基于PROFIBUS集成網(wǎng)絡(luò )的多變頻器控制系統設計

　　鍋爐補給水水質(zhì)直接影響工廠(chǎng)安全生產(chǎn)。反滲透法作為商業(yè)化應用的水處理技術(shù)，可保障鍋爐補給水安全^[1]。在反滲透鍋爐補給水處理裝置運行過(guò)程中，需及時(shí)調整運行工況改變產(chǎn)水量以適應鍋爐實(shí)際用水需求。產(chǎn)水量調整通過(guò)變頻技術(shù)改變泵的轉速實(shí)現。反滲透鍋爐補給水處理工藝過(guò)程涉及多臺變頻器。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 )設計了一套多變頻器控制系統，由上位機、PLC控制器和現場(chǎng)變頻器組成。上位機采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)監控界面，完成實(shí)時(shí)監測和管理任務(wù);PLC控制器和現場(chǎng)變頻器完成實(shí)時(shí)數據采集和自動(dòng)控制功能。文中闡述了整個(gè)控制系統的網(wǎng)絡(luò )結構、變頻器設置和組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)。在青海某國際化肥有限公司500m3/d脫鹽水處理技改項目中成功應用，運行效果良好。

　　集成總線(xiàn)介紹

　　自動(dòng)控制領(lǐng)域應用的現場(chǎng)總線(xiàn)中，PROFIBUS是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，被納入國際標準IEC。主要用于工廠(chǎng)車(chē)間級監控和現場(chǎng)設備層的數據通信與控制。實(shí)現現場(chǎng)設備層到車(chē)間級監控的分散數字控制和現場(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)現多變頻器智能化控制提供解決方案。

　　PROFINET由PROFIBUS國際組織推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線(xiàn)標準。作為一項戰略性的技術(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?？筛鶕?shí)際需求構建星形、總線(xiàn)形和環(huán)形拓撲結構。根據響應時(shí)間不同，PROFINET支持三種通訊方式：TCP/IP標準通訊、實(shí)時(shí)(RT)通訊和同步實(shí)時(shí)(IRT)通訊^[3]。本文基于總線(xiàn)形拓撲結構，采用TCP/IP標準通訊實(shí)現上位機與PLC控制器的通訊。

　　系統拓撲結構設計

　　工藝控制需求

　　青海某國際化肥有限公司脫鹽水技改項目采用簡(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，要求控制系統具備自動(dòng)運行、連鎖保護、產(chǎn)水水質(zhì)監測和水量自動(dòng)調節功能，保障安全生產(chǎn)，滿(mǎn)足鍋爐用水水質(zhì)及水量需求。

　　多變頻器控制系統結構

　　集成網(wǎng)絡(luò )多變頻器控制系統結構如圖2所示。上層網(wǎng)絡(luò )為PROFINET，采用TCP/IP通訊協(xié)議，實(shí)現上位監控系統與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)現實(shí)時(shí)通信，完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)。同時(shí)，可根據實(shí)際需求增設，互不影響。工程師站采用Step7 V5.5軟件，完成系統硬件配置組態(tài)、軟件編程和參數設置等。同時(shí)工程師站安裝WinCC7.0開(kāi)發(fā)版，實(shí)現系統的軟件組態(tài)，即數據采集、數據記錄、數據管理、報警等工作。操作員站采用WinCC7.0運行版，僅具備監控功能，使操作員了解設備運行情況，實(shí)現對現場(chǎng)設備的實(shí)時(shí)監控。

　　集成網(wǎng)絡(luò )多變頻器控制系統具有很多優(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(xiàn)、光纖、同軸電纜等，提高不同場(chǎng)合的適應性;多臺變頻器只用一條物理介質(zhì)完成數據傳輸，節省現場(chǎng)接線(xiàn);采用數字信號傳輸技術(shù)，避免信號衰減和干擾，提高信號傳輸的可靠性和精度;由PROFIBUS-DP組成的多變頻器控制系統是一種全開(kāi)放的系統，可兼容不同廠(chǎng)家的變頻器，提高了系統可擴展性，可避免重復投資。

　　硬件配置

　　PLC控制器選用西門(mén)子S7-300系列CPU 315-2 PN/DP，系統預留20%備用點(diǎn)數。該CPU集成了PROFIBUS-DP總線(xiàn)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，可與上位機自由通信，使用方便靈活?，F場(chǎng)變頻器由4臺西門(mén)子加裝PROFIBUS-DP通訊板的MM440變頻器組成。

　　軟硬件設計

　　硬件組態(tài)及設置

　　硬件組態(tài)

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