本发明实施例涉及电机智能控制
技术领域：
，尤其涉及基于CANopen通讯的监控系统。
背景技术：
：三相异步电机的生产应用与研究中，对电机运行状态的监控以及运行数据的分析是必不可少。在采用变频器对其进行监控时，目前变频器的控制设定不够灵活，通常也只实时显示电机某一参数当前值，并未将多个参数一段时间内的数据进行显示，另外电机运行参数像电流、电压等的波形显示更有利于分析，但变频器一般不具备波形显示功能。所以需要通过在上位机编程实现监控中参数的灵活设定，多参数的波形显示等功能。目前，上位机与变频器的通讯大多使用的是USB转RS485，通过modbus协议进行控制指令的下达以及电机运行状态参数的反馈。但由于modbus采用的是轮询应答式通讯，传输数据中同时包含站地址编码、校验码等使得通讯时间长，从而导致上位机下发的指令和变频器回传状态参数存在较长的延时。在某些需要对三相异步电机进行实时控制与状态显示分析的场合如动态加载系统等，是无法满足需求的。技术实现要素：有鉴于此，本发明实施例提供一种基于CANopen通讯的监控系统，以实现缩短监控系统的监控和显示的延长时间，实现严格实时显示，同时提供波形和数值显示等功能，满足电机控制与分析等的需求。本发明实施例提供了一种基于CANopen通讯的监控系统，包括：上位机、CANopen通讯模块、变频器以及电机；所述上位机通过所述CANopen通讯模块连接至所述变频器，所述上位机对所述CANopen通讯模块进行预设参数配置以建立上位机和变频器之间的通讯连接；基于所述通讯连接，所述上位机对所述变频器进行参数设置和状态显示；所述变频器连接至所述电机，用于根据所述参数驱动所述电机工作。进一步的，所述CANopen通讯模块包括相互连接的USB转CAN器和CANopen适配器，所述USB转CAN器和上位机连接，所述CANopen适配器连接至所述变频器。进一步的，所述对所述CANopen通讯模块进行预设参数配置包括：所述上位机对所述USB转CAN器进行第一通讯配置；所述变频器对CANopen适配器进行第二通讯配置；所述上位机和变频器通过所述第一通讯配置和第二通讯配置建立通讯连接。进一步的，所述上位机包括：设置模块和监控模块；所述设置模块，包括通讯参数设置单元和电机参数设置单元，所述通讯参数设置单元用于为所述USB转CAN器进行预设参数配置，所述电机参数设置单元用于为所述变频器设定参数以控制所述电机的工作状态；所述监控模块，用于监控所述电机的工作状态，并将所述工作状态实时显示。进一步的，所述设置模块还包括转换单元；所述转换单元，用于根据所述电机参数的读写状态，进行数据转换，其中，写入状态下的转换公式为：读取状态下的转换公式为：其中，ni为变频器中所设置的参数，nt为国际通用单位下参数，N为电机的额定参数，M为变频器中与所述电机的额定参数对应的数值。进一步的，所述设置模块还包括控制方式设置单元，所述控制方式设置单元用于设置所述变频器对所述电机的控制方式。进一步的，所述监控模块包括：采集单元，所述采集单元用于实施采集所述电机的基于过程数据对象的实际工作状态参数。进一步的，所述监控模块还包括：显示单元，所述显示单元用于以波形和/或数值的方式实时显示所述电机的实际工作状态。进一步的，所述上位机还包括报警模块，所述报警模块用于检测所述监控系统的故障，并发出警报信息。进一步的，所述电机为三相异步电机。上述实施例提供的一种基于CANopen通讯的监控系统，包括：上位机、CANopen通讯模块、变频器以及电机；上位机通过CANopen通讯模块连接至变频器，上位机对CANopen通讯模块进行预设参数配置以建立上位机和变频器之间的通讯连接；基于该通讯连接，上位机对变频器进行参数设置和状态显示；变频器连接至电机，用于根据参数驱动电机工作，以解决现有技术中采用USB转RS485通讯导致的延时较长，无法满足对实时监控应用场合，以实现缩短由于通讯导致的监控延时；同时减少电机控制与测试中测量仪器的使用，以实现减少附加设备和成本。附图说明图1是本发明实施例提供的一种基于CANopen通讯的监控系统的结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种基于CANopen通讯的监控系统的另一结构示意图；图3是本发明实施例提供的一种基于CANopen通讯的监控系统的再一结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。图1是本发明实施例提供的一种基于CANopen通讯的监控系统的结构示意图。如图1所示，该基于CANopen通讯的监控系统包括：上位机110、CANopen通讯模块120、变频器130以及电机140。上位机110通过CANopen通讯模块120连接至变频器130，上位机110对CANopen通讯模块120进行预设参数配置以建立上位机110和变频器130之间的通讯连接；基于该通讯连接，上位机110对变频器130进行参数设置和状态显示；变频器130连接至电机140，用于根据参数驱动电机140工作。上位机110是指可以直接发出操控命令的计算机，上位机110中安装实现基于CANopen通讯的监控系统的LabVIEW开发软件，LabVIEW是一种图形化编程语言，使用图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。基于LabVIEW开发出实现基于CANopen通讯的监控系统，通过该监控系统可以实现对CANopen通讯模块120、变频器130以及电机140的参数设置和工作状态的控制。该监控系统可以适用于不同型号的变频器和不同功率三相异步电机的控制。CANopen通讯模块120是基于CANopen协议进行通讯传输的模块。CANopen通讯模块120中集成有多种数据接口，如标准CAN接口、标准串行接口或以太网接口等。CANopen通讯模块120可以将使用以太网接口或串行接口的通信设备转换成CANopen从站，与CANopen主站进行通信和配置。CANopen通讯模块120在上位机110和变频器130之间基于CANopen协议进行数据传输。CANopen协议是基于CAN总线协议建立的应用层协议，属于主-从站协议，一个CANopen网络中有一个主机和若干个从机，变频器130是一种通过改变工作电源频率方式来控制交流电机进行工作的电力控制设备。实施例中，上位机110通过CANopen通讯模块120与变频器130进行通讯。在实施例中，上位机110为主机，变频器130为从机。上位机110根据CANopen通讯模块的型号进行预设参数配置，比如通讯节点地址、通讯标准协议或透传模式等以在建立上位机和变频器之间的通讯连接。电机140是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，根据工作原理，可以分为同步电机和异步电机等。在实施例中，电机140可以连接负载设备150，如水泵等，用于驱动负载设备150进行工作。当上位机110与CANopen通讯模块120之间以及CANopen通讯模块120与变频器130之间已经建立通讯连接，通过上位机编程可以实现CANopen通讯模块120以及变频器130的参数配置，包括初始化参数设置，并重新设置工作状态参数等。其中，变频器130的参数包括：电机额定参数、保护参数、控制方式等，额定参数是指变频器精确和安全控制电机所必需的参数，保护参数是指对电机控制过程中出现过流、超速跑飞的保护所对应的参数，电机在该保护参数设置下运行能够防止出现设备故障和安全隐患，控制方式是指控制电机进行工作的方式，包括闭环转矩控制方式、闭环转速控制方式、开环转矩控制方式和开环转速控制方式等。上位机110获取用户配置的电机工作状态参数，生成相应的电机控制命令，并将该电机控制命令通过CANopen通讯模块120发送至变频器130，变频器130接收该电机控制命令，同时控制电机140进行运作。本实施例提供的一种基于CANopen通讯的监控系统，包括：上位机、CANopen通讯模块、变频器以及电机；上位机通过CANopen通讯模块连接至变频器，上位机对CANopen通讯模块进行预设参数配置以建立上位机和变频器之间的通讯连接；基于该通讯连接，上位机对变频器进行参数设置；变频器连接至电机，用于根据参数驱动电机工作，以解决现有技术中采用USB转RS485通讯导致的延时较长，无法满足对实时监控应用场合，以实现缩短由于通讯导致的监控延时；同时减少电机控制与测试中测量仪器的使用，以实现减少附加设备和成本。图2是本发明实施例提供的一种基于CANopen通讯的监控系统的另一结构示意图。在上述实施例的基础上，如图2所示，CANopen通讯模块120包括相互连接的USB转CAN器121和CANopen适配器122，该USB转CAN器121和上位机110连接，CANopen适配器122连接至变频器130。USB转CAN器121是指将基于USB通讯协议的数据传输转换为基于CAN协议的数据传输形式的设备，USB转CAN器121中内置有多种函数以供用户开发使用。USB转CAN器121连接到上位机110后，通过上位机110对USB转CAN器121进行通讯配置，使USB转CAN器121能与上位机110进行正常通讯。CANopen适配器122用于将变频器130的通讯传输适配于CAN总线，以通过USB转CAN器121和CANopen适配器122建立起上位机110与变频器130之间的通讯连接。在一个实施例当中，所述对所述CANopen通讯模块进行预设参数配置包括：所述上位机对所述USB转CAN器进行第一通讯配置；所述变频器对CANopen适配器进行第二通讯配置；所述上位机和变频器通过所述第一通讯配置和第二通讯配置建立通讯连接。具体的，第一通讯配置可以为采用图形化编程语言LabVIEW中的节点函数调用USB转CAN器的接口库函数，对USB转CAN器121进行相应的通讯配置，使得USB转CAN器121能与上位机110进行正常通讯。第二通讯配置具体为对变频器的CANopen通讯参数的配置，如通讯节点地址、通讯标准协议以及透传模式等，使得CANopen适配器122能与变频器130进行数据传输。通过上述的第一通讯配置和第二通讯配置，在上位机110和变频器130之间建立通讯连接，从而实现在上位机110上进行CANopen通讯模块120和变频器130的参数配置，从而控制电机140的工作状态。在一个实施例当中，该上位机110包括：设置模块111和监控模块112；所述设置模块111，包括通讯参数设置单元和电机参数设置单元，所述通讯参数设置单元用于为所述USB转CAN器进行预设参数配置，所述电机参数设置单元用于为所述变频器130设定工作状态参数以控制所述电机140的工作状态；所述监控模块112，用于监控所述电机140的工作状态，并将所述工作状态实时显示。通过图形化编程语言，在上位机110上开发出一个或多个设置模块121，该设置模块121用于设置CANopen通讯模块120以及电机140运行时的参数，具体的，设置模块121可以包括通讯参数设置单元和电机参数设置单元。根据应用需求，通讯参数可以分为对时效没要求的采集服务数据对象(ServiceDataObjects，SDO)和对时效有强要求的采用过程数据对象(PHPDataObject，PDO)。SDO和PDO均是基于CANopen协议的通信对象，通过封装CAN总线协议的数据帧来实现。PDO对象为过程数据对象，即单向传输，用于无连接的数据传输，无需接收节点回应CAN报文来确认，从通讯术语上来说是属于“生产消费”模型；SDO对象为服务数据对象，用于有连接的数据传输，有指定被接收节点的地址，并且需要指定的接收节点回应CAN报文来确认已经接收，如果超时没有确认，则发送节点将会重新发送原报文。这种通讯方式属于“服务器客户端”的通信模型。上位机110通过CANopen通讯模块120对变频器130进行参数设置中，采用CANopen通讯协议中的网络管理(networkmanagement,NMT)与服务数据对象(Servicedataobject,SDO)组合进行通讯，即通过网络管理控制命令进入预操作状态后，采用SDO进行这些参数的配置，此类参数对实时性无要求，如电机的保护参数和额定参数等。上位机110通过CANopen通讯模块120发送电机140控制命令和获取实时采集到的电机状态参数，可以采用CANopen中网络管理与过程数据对象(Processdataobject,PDO)组合进行通讯，即通过网络管理控制命令进入操作状态后，采用PDO进行实时监控参数的变化，以减少通讯时的延时，此类参数对实时性要求较高，如电机的实际工作状态参数，如实际功率、实际电压、实际电流、实际转速和实际转矩等。在一个实施例当中，该设置模块111还包括转换单元，所述转换单元，用于根据所述电机参数的读写状态，进行数据转换，其中，写入状态下的转换公式为：读取状态下的转换公式为：其中，ni为变频器中所设置的参数，nt为国际通用单位下参数，N为电机的额定参数，M为变频器中与所述电机的额定参数对应的数值。由于变频器中所设置的参数与通用国际单位下参数可以并不完全一致，同样，相对于同一参数，电机的额定参数与变频器所对应的数值也并不完全一致，因此需要进行转换。例如，N为500转/分钟，M为10000，其代表着变频器中的参数10000对应电机额定转速500转/分钟，在写入状态下，若想获得250转/分钟的电机转速，则根据转换公式写入变频器所需要设置的参数5000；在读取状态下，若设置的变频器的参数为5000，则根据转换公式读取电机在国际通用单位下的参数为250转/分钟。需要说明的是，读取出来的电机在国际通用单位下的参数可能为百分数，此时需要乘以100以得到实际的参数。将电机所需设定的参数以及电机在实际过程中的运动状态参数在上位机上设置于读取出来，从而实现监控系统在变频器驱动范围内实现不同电机工作状态的通用性。在一个实施例当中，设置模块111还包括控制方式设置单元，所述控制方式设置单元用于设置所述变频器对所述电机的控制方式。具体的，可以通过改变变频器的变量地址中的主控制字实现控制方式的转换。控制方式是指控制电机进行工作的方式，包括闭环转矩控制方式、闭环转速控制方式、开环转矩控制方式和开环转速控制方式等。在一个实施例当中，所述监控模块112包括：采集单元，所述采集单元用于实施采集所述电机的基于过程数据对象的实际工作状态参数。在工作过程中，电机的实际工作状态参数会随着电机工作状态的变化而实时发生变化，该实际工作状态参数对实时性要求较高，为面向过程数据对象。基于过程数据对象的实际工作状态参数采用生产消费模式，实时控制时生产者是主站即上位机，消费者是从站即变频器；但是电机工作状态实时上传至上位机的过程中，生产者是从站即变频器，消费者为主站即上位机，使得时间消耗小，实现最大化的实时性。在一个实施例当中，所述监控模块112还包括：显示单元，所述显示单元用于实时显示所述实际工作状态参数。监控模块112中的显示单元是通过LabVIEW的前面板实现软件功能的界面布局，在该界面上以波形的形式实时显示电机的实际工作状态参数，包括电压、频率、转速、转矩等，可对电机的多个工作状态参数直接观测，减少了示波器和万用表等测试仪器的使用，降低了成本。在一个实施例当中，所述上位机110还包括报警模块113，所述报警模块113用于检测所述监控系统的故障，并发出警报信息。主状态字中设置有变频器报警和变频器故障位，实时读取变频器的主状态字中的变频器报警和变频器故障位，并通过LabVIEW的布尔控件以信号灯的方式提醒变频器是否正常运行，同时对CANopen通讯中的USB转CAN器状态和CAN通讯状态以布尔控件判断是否正常通讯。布尔控件用于通过按钮、开关和指示灯输入和显示布尔值。在一个实施例当中，所述电机为三相异步电机。异步电机的转速时刻随着负载的大小的变化而变化，异步电机的转速低于电磁转速。实施例中的三相异步电机可以为不同型号的三相异步电机，通过改变变频器的参数配置，可以在监控系统上实现对不同型号的三相异步电机的控制和驱动。当然，该电机也可以是其他电机，如同步电机等。下面对本实施例提供的技术方案进行示例性的描述：图3是本发明实施例提供的一种基于CANopen通讯的监控系统的再一结构示意图。本实施例中，以ACS800-01变频器采用直接转矩控制三相异步电机为例，对本方案提出的基于CANopen通讯的监控系统进行说明，其中，该三相异步电机的部分参数为：功率1.5kW，转速：1403r/min，电压380V，电流3.7A。ACS800-01变频器连接至电网，三相异步电机由该变频器供电。本实施例中的监控系统可以满足在ACS800-01变频器所能驱动的功率范围内对不同型号的三相异步电机的驱动和控制。将上位机通过USB转CAN器和CANopen适配器连接至ACS800-01变频器，再由该变频器驱动控制该三相异步电机，该三相异步电机连接至另一负载设备，可以同型号的三相异步电机或其他设备，如风力机和水泵等。本实施例中，负载设备采用完全相同的功率为1.5kW的三相异步电机。配置主站通讯参数，打开CANopen通讯，输入电机额定参数，设置控制方式启动电机与负载，可对三相异步电机进行实时的监控。首先采用LabVIEW中的节点函数调用USB转CAN器的接口库函数，对USB转CAN器进行第一通讯配置，如通讯初始化配置和CAN帧收发等。在上位机与变频器之间建立通讯连接后，按照表1、表2和表3对变频器ACS800-01进行第二通讯配置。需要说明的是，当变频器的型号不相同的，对应的参数配置可以不相同。表1ACS800-01变频器通讯配置参数表变频器参数组设置说明98.02FIELDBUS激活变频器的CANopen适配卡51.01CANopen设置为CANopen通讯51.021将变频器的节点号设置为151.038通讯速率为1Mbit/s51.040/1PDO通讯变量由51参数设置或总线设置51.261通讯协议为Transparent，即透传对于实时性强的电机控制指令与电机状态参数的PDO通讯变量，ACS800-01变频器可以采用51参数设置，如表2所示。表2ACS800-01变频器PDO对象通讯配置参数表变频器参数组设置说明51.051接受使能51.061接受数据传输方式为异步51.15254发送使能51.16255发送数据传输方式为异步51.1710PDO发送间隔时间10ms参数组51.07～51.14为具体接受PDO变量在ACS800-01对象字典定义的地址，参数组51.07～51.14为具体发送PDO变量在ACS800-01对象字典定义的地址。其中主要的几个变量的地址见表3：表3ACS800-01变频器变量地址表主索引子索引说明2005(hex)主控制字2006(hex)转速指令4000(hex)03(hex)转矩指令4000(hex)04(hex)主状态字其他参数的地址为其在参数组中的索引前两位为对象字典中4000(hex)中的十位和个位，后两位为子索引。当按照上述表格将变频器的参数配置完成后，建立上位机与变频器之间的硬件连接。配置变频器的工作状态参数，以控制驱动三相异步电机的工作状态，变频器参数包括三相异步电机的额定参数和保护参数等，以实现监控系统的参数的写入和读取。表4为变频器额定参数表。表4变频器额定参数表对ACS800-01变频器的控制方式有多种，包括：闭环转矩控制方式、闭环转速控制方式、开环转矩控制方式和开环转速控制方式等，可以通过改变主控制字实现转速控制、转矩控制、开环控制和闭环控制等控制方式。根据应用需求，对监控系统的通讯参数进行SDO和PDO参数配置，其中SDO参数配置为服务数据对象参数配置，对时效没要求，即不随电机的工作状态而变化的参数，PDO参数配置为过程数据对象参数配置，对时效要求高，即随电机的工作状态而变化的参数。首先，判断该通讯参数是否为PDO参数，若是，则通过网络管理NMT进行操作状态，写入电机控制命令，变频器根据该电机控制命令驱动电机工作，同时实时读取电机的实际工作状态参数，若否，则通过网络管理NMT进入预操作状态，写入变频器参数，如保护参数和额定参数等，设定变频器的控制方式，如将控制方式设置为开环转矩控制，采用应答方式的服务数据对象SDO进行通讯。具体的，实时性要求高的参数，需要先通过NMT进入操作状态，通过过程数据对象PDO进行通讯。由于电机实际工作状态参数与变频器中的设置参数中的表示数不同，在进行参数的读写过程中需要进行转换，例如写入转矩的转换公式如下式Ti为变频器中的转矩指令，Tm是实际要控制的转矩指令，TN为额定转矩，ACS800-01中以10000表示额定转矩的100％。同时，为了方便检测监控系统的故障信息，实时读取ACS800-01变频器的主状态字中的变频器报警和变频器故障位，并同过LabVIEW的布尔控件以信号灯的方式提醒变频器是否正常运行，同时对CANopen通讯中USB转CAN器状态和CAN通讯状态也以布尔控件判断是否正常通讯。本实施例通过对三相异步电机的监控实验，并在不同的控制方式下对三相异步电机进行监控，以及在变频器可驱动控制范围内的电机进行试验，以检测基于CANopen通讯的监控系统的可靠性，该监控系统可适用于使用变频器驱动控制范围内不同型号三相异步电机进行工作，兼容性强，采用CANopen协议进行通讯，缩短了通讯时间，能够满足一些对实时控制有要求的应用场合，同时电机控制灵活的，可对电机多个运行状态参数直接观测，减少了示波器、万用表等测试仪器的使用，降低了成本，且监控系统设计与实现简单。注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。当前第1页1 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