恒壓供水變頻器的嵌入式狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、變頻節(jié)能及軟件起動(dòng)系統(tǒng)恒壓供水變頻器的嵌入式狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)陽(yáng)1，左效斌2，陳洪法2（1. 山東女子學(xué)院，濟(jì)南250300；2. 山東魯能智能技術(shù)有限公司，濟(jì)南250002）摘要：針對(duì)目前被廣泛用于恒壓供水的工業(yè)變頻器，設(shè)計(jì)了一種基于ARM9芯片和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的變高頻器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的可靠性和交互性，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且便于擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及無(wú)線通信。關(guān)鍵詞：變頻器；Modbus 協(xié)議；嵌入式系統(tǒng)；ARM 中國(guó)分類號(hào)：TP23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADesign of Embedded Status Monitoring System for Inverte

2、rs inConstant-Pressure Water SupplyGAO Yang 1, ZUO Xiao-bin 2, CHEN Hong-fa 2(1.ShangdongWomen s University, Jinan 250300, China;2.Shandong Luneng Intelligence Technology Co., LTD, Jinan 250002, ChinaAbstract ：A novel embedded status monitoring system based on ARM9chip and embedded Linux operating s

3、ystem for inverters which are now widely used in constant-pressure water supply is introduced. The system has advantages of good relia-bility, interaction conveniently extended and implementation data storage and wireless communication. It can implement re-al-time inverter status monitor.Keywords ：i

4、nverter ；Modbus protocol ；embedded system ；ARM0引言變頻恒壓供水技術(shù)目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而監(jiān)控變頻器的日常運(yùn)行狀態(tài)，如頻率、電壓等，總結(jié)其運(yùn)行規(guī)律，對(duì)于供水系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行具有重要的意義?，F(xiàn)有的變頻器自帶的圖形監(jiān)視模塊為通用性產(chǎn)品，對(duì)于不同場(chǎng)合變頻器狀態(tài)監(jiān)控的特點(diǎn)針對(duì)性不強(qiáng)；而已有的針對(duì)變頻器單獨(dú)開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)多使用單片機(jī)作為處理器，通過(guò)LED 顯示，交互性差，功能單一1；或采用PLC 監(jiān)控，雖然PLC 功能強(qiáng)大，但造價(jià)較高，用于變頻器監(jiān)控不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)用；某些資料雖然2面顯示。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理如圖1所示?，F(xiàn)代工業(yè)變頻器大都提供了Mo

5、dbus 通信接口，通過(guò)Modbus 通信能夠讀取變頻器的狀態(tài)參數(shù)及發(fā)送控制命令。以施耐德ATV61變頻器為例，通過(guò)設(shè)置【1.9通信】菜單，可以改變變頻器的Modbus 地址、波特率、變頻器內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)和命令參數(shù)的地址等4。監(jiān)控系統(tǒng)采用基于ARM9內(nèi)核的三星S3C2440芯片，通過(guò)該芯片的串行接口和變頻器進(jìn)行Modbus 通信；軟件體系采用Linux+QT/Embedded的模式，實(shí)現(xiàn)變頻器狀態(tài)參數(shù)的圖形界面顯示。介紹了基于ARM 的變頻器監(jiān)控，但對(duì)于圖形界面的設(shè)計(jì)研究不足3。針對(duì)以上研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種基于ARM9芯片和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式變頻器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并針對(duì)供水變頻器進(jìn)

6、行了實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)基于Modbus 協(xié)議通過(guò)串行接口與變頻器通信，獲得變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并通過(guò)QT 窗口實(shí)現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)的圖形界基金項(xiàng)目：山東女子學(xué)院青年科研課題（2010ZD05）。作者簡(jiǎn)介：高陽(yáng)(1986-，碩士，從事能源動(dòng)力管理工作。收稿日期：2012-04-16圖1系統(tǒng)原理圖此外，由于ARM 的串口為TTL 電平，而ATV61變頻器僅支持RS-485協(xié)議，中間需要加電平轉(zhuǎn)換電路。2硬件設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括CPU 、自動(dòng)化應(yīng)用20126期55變頻節(jié)能及軟件起動(dòng)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)、電源模塊、人機(jī)接口模塊和通信模塊等。CPU 采用基于ARM920T 內(nèi)核的三星S3C2440芯片，通過(guò)

7、該芯片的UART 串行接口向變頻器發(fā)送Modbus 命令，并接受變頻器的響應(yīng)數(shù)據(jù)。接受的數(shù)據(jù)可以通過(guò)LCD 顯示器顯示，還可以根據(jù)需要存儲(chǔ)在NANDFlash 芯片中。圖4系統(tǒng)軟件流程圖主函數(shù)中，設(shè)定QTimer 的程序如下：QTimeout *a=newQTimeout;圖2ARM 系統(tǒng)硬件架構(gòu)QTimer *timer=new QTimer(widget;QObject:connect(timer,SIGNAL(timeout(,a,SLOT(timerDone(;timer->start(30000;其中，QObject:connect(函數(shù)將QTimer 對(duì)象timer 的tim

8、eout （）信號(hào)和QTimeout 類對(duì)象a 的槽timerDone由于ATV61變頻器僅支持RS-485標(biāo)準(zhǔn)，需要在ARM 系統(tǒng)和ATV61變頻器之間設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路，如圖3所示。電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX1487集成芯片，由于MAX1487以半雙工的方式工作，因此用S3C2440的GPE0引腳控制其發(fā)送與接收。當(dāng)GPE0為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器使能而接收器高阻態(tài)，此時(shí)可以發(fā)送數(shù)據(jù)；而當(dāng)GPE0為低電平時(shí)，接收器使能而驅(qū)動(dòng)器為高阻態(tài)，此時(shí)可以接收數(shù)據(jù)。(連接起來(lái)，利用QT 的信號(hào)和槽機(jī)制，在槽函數(shù)timerDone(中完成Modbus 命令的發(fā)送和響應(yīng)數(shù)據(jù)的接受顯示等。在Modbus 通信過(guò)程中，應(yīng)

9、用程序不能直接對(duì)串口操作，需要通過(guò)使用Linux 的設(shè)備文件操作接口，如write 和read 函數(shù)等，調(diào)用串口驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。槽函數(shù)timerDone (的Modbus 命令發(fā)送程序如下：ioctl(fd_CON,SEN,1;/GPE0=1，開(kāi)啟發(fā)送；fd =open(“/dev/uart2”,0;/打開(kāi)串口設(shè)備；int len =write(fd,&function_read,sizeof圖3RS-485電平轉(zhuǎn)換電路function_read-1;其中，function_read的類型為自定義的結(jié)構(gòu)體3軟件設(shè)計(jì)由于在發(fā)送和接受數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)超時(shí)、幀校驗(yàn)出錯(cuò)等異常情況，程序中還應(yīng)包括異

10、常處理部分。ADU 類型。ADU 結(jié)構(gòu)體表示構(gòu)造的Modbus 發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)單元：struct ADUchar address;/從站地址；char function_code;/功能碼；int data_address;/數(shù)據(jù)地址；int count;/數(shù)據(jù)量；int CRC;/CRC校驗(yàn)；;槽函數(shù)timerDone(的Modbus 接受響應(yīng)數(shù)據(jù)程序如下：ioctl(fd_CON,REC,1;/GPE0=0，開(kāi)啟接受；56變頻節(jié)能及軟件起動(dòng)系統(tǒng)int len =read(fd,&data_r,sizeof data_r-1; 在接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)后，調(diào)用QT 的類庫(kù)顯示響應(yīng)的變頻器參數(shù)。

11、應(yīng)用程序的啟動(dòng)界面如圖5所示。圖6所示。圖6圖5程序啟動(dòng)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控界面5結(jié)語(yǔ)基于ARM9芯片和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的變頻器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和圖形界面顯示，具有較好的交互性和可靠性，通過(guò)進(jìn)一步擴(kuò)展還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信，對(duì)于研究和改善變頻系統(tǒng)的運(yùn)行具有較高的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1劉玲玲，劉德平，等. 基于Modbus 協(xié)議的變頻器遠(yuǎn)程控制器的研究J.儀表技術(shù)與傳感器, 2010,(6：33-354實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要先設(shè)置變頻器的Modbus 通信參數(shù)，如波特率、Modbus 地址等。以施耐德ATV61變頻器為例，需要設(shè)置【1.9通信】中的【COM. SCANN

12、ER IN -PUT 】、【圖形終端MODBUS 】和【網(wǎng)絡(luò)MODBUS 】菜單，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表1和表2所示。表1選項(xiàng)名稱【COM. SCANNER INPUT 】菜單設(shè)置值（邏輯地址）代表參數(shù)頻率電機(jī)電流電機(jī)轉(zhuǎn)矩主電壓2李晟. 基于Modbus 協(xié)議的觸摸屏-PLC-變頻器通信控制系統(tǒng)J.可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2007,(7：Scan. IN1address Scan. IN2address Scan. IN3address Scan. IN4address73-763常慕，洪健. Modbus 協(xié)議的變頻控制器設(shè)計(jì)J.華僑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009,30（4）：376-379表

13、2【圖形終端MODBUS 】和【網(wǎng)絡(luò)MODBUS 】菜單設(shè)置選項(xiàng)名稱選項(xiàng)含義變頻器地址波特率數(shù)據(jù)單元格式超時(shí)設(shè)定設(shè)定值4王兆宇. 施耐德電氣變頻器原理與應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009：180-201Modbus 地址Modbus 波特率Modbus 格式Modbus 超時(shí)0x0819.2kbps 8E120.0s5GBZ19582-2004, 基于Modbus 協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范S6Jasmin Blanchette, Mark Summerfield.C+GUI QT4編程M.閆鋒欣，等，譯. 北京：電子工業(yè)出版社,2008設(shè)置完后，將嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)串口和變頻器的通信接口連接，運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，顯示結(jié)果如7李新峰，何廣生，趙秀文. 基于ARM9的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社 ,2008（上接第46頁(yè)）制J.金屬世界，2011，（02）3何安瑞，邵健，凌智，等.1580mm 熱帶鋼軋機(jī)板形控制系統(tǒng)J.鋼鐵，2011，（03）系統(tǒng)的應(yīng)用J.鋼鐵，2006，（02）6陳