基于PROFIBUS集成網(wǎng)絡(luò)的多變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)直接影響工廠安全生產(chǎn)。反滲透法作為商業(yè)化應(yīng)用的水處理技術(shù)，可保障鍋爐補(bǔ)給水安全^[1]。在反滲透鍋爐補(bǔ)給水處理裝置運(yùn)行過(guò)程中，需及時(shí)調(diào)整運(yùn)行工況改變產(chǎn)水量以適應(yīng)鍋爐實(shí)際用水需求。產(chǎn)水量調(diào)整通過(guò)變頻技術(shù)改變泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。反滲透鍋爐補(bǔ)給水處理工藝過(guò)程涉及多臺(tái)變頻器。因此，迫切需要提高多變頻控制技術(shù)水平。本文基于PROFINET和PROFIBUS集成網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一套多變頻器控制系統(tǒng)，由上位機(jī)、PLC控制器和現(xiàn)場(chǎng)變頻器組成。上位機(jī)采用組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控界面，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理任務(wù);PLC控制器和現(xiàn)場(chǎng)變頻器完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制功能。文中闡述了整個(gè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、變頻器設(shè)置和組態(tài)軟件開發(fā)。在青海某國(guó)際化肥有限公司500m3/d脫鹽水處理技改項(xiàng)目中成功應(yīng)用，運(yùn)行效果良好。

　　集成總線介紹

　　自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線中，PROFIBUS是一種國(guó)際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，被納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC。主要用于工廠車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的數(shù)據(jù)通信與控制。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)^[2]。本文中，PROFIBUS用于PLC控制器和多個(gè)變頻器之間的通訊，為實(shí)現(xiàn)多變頻器智能化控制提供解決方案。

　　PROFINET由PROFIBUS國(guó)際組織推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案。可根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建星形、總線形和環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)響應(yīng)時(shí)間不同，PROFINET支持三種通訊方式：TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊、實(shí)時(shí)(RT)通訊和同步實(shí)時(shí)(IRT)通訊^[3]。本文基于總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC控制器的通訊。

　　系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　工藝控制需求

　　青海某國(guó)際化肥有限公司脫鹽水技改項(xiàng)目采用簡(jiǎn)化反滲透水處理工藝流程(如圖1所示)。由三套反滲透單元和一套濃水反滲透單元組成。

　　1~3#反滲透單元和濃水反滲透單元均包括加藥裝置、高壓泵和反滲透膜組件等，要求控制系統(tǒng)具備自動(dòng)運(yùn)行、連鎖保護(hù)、產(chǎn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)和水量自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，保障安全生產(chǎn)，滿足鍋爐用水水質(zhì)及水量需求。

　　多變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　集成網(wǎng)絡(luò)多變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。上層網(wǎng)絡(luò)為PROFINET，采用TCP/IP通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)上位監(jiān)控系統(tǒng)與PLC控制器的通訊。下層網(wǎng)絡(luò)為PROFIBUS，采用PROFIBUS-DP通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC控制器與變頻器的通訊^[4,5]。

　　工程師站和操作員站通過(guò)PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)。同時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需求增設(shè)，互不影響。工程師站采用Step7 V5.5軟件，完成系統(tǒng)硬件配置組態(tài)、軟件編程和參數(shù)設(shè)置等。同時(shí)工程師站安裝WinCC7.0開發(fā)版，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件組態(tài)，即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)管理、報(bào)警等工作。操作員站采用WinCC7.0運(yùn)行版，僅具備監(jiān)控功能，使操作員了解設(shè)備運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　集成網(wǎng)絡(luò)多變頻器控制系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)：控制室和變頻器間可采用多種傳輸介質(zhì)，如雙絞線、光纖、同軸電纜等，提高不同場(chǎng)合的適應(yīng)性;多臺(tái)變頻器只用一條物理介質(zhì)完成數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)接線;采用數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)，避免信號(hào)衰減和干擾，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院途?由PROFIBUS-DP組成的多變頻器控制系統(tǒng)是一種全開放的系統(tǒng)，可兼容不同廠家的變頻器，提高了系統(tǒng)可擴(kuò)展性，可避免重復(fù)投資。

　　硬件配置

　　PLC控制器選用西門子S7-300系列CPU 315-2 PN/DP，系統(tǒng)預(yù)留20%備用點(diǎn)數(shù)。該CPU集成了PROFIBUS-DP總線接口和PROFINET以太網(wǎng)接口?？芍苯訏旖訋в蠵ROFIBUS-DP接口的變頻器;支持TCP/IP協(xié)議，可與上位機(jī)自由通信，使用方便靈活?，F(xiàn)場(chǎng)變頻器由4臺(tái)西門子加裝PROFIBUS-DP通訊板的MM440變頻器組成。

　　軟硬件設(shè)計(jì)

　　硬件組態(tài)及設(shè)置

　　硬件組態(tài)

　　在STEP7軟件中創(chuàng)建新項(xiàng)目，進(jìn)行系統(tǒng)硬件組態(tài)，建立一個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。6SE70系列MM440變頻器在PROFIBUS-DP SIMOVERT文件夾內(nèi)進(jìn)行組態(tài)，設(shè)定好通訊地址范圍，如圖3所示。