DeviceNet總線(xiàn)協(xié)議在高壓變頻器中的應用

變頻器被廣泛應用于工業(yè)控制現場(chǎng)的交流傳動(dòng)技術(shù)之中。通常變頻器控制由操作面板來(lái)完成，也可以通過(guò)外部i/o控制信號來(lái)實(shí)現。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展以及現場(chǎng)對生產(chǎn)的自動(dòng)化程度更高要求，變頻器與變頻器、變頻器與控制器之間更趨于通過(guò)現場(chǎng)實(shí)時(shí)總線(xiàn)通信的方式以實(shí)現數據的快速、準確交互。

新疆羅布泊鉀肥基地年產(chǎn)120萬(wàn)噸鉀肥項目共使用利德華福生產(chǎn)的18套高壓變頻器，所有變頻器均需要接入到上位控制PLC中，如果采用硬接線(xiàn)方式，現場(chǎng)需要敷設大量電纜并且上位PLC將增加多個(gè)擴展模塊，因此在設計階段就考慮使用總線(xiàn)方式將變頻器接入控制系統中。

新疆羅布泊鉀肥基地年產(chǎn)120萬(wàn)噸鉀肥項目加工廠(chǎng)區工程和礦石采輸工程脫鹵工段上位控制系統采用Rockwell公司采用羅克韋爾自動(dòng)化系列產(chǎn)品?，F場(chǎng)控制系統與底層執行機構之間通訊采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò )。變頻器控制系統可編程控制器采用西門(mén)子PLC (S7-200 CPU226)，模擬量信號為4～20mA，4路輸入2路輸出，開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出接點(diǎn)全部為無(wú)源接點(diǎn)，24點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出。根據用戶(hù)要求，變頻器要求配備DeviceNet網(wǎng)絡(luò )接口，變頻裝置直接以通信方式掛到工廠(chǎng)大系統PLC(AB公司產(chǎn)品)上，其通信協(xié)議對PLC調試單位開(kāi)放。

DeviceNet及HARSVERT-A系列變頻器的應用

DeviceNet是一種低成本的通信連接。它將工業(yè)設備(如:限位開(kāi)關(guān)、光電傳感器、閥組、電動(dòng)機、起動(dòng)器、過(guò)程傳感器、條形碼讀取器、變頻驅動(dòng)器、面板顯示器和操作員接口)連接到網(wǎng)絡(luò )，從而免去了昂貴的硬接線(xiàn)。DeviceNet是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )解決方案，在提供多供貨商同類(lèi)部件間的可互換性的同 時(shí)，減少了配線(xiàn)和安裝工業(yè)自動(dòng)化設備的成本和時(shí)間。DeviceNet的直接互連性不僅改善了設備間的通信，而且同時(shí)提供了相當重要的備級診斷功能，這是通過(guò)硬接線(xiàn)I/O接口很難實(shí)現的。DeviceNet是一個(gè)開(kāi)放 式網(wǎng)絡(luò )標準。規范和協(xié)議都是開(kāi)放的，廠(chǎng)商將設備連接到系統時(shí)，無(wú)需購買(mǎi)硬件、軟件或許可權。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，DeviceNet可以歸納出以下一些技術(shù)特點(diǎn):

(1) 最大64個(gè)節點(diǎn);

(2) 125kbps～500kbps通訊速率;

(3) 點(diǎn)對點(diǎn)，多主或主/從通信;

(4) 可帶電更換網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，在線(xiàn)修改網(wǎng)絡(luò )配置;

(5) 采用CAN物理層和數據鏈路層規約，使用CAN規約芯片，得到國際上主要芯片制造商的支持;

(6) 支持選通、輪詢(xún)、循環(huán)、狀態(tài)變化和應用觸發(fā)的數據傳送;

(7) 低成本、高可靠性的數據網(wǎng)絡(luò );

(8) 既適合于連接底端工業(yè)設備，又能連接像變頻器、操作終端這樣的復雜設備;

(9) 采用無(wú)損位仲裁機制實(shí)現按優(yōu)先級發(fā)送信息;

(10) 具有通訊錯誤分級檢測機制、通訊故障的自動(dòng)判別和恢復功能。

羅布泊鉀鹽項目，為節能降耗，實(shí)現電機的軟啟動(dòng)，所有大型電機均采用利德華福公司的生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器來(lái)驅動(dòng)。原始設計考慮采用管道中加閥門(mén)進(jìn)行流量控制，這樣就會(huì )造成大量電能損耗在閥門(mén)上，并且調節效果并不理想。最終，介質(zhì)泵采用變頻器控制，通過(guò)PLC進(jìn)行PID運算，運算結果通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò )輸出給變頻器，控制水泵轉速，從而進(jìn)行流量、壓力精確、靈活控制，同時(shí)節省了能源。

HARSVERT-A變頻器通過(guò)DeviceNet與PLC通訊，實(shí)現對電機的控制，可讀取變頻器狀態(tài)字、運行頻率、變頻器溫度及電機電流等大量過(guò)程參數;同時(shí)，也實(shí)現了對電機的遠程啟動(dòng)、停止和頻率的實(shí)時(shí)控制。使用網(wǎng)絡(luò )通訊比傳統的控制方式具有下述優(yōu)點(diǎn)：接線(xiàn)數量減少，采集變頻器的數據多，抗干擾能力強等。DeviceNet網(wǎng)絡(luò )用于簡(jiǎn)單的、工業(yè)用的設備(如變頻器、傳感器等)與高級設備(如控制器)之間的連接?；跇藴实目刂朴蚣夹g(shù)，這一開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )提供了許多廠(chǎng)商設備之間的可相互操作性，其中包括HARSVERT-A變頻器的通訊。本項目中變頻器通過(guò)為滿(mǎn)足現場(chǎng)要求，高壓變頻器增加瑞典HMS公司的 ANYBUS DeviceNet串行網(wǎng)關(guān)，型號為AB7001，將西門(mén)子s7-200PLC的標準MODBUS通訊端口轉換為DeviceNet串行端口。通過(guò)現場(chǎng)調試，該方案滿(mǎn)足客戶(hù)要求。此種控制方式可以通過(guò)相應的編程軟件察看或修改HARSVERT-A變頻器內部的100多條參數，如電機的電流、柜體溫度、轉速等都可以由DeviceNet網(wǎng)絡(luò )的數據采集獲得，只需在控制室觸摸屏或監控機上遠程更改參數即可。變頻器通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò )得到了智能化控制。

變頻器接入到DeviceNet網(wǎng)絡(luò )過(guò)程

(1)、PLC到網(wǎng)關(guān)之間通訊電纜的制作方法：需9針D型和F型連接頭各一個(gè)，屏蔽雙絞線(xiàn)，制作方法：將雙絞線(xiàn)的兩端分別焊接在兩個(gè)9針插頭上(3腳-8腳，8腳-9腳)。

(2)、將西門(mén)子s7-200 PLC的PORT 0口對應的電位器從最小選旋最大,目的是將通訊協(xié)議修改為MODBUS協(xié)議，為了確保已經(jīng)修改成功可以用串口測試軟件或主站仿真工具測試。具體的測試方法詳見(jiàn)“協(xié)議說(shuō)明.doc”文件。

(3)、打開(kāi)ABC Config Tool軟件后，調用配置文件DeviceNet.cfg，將其下載到AB7001模中。

(4)、在上位PLC(RSLOGIX)編程軟件中組態(tài)好硬件，下載到CPU中;編好基本的語(yǔ)句并下載，默認的輸入字節為4，輸出字節為4。

1)變頻器啟動(dòng)/停止/報警復位語(yǔ)句，使用輸出控制第一個(gè)字，PLC→HARSVERT-A變頻器，具體含義如下：

2)變頻器頻率控制語(yǔ)句，使用輸出控制第二個(gè)字，PLC→HARSVERT-A，頻率值讀寫(xiě)，范圍：0-32767。

3)變頻器運行監測和報警監測語(yǔ)句，使用輸入控制第一個(gè)字，HARSVERT-A→PLC具體含義如下：

4)變頻器頻率監測語(yǔ)句，使用輸入控制第二個(gè)字， HARSVERT-A→PLC，具體含義同輸出控制第二個(gè)字。

高壓變頻器在工業(yè)節能應用越來(lái)越廣泛，在應用DeviceNet總線(xiàn)控制后，大大地增加了變頻器控制的靈活性，而且可以監視、控制更多的過(guò)程參數，使用戶(hù)可以方便地獲得變頻器的更加全面的信息，為設備安全、高效的運行創(chuàng )造了有力條件。DeviceNet網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展使HARSVERT-A變頻器控制上發(fā)生了巨大的變化，使變頻器控制更智能、更易使用。