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水箱內(nèi)。由于鍋爐補水流量基本是定值，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)，以鍋爐補水箱極限水位為控制目標，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)視各變頻水泵的運行狀態(tài)，并可遠程設(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。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CPU 414—2DP)的DP口相連接。
    冷凝水回收的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。在一條專供電氣傳動用的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)的網(wǎng)站中下載，文件名為YASKOOCA．gsd)。當在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，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～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-01：頻率基準輸入方式設(shè)為3(選擇的通信卡)。
    Bl-02：運行指令輸入方式設(shè)為3(選擇的通信卡)。
    F6-01：當通信出錯時的輸入方式設(shè)為0(繼續(xù)運行)。
    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，含擴展數(shù)據(jù))，其中基本數(shù)據(jù)的長度各為為6 B。
    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bit0為“1”時正轉(zhuǎn)，當bit1為“1”時反轉(zhuǎn)，bit2～bit7相當于變頻器的H1-01～H1-06設(shè)置時控制端子3～8的功能：當bit8為“1”時為外部故障，當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／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)運行，bit1為“1”時為零速度，bit2為“1”時為反轉(zhuǎn)運行，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1／0．01 Hz。
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?包括變頻器及其驅(qū)動電動機的正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)等方向指令、速度設(shè)定值指令和運行狀態(tài)及速度反饋值監(jiān)視)。
    A I 10．2復(fù)位／停止指令信號為“1”
    AN I 10．0正轉(zhuǎn)指令信號為“0”
    AN I 10．1 反轉(zhuǎn)指令信號為“0”
    L W#16#0000裝載十進制的0至累加器1
    T MW 100復(fù)位MW 100
    T MW 108復(fù)位MW 108
    T PQW 96停止，方向字為“0”
    T PQW 98速度設(shè)定值字為“0”
    A I 10．0正轉(zhuǎn)指令信號為“1”
    AN I 10．1 反轉(zhuǎn)指令信號為“0”
    S M 100．0 MW 100的bit0置“1”
    R M 100．1 MW 100的bit1置“0”
    L MW 100裝入方向字
    T PQW 96正轉(zhuǎn)，QB 96的bit0為“1”
    L W#16#1400裝載十進制的5120至 累加器1
    T POW 98傳送至速度設(shè)定值字
    A I 10．1 反轉(zhuǎn)指令信號為“1”
    AN I 10．0 正轉(zhuǎn)指令信號為“0”
    S M 100．1 MW 100的bit1置“1”
    R M 100．0 MW 100的bit0置“0”
    L MW 100裝入方向字
    T PQW 96反轉(zhuǎn)，QB96的bit1為“1”
    L W#16#1400裝載十進制的5120至累加器1
    P QW 98 傳送至速度設(shè)定值字
    L PIW 128 將變頻器運行狀態(tài)字裝入
    T MW 108 變頻器的狀態(tài)字中間變量
    A M 108．0正轉(zhuǎn)運行信號為“1”=Q 10．2正轉(zhuǎn)運行信號燈
    A M108．2反轉(zhuǎn)運行信號為“1”=Q 10．2反轉(zhuǎn)運行信號燈
    A M 108．1停止信號為“1”=Q 10．1 停止信號燈
    O M 108．0正轉(zhuǎn)運行信號為“1”
    O M 108．2或反轉(zhuǎn)運行信號為“1”
    L PIW 130裝入變頻器的速度反饋值
    T MW 110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。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)對各從站分別進行數(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，按照鍋爐補水流量的需要，連續(xù)地回送至補水箱，作為鍋爐補水，循環(huán)使用。通過對冷凝水的循環(huán)利用，降低鍋爐補水制備成本，減少燃煤損耗。
2．1 控制過程
    1)總體控制思路 系統(tǒng)運行過程中，以鍋爐補水箱水位(LG)作為主要監(jiān)控對象，以冷凝水箱水位(LLn)作為反饋信號，當鍋爐補水箱水位低于LG時，將滿足高于或等于LLn的冷凝水泵開啟，向補水箱補水。當鍋爐補水箱水位等于=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水箱的LG～LGmax(補水箱極限水位)的容積內(nèi)，以保證補水箱中的存水量滿足鍋爐補水要求。
    2)冷凝水位到達下限時冷凝水泵停機 冷凝水箱設(shè)最低水位LLmin，當水位達到此水位時，冷凝水泵停機。
    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，以保證補水箱不缺水、各冷凝水箱不溢出。
2．2 遠程監(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)場網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS—DP上后，可通過PROFIBUS—DP主站控制變頻器的運行／停止，監(jiān)視運行狀態(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)具有可擴展性，為今后換熱站運行參數(shù)遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集提供了平臺。運行參數(shù)包括：電量、電流、電壓、壓力、溫度、流量以及水泵及閥門的運行狀態(tài)等。

3 結(jié)束語
    PROFIBUS是一種開放而獨立的總線標準，在機械制造、工業(yè)過程控制、智能建筑中充當通信網(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)。