变频器控制系统的设计方法研究

高自祥 谢成盟

摘要： 随着我国自动化技术不断发展，为工业生产提供了巨大的技术动力。变频器作为整个控制系统的重要组成部分，加强变频器控制系统设计有助于降低人工劳力投入量、提高系统运行效率、降低资源损耗。基于此，本文重点探究变频器控制系统设计方案。

关键词： 变频器;控制系统;设计方案

引言

新时期下，变频器借助其良好的控制特性，在工业生产领域得到了广泛应用，当今大部分变频器控制都是采用外部控制方案，生产效率较低，造成人、财、物浪费严重。为了能够进一步发挥变频器的效用，需要对变频器控制系统进行优化。本文重点提出一种智能仪表控制变频器系统，采用了CAN总线技术，连接远程控制中心和变频器控制系统，这样有效实现生产设备的合理化设置、提高生产效率。本系统通过智能仪表监测，通过CAN总线将信息发送到远程控制中心当中，工作人员通过CAN总线将指令发送给控制器，从而控制电气设备工作运行，这对提高生产系统监控质量有着重要意义。

系统整体框架

在该系统当中，采用基于单片机的智能仪表作为数据采集装置，传感器可以获取设备运行参数，通过变频器控制设备运行。监测仪器通过CAN总线和控制心中连接，变频器作为从机，控制中心通过CAN总线向智能仪表发送指令信息，根据控制中心发送信号给变频器下达命令，如停止运行、启动运行、变频调速等，变频器接收到电机速度、转矩信号之后，即可给变频器PID调节器中输送给定信号，在变频器当中读取实际数值、状态信息，实现变频器的故障复位功能。整个设计框架如图1所示。

变频器控制系统设计方案

硬件设计

采用基于单片机的控制器，通过A/D采用通过信号调节电路将各项采集数据将传递给CAN总线，再到控制中心，执行器负责各项参数调节。智能仪表与CAN总线构成控制网络，可以在控制中心实现远程空间。系统当中变频器负责调节电气设备转速，单片机可以通过串行通信控制变频器。整个变频器系统当中，电路设计主要包括CAN总线接口、RS-485通信接口、信号调理、仪表主板、显示等电路。其中，最为重要的就是CAN总线和RS-485通信接口电路。

RS-485接口电路

选择好接口芯片，采用具有瞬变电源抑制功能的RS-485差分总线收发器。单片机上的TXD、RXD分别连接芯片上的1脚、4脚，作为数据的发送端、数据的接收端。单片机上的P4.3上与芯片2脚、3脚连接，并对每个连接脚命名，方面在整个程序系统中对芯片接口进行操作。RS-485可以将单片机和变频器连接，将RS232信号转化为RS485信号，实现统一处理。

CAN总线电路设计

在总线单片机选择上，要采用带有物理层驱动的芯片，从而保证CAN总线接口电路运行的稳定性，提高总线差动的收发能力。智能仪表单片机的引脚通过CAN总线接口和总线连接，从而实现电平转换功能，实现整个系统的驱动运行。单片机通过CAN控制器对将要发送的数据打包，之后通过CAN接口电路发送信号。

为了提高整个变频器系统的抗干扰性能，可以在单片机CAN总线控制器引脚和收发器之间增设一个高速光耦。收发器和CAN总线接口位置采用抗干扰相关措施。收发器的CAN-H和CAN-L引脚和CAN总线之间分别增设一个5Ω电阻，从而起到限流作用，避免收发器受到过流冲击的影响。CAN-H和CAN-L与接地之间分别连接一个30pF的小电容，有助于将总线上高频干扰滤除，并且可以起到一定的防辐射作用。在CAN-H和CAN-L之间并联一个15V瞬态电压抑制二极管，这样在瞬间高电压情况下避免收发器遭受损坏。

软件设计

变频器系统所有功能都要处在一个闭环系统中，根据实际生产需求对各个模块功能进行调用。其设计核心要点依然是CAN驱动子程序和RS-485通信子程序。

CAN驱动程序

仪表CAN驱动程序的主要作用是信息收发，也就是采用寄存器将设备数据集传输给CAN总线，上位机下达的相关信息传输给单片机寄存器。而单片机与将CAN总线之间的信息沟通核心為CAN驱动程序。在仪表CAN通信程序设计中，要结合实际标准要求对用户层程序进行编写，由于是采用了CAN通信协议，所以数据帧的组织、发送，主要是由CAN控制器完成。对CAN控制器进行设置将程序初始化，还可以设置波特率、中断允许、消息对象初始化等。结合实际应用标准，为了能够同时保障CAN总线长度、通信速率，波特率设计不得低于125kbps，总线长度为500m。单片机内部集成了16位CAN控制器，每个寄存器中都有一个索引号，一个索引号写入到CAN地址寄存器后，即可采用CAN数据寄存器访问该寄存器。

RS-485通信程序

将变频器和RS485接口电路使用双绞线连接，选择自带RS485接口的变频器可以省去编程环节，只需要设定参数即可。在实现通信功能时，单片机串口速率设定不得低于9600bps，设计单片机工作方式为中断方式，单片机向变频器发送信号，由CAN总线接收数据信息，包括从机地址、设定值、参数值等。

结束语

综上所述，采用基于CAN总线的变频器控制系统，可以有效解决传统变频器控制效率低、资源浪费多等问题。本文所提方案，通过实践应用具有抗干扰、稳定性好、控制精度高等特点，满足了工业生产的控制要求，应用前景十分广泛。

参考文献

刘普.基于PLC和变频器的港口门座起重机控制系统研究[D].南京理工大学，2014.

朱丽琴.基于PLC和变频器的供水控制系统设计研究[J].电子世界，2018，No.548（14）：150–151.