波特率、停止位长/字节长、奇偶校验等。我们需要用一个16位的特殊数据寄存器D8120来设置通信格式，D8120的设置方式见表4-1，表中的b0为最低位，b15为最高位。设置好后，需关闭PLC电源，然后重新接通电源，才能使设置生效。表4-1 通信格式（D8120）位号名称描 述0(位=OFF)

42、1(位=ON)b0数据长度7位8位b1b2奇偶(b2,b1)(0,0): 无(0,1): 奇(0,1): 偶b3停止位1位2位b4b5b6b7波特率(BPS)（b7，b6，b5，b4）（b7，b6，b5，b4）（0，0，1，1）：300（0，1，1，1）：4800（0，1，0，0）：600（1，0，0，0）：9600（0，1，0，1）：1200（1，0，0，1）：19200（0，1，1，0）：2400b8标题无有效(D8124)默认：STX（02H）b9终结符无有效(D8125)默认：ETX（02H）b10b11b12控制线无协议（b12，b11，b10）（0，0，0）：无作用（0，0，1）：

43、端子模式（0，1，1）：互连模式（0，1，1）：普通模式（1，0，1）：普通模式b10b11b12控制线计算机链接（b12，b11，b10）（0，0，0）：RS485接口（0，1，0）：RS232接口b13和校验没有加和协议自动加和校验b14协议无协议专用协议b15传输控制协议协议格式1协议格式44.5 建立计算机与PLC的通信连接1.硬件连接：(1)安装RS485通信用扩展模块：FX2N-485PC-IF(2)安装连接在FX2N-485PC-IF中，SDA与SDB和RDA与RDB之间要接3000欧姆左右的电阻。双绞线在，485BD侧的屏蔽线要接地。2.软件设置：PLC的默认设置是只支持RS2

44、32通信，所以要使用RS485通信协议，必须用编程软件更改D8120，使其设置成RS485通信方式。正确的设置为:Link协议，9600波特率，数据位7，偶校验，2位停止位，无命令头和命令尾，整个命令不加和校验，采用协议1。即D8120=H408E3.编制、写入PLC程序在编制的PLC程序中加上如下内容，才能保证系统通讯正常:LD M8002MOV KO D8121MOV H408E D8120写入PLC程序后需要把PLC的电源切断，再上电后设置的参数才能有效第五章 监控系统的研究设计5.1 MCGS组态软件的介绍5.1.1 什么是MCGS组态软件MCGS(Monitor and Contro

45、l Generated System)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能成熟，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出

46、特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。5.1.2 MCGS组态软件的系统构成MCGS组态软件的整体结构MCGS 5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。组态环境：组态生成应用系统运行环境：解释执行组态结果组态结果数据库MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序MCGSSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.Mcg的工程文件，又