基于PROFIBUS—DP的變頻控制在冷凝水回收中的應(yīng)用

　　摘要：PROFIBUS—DP應(yīng)用于對分散冷凝水的回收，通過對冷凝水泵電機(jī)的變頻控制，不但組網(wǎng)容易，而且控制精度和控制決策更加簡潔。組網(wǎng)時必須借助于通訊接口卡SI—Pl，通過配置相應(yīng)的軟件，使普通變頻器成為帶有現(xiàn)場總線接口的變頻器。按照鍋爐補(bǔ)水箱極限水位，動態(tài)調(diào)節(jié)各分散處冷凝水的回收流量，使鍋爐補(bǔ)水箱在儲存冷凝水過程中不至于斷流和溢出。
　　
　　關(guān)鍵詞：PROFIBUS—DP總線；冷凝水回收；SI—Pl；變頻器
　　
　　在冷凝水回收時，需將分散于5處水箱（分水箱）中的冷凝水回收至鍋爐補(bǔ)水箱內(nèi)。由于鍋爐補(bǔ)水流量基本是定值，因此冷凝水的回收既不能因注入流量過大而造成鍋爐補(bǔ)水箱的溢出，也不能由于不及時輸送而造成分水箱積滿溢出。因此所建構(gòu)的冷凝水回收控制系統(tǒng)，以鍋爐補(bǔ)水箱極限水位為控制目標(biāo)，根據(jù)各分水箱的水位，采用變頻調(diào)速控制各分水箱冷凝水泵的轉(zhuǎn)速，從而控制注入補(bǔ)水箱的流量，實現(xiàn)冷凝水無間斷自動回收。
　　
　　1、系統(tǒng)組態(tài)和相關(guān)設(shè)置
　　
　　1．1系統(tǒng)組態(tài)
　　
　　系統(tǒng)采用安川VSG7變頻器接入以SiemensS7-400PLC（CPU414—2DP）為主站的ROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)，通過PROFIBUS—DP，主站監(jiān)視各變頻水泵的運(yùn)行狀態(tài)，并可遠(yuǎn)程設(shè)置和改變其內(nèi)部參數(shù)。
　　
　　安川變頻器需通過的接口卡SI—Pl才能接入Siemens的PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)，并需相應(yīng)的配置軟件。SI—Pl卡可用于安川變頻器的GS、F7和G7等3個系列，用于VSG7系列時，將其插入變頻器的2CN插槽中，并用DP總線電纜和總線連接器與PROFIBUS—DP的主站（這里為S7—400PLC的CPU414—2DP）的DP口相連接。
　　
　　冷凝水回收的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。在一條電氣傳動用的PROFIBUS—DP總線上接入了5臺變頻器，通過對各分水箱水位的監(jiān)測，構(gòu)成對分水箱冷凝水泵的閉環(huán)控制。以控制起動臺數(shù)和調(diào)速等方法，動態(tài)控制冷凝水的回收流量，保證鍋爐補(bǔ)水箱始終維持在高水位。　　
　　使用SI—Pl卡需在PLC的編程軟件（如Siemens的STEP7）中配置一通用源數(shù)據(jù)描述文件GSD（Version3．1，此文件可在安川公司（YASGAWA）的中下載，文件名為YASKOOCA．gsd）。當(dāng)在PLC的編程軟件中裝入了SI—Pl卡的配置文件GSD之后，在用STEP7的硬件配置功能配置ProfibuS—DP網(wǎng)絡(luò)并組態(tài)有關(guān)硬件時，即可在系統(tǒng)中識別安川變頻器的SI—Pl卡的配置圖標(biāo)，并可將其作為網(wǎng)絡(luò)上的一個從站來組態(tài)，然后設(shè)置有關(guān)參數(shù)。本系統(tǒng)中，5臺變頻器的從站地址分別為1、3、5、7、9。從站1的I／O通信數(shù)據(jù)符號編輯如圖2所示。　　
　　1．2使用SI—Pl卡所需的設(shè)置
　　
　　使用SI—Pl卡，需設(shè)置卡（即從站）地址、通信參數(shù)（在配置主站，即PLC的CPU時統(tǒng)一設(shè)置），并配置變頻器的相關(guān)群組參數(shù)，以下是各項有關(guān)設(shè)置。
　　
　　1）設(shè)置卡（即從站）地址
　　
　　用2個（旋轉(zhuǎn)）地址開關(guān)（分別設(shè)置地址的個位和十位）設(shè)定變頻器（作為從站）的（硬件）地址，該地址應(yīng)與用STEP7編程軟件配置的該變頻器的SI—Pl卡在Profibus—DP網(wǎng)上的（軟件）地址一致。
　　
　　2）設(shè)定通信速率
　　
　　當(dāng)在Profibus—DP網(wǎng)的主站（PLC的CPU）上設(shè)置了通信速率后，網(wǎng)絡(luò)上的各SI-Pl卡的通信速率也就自動設(shè)置了。通信速率可在9．6kb／s～12Mb／s之間，通常設(shè)置為1．5Mb／s。
　　
　　3）變頻器的相關(guān)設(shè)置
　　
　　Bl-01：頻率基準(zhǔn)輸入方式設(shè)為3（選擇的通信卡）。
　　
　　Bl-02：運(yùn)行指令輸入方式設(shè)為3（選擇的通信卡）。
　　
　　F6-01：當(dāng)通信出錯時的輸入方式設(shè)為0（繼續(xù)運(yùn)行）。
　　
　　F6-02：設(shè)置為1。
　　
　　F6-03：設(shè)置為3。
　　
　　雖然主設(shè)置采用了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信方式，但變頻器的“非常停止”輸入端（S12）在任何運(yùn)行指令輸入方式下均有效。
　　
　　1．3主站與變頻器之間的數(shù)據(jù)傳輸
　　
　　高速I／O數(shù)據(jù)區(qū)的輸入、輸出數(shù)據(jù)各為16B（即Byte0～Byte15，含擴(kuò)展數(shù)據(jù)），其中基本數(shù)據(jù)的長度各為為6B。
　　
　　1）從PDPMaster傳送至VSG7變頻器的主要數(shù)據(jù)（輸出數(shù)據(jù)）
　　
　　字節(jié)0和字節(jié)1：用于操作指令，當(dāng)bit0為“1”時正轉(zhuǎn)，當(dāng)bit1為“1”時反轉(zhuǎn)，bit2～bit7相當(dāng)于變頻器的H1-01～H1-06設(shè)置時控制端子3～8的功能：當(dāng)bit8為“1”時為外部故障，當(dāng)bit9為“1”時為故障復(fù)位，bitA-bitF各位未使用。
　　
　　字節(jié)2和字節(jié)3：用于速度指令（速度基準(zhǔn)值設(shè)置），按字為單位傳送（含低字節(jié)和高字節(jié)），速度設(shè)置分辨率為1／0．01Hz。
　　
　　字節(jié)4和字節(jié)5：用于轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)／限制的設(shè)置。
　　
　　2）從VSG7變頻器傳送至PDPMaster的主要數(shù)據(jù)（輸入數(shù)據(jù)）
　　
　　字節(jié)0和字節(jié)1：用于監(jiān)視變頻器的狀態(tài)，bit0為“1”時為正轉(zhuǎn)運(yùn)行，bit1為“1”時為零速度，bit2為“1”時為反轉(zhuǎn)運(yùn)行，bit5為“1”時為復(fù)位指令接收等。
　　
　　字節(jié)2和字節(jié)3：用于速度反饋（速度測量值），按字為單位傳送（含低字節(jié)和高字節(jié)），速度測量分辨率為1／0．01Hz。
　　
　　1．4應(yīng)用程序
　　
　　若用STEP7配置的1號從站的地址為1，其輸入字節(jié)的首地址為IB128，輸出字節(jié)的首地址為QB96，則關(guān)于PDP主站與變頻器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛉缫韵滤荆òㄗ冾l器及其驅(qū)動電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)等方向指令、速度設(shè)定值指令和運(yùn)行狀態(tài)及速度反饋值監(jiān)視）。
　　
　　AI10．2復(fù)位／停止指令信號為“1”
　　
　　ANI10．0正轉(zhuǎn)指令信號為“0”
　　
　　ANI10．1反轉(zhuǎn)指令信號為“0”
　　
　　LW#16#0000裝載十進(jìn)制的0至累加器1
　　
　　TMW100復(fù)位MW100
　　
　　TMW108復(fù)位MW108
　　
　　TPQW96停止，方向字為“0”
　　
　　TPQW98速度設(shè)定值字為“0”
　　
　　AI10．0正轉(zhuǎn)指令信號為“1”
　　
　　ANI10．1反轉(zhuǎn)指令信號為“0”
　　
　　SM100．0MW100的bit0置“1”
　　
　　RM100．1MW100的bit1置“0”
　　
　　LMW100裝入方向字
　　
　　TPQW96正轉(zhuǎn)，QB96的bit0為“1”
　　
　　LW#16#1400裝載十進(jìn)制的5120至累加器1
　　
　　TPOW98傳送至速度設(shè)定值字
　　
　　AI10．1反轉(zhuǎn)指令信號為“1”
　　
　　ANI10．0正轉(zhuǎn)指令信號為“0”
　　
　　SM100．1MW100的bit1置“1”
　　
　　RM100．0MW100的bit0置“0”
　　
　　LMW100裝入方向字
　　
　　TPQW96反轉(zhuǎn)，QB96的bit1為“1”
　　
　　LW#16#1400裝載十進(jìn)制的5120至累加器1
　　
　　PQW98傳送至速度設(shè)定值字
　　
　　LPIW128將變頻器運(yùn)行狀態(tài)字裝入
　　
　　TMW108變頻器的狀態(tài)字中間變量
　　
　　AM108．0正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號為“1”=Q10．2正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號燈
　　
　　AM108．2反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號為“1”=Q10．2反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號燈
　　
　　AM108．1停止信號為“1”=Q10．1停止信號燈
　　
　　OM108．0正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號為“1”
　　
　　OM108．2或反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號為“1”
　　
　　LPIW130裝入變頻器的速度反饋值
　　
　　TMW110變頻器的速度測量值中間變量
　　
　　上述STEP7的語句表程序也可用梯形圖表達(dá)。另外，數(shù)據(jù)通信的另一種編程方式就是調(diào)用功能模塊：PLC主站通過系統(tǒng)功能SFC14DPRD_DAT）和SFC15（DPWRDAT）對各從站分別進(jìn)行數(shù)據(jù)讀、寫操作。
　　
　　2、控制過程
　　
　　冷凝水回送改造實現(xiàn)的目的是：將分散于5處的冷凝水，按照鍋爐補(bǔ)水流量的需要，連續(xù)地回送至補(bǔ)水箱，作為鍋爐補(bǔ)水，循環(huán)使用。通過對冷凝水的循環(huán)利用，降低鍋爐補(bǔ)水制備成本，減少燃煤損耗。
　　
　　2．1控制過程
　　
　　1）總體控制思路系統(tǒng)運(yùn)行過程中，以鍋爐補(bǔ)水箱水位（LG）作為主要監(jiān)控對象，以冷凝水箱水位（LLn）作為反饋信號，當(dāng)鍋爐補(bǔ)水箱水位低于LG時，將滿足高于或等于LLn的冷凝水泵開啟，向補(bǔ)水箱補(bǔ)水。當(dāng)鍋爐補(bǔ)水箱水位等于=LG時，保留冷凝水箱中水位較高的輸水泵繼續(xù)供水，以保證冷凝水箱不溢水，此部分冷凝水儲存在補(bǔ)水箱的LG～LGmax（補(bǔ)水箱極限水位）的容積內(nèi)，以保證補(bǔ)水箱中的存水量滿足鍋爐補(bǔ)水要求。
　　
　　2）冷凝水位到達(dá)下*冷凝水泵停機(jī)冷凝水箱設(shè)zui低水位LLmin，當(dāng)水位達(dá)到此水位時，冷凝水泵停機(jī)。
　　
　　3）冷凝水回送過程控制實時監(jiān)控各冷凝水箱的水位，按照“高開低關(guān)”的原則，結(jié)合補(bǔ)水箱水位，動態(tài)控制各冷凝水泵的工作狀態(tài)，從而控制供水量，以保證補(bǔ)水箱不缺水、各冷凝水箱不溢出。
　　
　　2．2遠(yuǎn)程監(jiān)控
　　
　　采用通信接口卡SI—P1將安川VSG7變頻器連接在開放式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS—DP上后，可通過PROFIBUS—DP主站控制變頻器的運(yùn)行／停止，監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)，改變／查看變頻器的參數(shù)設(shè)定。　　
　　主站與與從站之間同步控制信號交換的流程如圖3所示。系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，為今后換熱站運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集提供了平臺。運(yùn)行參數(shù)包括：電量、電流、電壓、壓力、溫度、流量以及水泵及閥門的運(yùn)行狀態(tài)等。
　　
　　3、結(jié)束語
　　
　　PROFIBUS是一種開放而獨立的總線標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械制造、工業(yè)過程控制、智能建筑中充當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)。其中PROFIBUS—DP主要用于現(xiàn)場級的高速數(shù)據(jù)傳輸、完成自動控制系統(tǒng)（如PLC、PC等）通過高速串行總線與分散的現(xiàn)場設(shè)備（I／O、驅(qū)動器、閥門等）之間的通信任務(wù)。