1 引言

過去，工程設(shè)計時一直需要大量的硬件系統(tǒng)，并且需要復(fù)雜的布線，要實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程控制幾乎是不可能的,如果設(shè)計師想要改進設(shè)計，所有不相關(guān)的硬件需要丟棄，這樣會造成極大的浪費。在整個設(shè)計中可對可編程序邏輯控制器（PLC）進行軟件編程來實現(xiàn)，大大減少了工程設(shè)計所需硬件，此外采用PLC的好處還在于可以使用第三方軟件LabVIEW方便的進行訪問和控制，只需要這種軟件安裝特定的驅(qū)動程序就可以了。

2 工程設(shè)計配置與準備

2.1 基于OMRON 網(wǎng)卡的NI OPC服務(wù)器

NI OPC服務(wù)器中有OMRON網(wǎng)卡的以太網(wǎng)驅(qū)動程序，可以實現(xiàn)OMRON CJ1MCPU11 - ETN21PLC與LabVIEW之間的通信。歐姆龍編程人員一般使用以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為軟件的專用接口，讓PLC用戶實現(xiàn)通訊。

NI OPC服務(wù)器配備有歐姆龍PLC的以太網(wǎng)驅(qū)動，用戶可以通過幾個簡單的設(shè)置來設(shè)置服務(wù)器，創(chuàng)建可以直接鏈接到的PLC寄存器的變量標簽，這些標簽定義為OPC標簽。NI OPC服務(wù)器還提供了NI OPC快速客戶端，使用戶能夠?qū)崟r監(jiān)控PLC的狀態(tài)。一旦創(chuàng)建了并正確配置OPC標簽，就可以簡化LabVIEW和PLC之間的通信，因為驅(qū)動程序可以自動應(yīng)用相關(guān)的FINS命令,與此同時，在LabVIEW中，程序可以通過使用與OPC標簽鏈接的共享變量來設(shè)計。

2.2 美國NI虛擬儀器

美國LabVIEW軟件是實驗室虛擬儀器工程工作臺的縮寫，它是一個圖形化的開發(fā)環(huán)境，能夠以最小的成本快速生成靈活的、可伸縮的設(shè)計、控制和測試應(yīng)用程序。

LabVIEW由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設(shè)計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。 LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學家解決問題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新。

通過LabVIEW，工程人員能夠與真實世界的信號進行交互，分析數(shù)據(jù)以獲得有意義的信息，并通過直觀的顯示、報告和網(wǎng)絡(luò)分享結(jié)果。無論有沒有編程經(jīng)驗，LabVIEW讓所有用戶都能快速、輕松地進行開發(fā)。LabVIEW擁有前端接口應(yīng)用程序，允許用戶設(shè)計并用于控制系統(tǒng)。一般來說，LabVIEW有三個主要元素：前面板、塊圖和連接器面板。前面板允許用戶構(gòu)建控件和指示器,控件包括旋鈕、按鈕、刻度盤和其他輸入機制,指示器是圖形、發(fā)光二極管和其他輸出顯示。

2.3 可編程序邏輯控制器

用于實現(xiàn)的PLC是歐姆龍CJ系列，該PLC有4個單元，即電源單元(CJ1M-PA202)，具有以太網(wǎng)功能的CPU單元(CJ1M-CPU11-ETN21)、基本輸入單元(CJ1M-ID211)和基本輸出單元(CJ1M -OC211)。所有這些單元都可以組裝在一起，并通過將它們移動到單元的背面來鎖定滑動器，最后的蓋板必須連接在PLC的右邊，否則會發(fā)生致命錯誤。

2.4 變頻驅(qū)動

OMRON SYSDRIVE 3G3MV -A2007型逆變器是一種可變頻率驅(qū)動，用于改變電機提供給電機的頻率，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。矢量控制功能的優(yōu)點是，它能保證輸出頻率為1赫茲的額定電機扭矩的150%，允許在低頻時產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，并抑制負載所引起的轉(zhuǎn)速波動。為了有效控制三相鼠籠型感應(yīng)電動機，需要對3G3MV逆變器的功能參數(shù)進行配置。

3 實現(xiàn)過程

為了實現(xiàn)這一項目，PLC和LabVIEW之間的通信是至關(guān)重要的，該實現(xiàn)使用LabVIEW來執(zhí)行電動機的啟動和停止操作，在正向或反方向上，通過改變電機的頻率來改變速度。然而，該系統(tǒng)并不是一種監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)，因為沒有實際的數(shù)據(jù)測量從電機的實際輸出中獲得。

如圖1所示，用戶有權(quán)通過一臺筆記本電腦作為主機進行控制,然后，用戶的輸入數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)換為布爾數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)電纜和路由器發(fā)送到CJ1M-CPU11-ETN21可編程邏輯控制器,一旦布爾數(shù)據(jù)被PLC處理，將打開PLC的基本輸出中的相關(guān)地址,根據(jù)用戶給出的輸入數(shù)據(jù)，這一過程允許3G3MV變頻/變頻驅(qū)動操作三相鼠籠感應(yīng)電動機。此外，當輸入功率為單相電源時3G3MV逆變器/變頻驅(qū)動器在電源模塊和電動機之間充當逆變器，而鼠籠式感應(yīng)電動機則仍以三相運行。

4 VI設(shè)計的實現(xiàn)

本文設(shè)計視覺識別（VI）程序的目的是讓用戶在正向或反向，通過改變電機的頻率來改變電機的起動和停止運行，并通過兩個簡單的步驟來改變電機的運行速度。首先按VI前面板中的向前或向后按鈕選擇轉(zhuǎn)向方向，其次，通過將頻率旋鈕轉(zhuǎn)換為用戶所期望的頻率值來改變速度。

在運行VI之前，確保所有的硬件都被正確地打開并配置好，并且啟動了NI OPC快速客戶端，使OPC標簽可以被這個VI中的共享變量所瀏覽。在實現(xiàn)中創(chuàng)建了5個OPC標記，并在表1中列出了標記的詳細信息。

表1 OPC標簽的細節(jié)及其與逆變器的連接

圖2中，綠色按鈕是確定電機正向運行的開關(guān)，橙色按鈕是確定電機反轉(zhuǎn)的開關(guān)，右側(cè)的綠色和橙色指示燈均顯示按鈕是否已打開，標有“頻率”的旋鈕是控制電機頻率以及速度的關(guān)鍵程序，標有“停止”功能的按鈕停止執(zhí)行程序。

VI框圖由程序的兩個部分組成，程序的第一部分是允許用戶打開鼠籠式感應(yīng)電機的正向或反向方向，程序的第二部分是通過改變旋鈕值來改變電機的頻率。圖3中，如果用戶已經(jīng)打開了正向按鈕，信號將被傳送到處于寫入模式的“outputbit1”共享變量，即信號將被寫入PLC。一旦信號成功寫入PLC，PLC的輸出地址1.01的指示燈和LabVIEW前面板中的“正向”方向指示燈將點亮。反向時與該過程相同。

圖4中，紅色方框表示VI命名的公式節(jié)點，其中公式節(jié)點中使用的為C語言。 在用戶通過“頻率變量”旋鈕設(shè)置頻率值后，該值將被發(fā)送到公式節(jié)點，在此表示為“a”。

公式節(jié)點的輸出已分為x，y和z，其中數(shù)字為0或1.為了使共享變量可讀，有必要將數(shù)字轉(zhuǎn)換為布爾格式。當信號為布爾格式并發(fā)送到共享變量時，信息將被寫入PLC，PLC的輸出地址1.05,1.06,1.07的指示燈將根據(jù)所需的輸出點亮。表2描述了多步速參考1至3與頻率參考1至8之間的關(guān)系。

表2 多步速度參考與頻率參考的關(guān)系

由于PLC與變頻驅(qū)動器以布爾格式進行通信，因此表2中頻率變化的概念至關(guān)重要，每個頻率參考值可以在變頻器的功能參數(shù)中設(shè)置。在本文中，每個頻率參考值的值已列在表3中。只要用戶根據(jù)任何條件設(shè)置輸入頻率，該數(shù)字將被轉(zhuǎn)換為布爾值，其中它將根據(jù)相關(guān)的多步速參考進行排列,然后，該布爾值將觸發(fā)變頻驅(qū)動，并根據(jù)表3所列的輸出條件確定鼠籠式感應(yīng)電機的頻率和速度。例如，如果用戶將輸入設(shè)置為8 Hz，其中該值的輸入范圍在7到14之間。因此，多級速度給定值1的布爾數(shù)為1，其余為0。然后，該信號觸發(fā)變頻器傳送7Hz的頻率。

表3 LabVIEW中輸入頻率的變化頻率參考條件

5 結(jié)束語
總體而言，選擇LabVIEW作為人機界面的實現(xiàn)是一個正確的決定，因為它具有易于理解和使用各種類型的應(yīng)用程序和功能。此外，這種方法更經(jīng)濟，因為系統(tǒng)實現(xiàn)的目標僅通過使用的LabVIEW工具包的基本功能（共享變量和NI OPC服務(wù)器）來實現(xiàn)。歐姆龍CJ1系列PLC易于安裝和設(shè)置,硬件和軟件配置都可以輕松實現(xiàn)完成，它可以通過簡單地添加更多具有各種功能的單元（如以太網(wǎng)單元）來執(zhí)行附加功能。