恒压供水变频器的嵌入式状态监测系统设计

1、变频节能及软件起动系统恒压供水变频器的嵌入式状态监测系统设计阳1，左效斌2，陈洪法2（1. 山东女子学院，济南250300；2. 山东鲁能智能技术有限公司，济南250002）摘要：针对目前被广泛用于恒压供水的工业变频器，设计了一种基于ARM9芯片和嵌入式Linux 操作系统的变高频器状态监测系统。该监控系统具有良好的可靠性和交互性，能够实现变频器状态的实时监控，并且便于扩展实现数据存储及无线通信。关键词：变频器；Modbus 协议；嵌入式系统；ARM 中国分类号：TP23文献标识码：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引言变频恒压供水技术目前已经得到了广泛的应用，而监控变频器的日常运行状态，如频率、电压等，总结其运行规律，对于供水系统的稳定、高效运行具有重要的意义。现有的变频器自带的图形监视模块为通用性产品，对于不同场合变频器状态监控的特点针对性不强；而已有的针对变频器单独开发的监控系统多使用单片机作为处理器，通过LED 显示，交互性差，功能单一1；或采用PLC 监控，虽然PLC 功能强大，但造价较高，用于变频器监控不够经济实用；某些资料虽然2面显示。1系统总体设计系统的原理如图1所示。现代工业变频器大都提供了Mo

5、dbus 通信接口，通过Modbus 通信能够读取变频器的状态参数及发送控制命令。以施耐德ATV61变频器为例，通过设置【1.9通信】菜单，可以改变变频器的Modbus 地址、波特率、变频器内部状态参数和命令参数的地址等4。监控系统采用基于ARM9内核的三星S3C2440芯片，通过该芯片的串行接口和变频器进行Modbus 通信；软件体系采用Linux+QT/Embedded的模式，实现变频器状态参数的图形界面显示。介绍了基于ARM 的变频器监控，但对于图形界面的设计研究不足3。针对以上研究现状，设计了一种基于ARM9芯片和嵌入式Linux 操作系统的嵌入式变频器状态监测系统，并针对供水变频器进

6、行了实验。该系统基于Modbus 协议通过串行接口与变频器通信，获得变频器的状态参数，并通过QT 窗口实现相应参数的图形界基金项目：山东女子学院青年科研课题（2010ZD05）。作者简介：高阳(1986-，硕士，从事能源动力管理工作。收稿日期：2012-04-16图1系统原理图此外，由于ARM 的串口为TTL 电平，而ATV61变频器仅支持RS-485协议，中间需要加电平转换电路。2硬件设计监控系统硬件结构如图2所示，主要包括CPU 、自动化应用20126期55变频节能及软件起动系统存储系统、电源模块、人机接口模块和通信模块等。CPU 采用基于ARM920T 内核的三星S3C2440芯片，通过

7、该芯片的UART 串行接口向变频器发送Modbus 命令，并接受变频器的响应数据。接受的数据可以通过LCD 显示器显示，还可以根据需要存储在NANDFlash 芯片中。图4系统软件流程图主函数中，设定QTimer 的程序如下：QTimeout *a=newQTimeout;图2ARM 系统硬件架构QTimer *timer=new QTimer(widget;QObject:connect(timer,SIGNAL(timeout(,a,SLOT(timerDone(;timer->start(30000;其中，QObject:connect(函数将QTimer 对象timer 的tim

8、eout （）信号和QTimeout 类对象a 的槽timerDone由于ATV61变频器仅支持RS-485标准，需要在ARM 系统和ATV61变频器之间设置电平转换电路，如图3所示。电平转换芯片采用MAX1487集成芯片，由于MAX1487以半双工的方式工作，因此用S3C2440的GPE0引脚控制其发送与接收。当GPE0为高电平时，驱动器使能而接收器高阻态，此时可以发送数据；而当GPE0为低电平时，接收器使能而驱动器为高阻态，此时可以接收数据。(连接起来，利用QT 的信号和槽机制，在槽函数timerDone(中完成Modbus 命令的发送和响应数据的接受显示等。在Modbus 通信过程中，应

9、用程序不能直接对串口操作，需要通过使用Linux 的设备文件操作接口，如write 和read 函数等，调用串口驱动实现。槽函数timerDone (的Modbus 命令发送程序如下：ioctl(fd_CON,SEN,1;/GPE0=1，开启发送；fd =open(“/dev/uart2”,0;/打开串口设备；int len =write(fd,&function_read,sizeof图3RS-485电平转换电路function_read-1;其中，function_read的类型为自定义的结构体3软件设计由于在发送和接受数据时，可能会出现超时、帧校验出错等异常情况，程序中还应包括异

10、常处理部分。ADU 类型。ADU 结构体表示构造的Modbus 发送应用数据单元：struct ADUchar address;/从站地址；char function_code;/功能码；int data_address;/数据地址；int count;/数据量；int CRC;/CRC校验；;槽函数timerDone(的Modbus 接受响应数据程序如下：ioctl(fd_CON,REC,1;/GPE0=0，开启接受；56变频节能及软件起动系统int len =read(fd,&data_r,sizeof data_r-1; 在接收到响应数据后，调用QT 的类库显示响应的变频器参数。

11、应用程序的启动界面如图5所示。图6所示。图6图5程序启动界面实时监控界面5结语基于ARM9芯片和嵌入式Linux 操作系统的变频器状态监控系统，能够实现变频器状态的实时监控和图形界面显示，具有较好的交互性和可靠性，通过进一步扩展还可以实现数据的存储和网络通信，对于研究和改善变频系统的运行具有较高的实用价值。参考文献1刘玲玲，刘德平，等. 基于Modbus 协议的变频器远程控制器的研究J.仪表技术与传感器, 2010,(6：33-354实验实验时需要先设置变频器的Modbus 通信参数，如波特率、Modbus 地址等。以施耐德ATV61变频器为例，需要设置【1.9通信】中的【COM. SCANN

12、ER IN -PUT 】、【图形终端MODBUS 】和【网络MODBUS 】菜单，相关参数设置如表1和表2所示。表1选项名称【COM. SCANNER INPUT 】菜单设置值（逻辑地址）代表参数频率电机电流电机转矩主电压2李晟. 基于Modbus 协议的触摸屏-PLC-变频器通信控制系统J.可编程控制器与工厂自动化，2007,(7：Scan. IN1address Scan. IN2address Scan. IN3address Scan. IN4address73-763常慕，洪健. Modbus 协议的变频控制器设计J.华侨大学学报（自然科学版），2009,30（4）：376-379表

13、2【图形终端MODBUS 】和【网络MODBUS 】菜单设置选项名称选项含义变频器地址波特率数据单元格式超时设定设定值4王兆宇. 施耐德电气变频器原理与应用M.北京：机械工业出版社,2009：180-201Modbus 地址Modbus 波特率Modbus 格式Modbus 超时0x0819.2kbps 8E120.0s5GBZ19582-2004, 基于Modbus 协议的工业自动化网络规范S6Jasmin Blanchette, Mark Summerfield.C+GUI QT4编程M.闫锋欣，等，译. 北京：电子工业出版社,2008设置完后，将嵌入式监控系统通过串口和变频器的通信接口连接，运行实时监控程序，显示结果如7李新峰，何广生，赵秀文. 基于ARM9的嵌入式Linux开发技术M.北京：电子工业出版社 ,2008（上接第46页）制J.金属世界，2011，（02）3何安瑞，邵健，凌智，等.1580mm 热带钢轧机板形控制系统J.钢铁，2011，（03）系统的应用J.钢铁，2006，（02）6陈