基于PROFIBUS-DP的變頻控制在冷凝水回收中的應(yīng)用

王易平

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，陜西 西安 710014）

在冷凝水回收時(shí)，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(shí)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(shí)現(xiàn)冷凝水無(wú)間斷自動(dòng)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Siemens S7-400PLC（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)。

安川變頻器需通過專用的接口卡SI-Pl才能接入Siemens的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，并需相應(yīng)的配置軟件[1]。SIPl卡可用于安川變頻器的GS、F7和G7等3個(gè)系列，用于VSG7系列時(shí)，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CPU 414-2DP）的DP口相連接。

圖1 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 PROFIBUS-DP network topology structure

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。在一條專供電氣傳動(dòng)用的PROFIBUS-DP總線上接入了5臺(tái)變頻器，通過對(duì)各分水箱水位的監(jiān)測(cè)，構(gòu)成對(duì)分水箱冷凝水泵的閉環(huán)控制。以控制起動(dòng)臺(tái)數(shù)和調(diào)速等方法，動(dòng)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-P1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）的網(wǎng)站中下載，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(shí)，即可在系統(tǒng)中識(shí)別安川變頻器的SI—Pl卡的配置圖標(biāo)[2]，并可將其作為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)從站來組態(tài)，然后設(shè)置有關(guān)參數(shù)。本系統(tǒng)中，5臺(tái)變頻器的從站地址分別為 1、3、5、7、9。 從站 1的 1/O通信數(shù)據(jù)符號(hào)編輯如圖2所示。

圖2 從站1的I/O通信數(shù)據(jù)符號(hào)編輯Fig.2 Stand 1 from the I/O communication data symbols editor

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(shí)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(xiàng)有關(guān)設(shè)置。

1）設(shè)置卡（即從站）地址

用2個(gè)（旋轉(zhuǎn)）地址開關(guān)（分別設(shè)置地址的個(gè)位和十位）設(shè)定變頻器（作為從站）的（硬件）地址[3]，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(dòng)設(shè)置了。通信速率可在9.6 kb/s～12 Mb/s之間，通常設(shè)置為1.5 Mb/s。

3）變頻器的相關(guān)設(shè)置

Bl一01：頻率基準(zhǔn)輸入方式設(shè)為3（選擇的通信卡）。

Bl一02：運(yùn)行指令輸入方式設(shè)為3（選擇的通信卡）。

F6一01：當(dāng)通信出錯(cuò)時(shí)的輸入方式設(shè)為O（繼續(xù)運(yùn)行）。

F6一02：設(shè)置為1。

F6一03：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”輸人端（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16 B（即Byte 0～Byte 15，含擴(kuò)展數(shù)據(jù)），其中基本數(shù)據(jù)的

長(zhǎng)度各為為6 B[5]。

1）從PDP Master傳送至VS G7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(shí)正轉(zhuǎn)，當(dāng)bit1為 “1” 時(shí)反轉(zhuǎn)，bit2～bit7相當(dāng)于變頻器的H1-01～Hl-06設(shè)置時(shí)控制端子3～8的功能；當(dāng)bit8為“1"時(shí)為外部故障，當(dāng)bit9為“1”時(shí)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PDP Master的主要數(shù)據(jù)（輸人數(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(shí)為正轉(zhuǎn)運(yùn)行，bit1為“1”時(shí)為零速度，bit2為“1”時(shí)為反轉(zhuǎn)運(yùn)行，bit3為“1”時(shí)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(cè)量值），按字為單位傳送（含低字節(jié)和高字節(jié)），速度測(cè)量分辨率為l/0.01 Hz。

1.4 應(yīng)用程序

若用STEP7配置的1號(hào)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(dòng)電動(dòng)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）。

上述STEP7的語(yǔ)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（DPWR_DAT）對(duì)各從站分別進(jìn)行數(shù)據(jù)讀、寫操作[6]。

2 控制過程

冷凝水回送改造實(shí)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(duì)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(duì)象，以冷凝水箱水位（LLn）作為反饋信號(hào)，當(dāng)鍋爐補(bǔ)水箱水位低于LG時(shí)，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(shí)，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(chǔ)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)下限時(shí)冷凝水泵停機(jī) 冷凝水箱設(shè)最低水位LLmin，當(dāng)水位達(dá)到此水位時(shí)，冷凝水泵停機(jī)。

3）冷凝水回送過程控制 實(shí)時(shí)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(dòng)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VS G7變頻器連接在開放式現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(tái)。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(yǔ)

圖3 主站與接口卡信號(hào)交換流程圖Fig.3 Master station and interface card signal exchange flow chart

PROFIBUS是一種開放而獨(dú)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PROFIBUSDP主要用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸、完成自動(dòng)控制系統(tǒng)（如PLC、PC等）通過高速串行總線與分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（I/O、驅(qū)動(dòng)器、閥門等）之間的通信任務(wù)。

[1]龔仲華.變頻器從原理到完全應(yīng)用—三菱、安川[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]吳中智，吳加林.變頻器應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[3]羅紅福.自動(dòng)化技術(shù)實(shí)例解析叢書 PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[4]石秋潔.變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[5]朱有輝.基于網(wǎng)絡(luò)總線的電解多功能天車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].有色設(shè)備，2009（3）:23-27.ZHU You-hui.Based on thenetwork buselectrolysis multifunctional crane electric control system design and application[J].Color Equipment，2009（3）:23-27.

[6]侯斐，孫殿家.現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP在變頻/逆變器技術(shù)改造中的應(yīng)用[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，10（3）:11-12.HOU Fei，SUN Dian-jia.PROFIBUS-DP bus in inverter/inverter technology application[J].JournalofLiaoning Institute of Science and Technology，2008，10（3）:11-12.