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

　　鍋爐補給水水質(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)，可保障鍋爐補給水安全^[1]。在反滲透鍋爐補給水處理裝置運行過程中，需及時調(diào)整運行工況改變產(chǎn)水量以適應(yīng)鍋爐實際用水需求。產(chǎn)水量調(diào)整通過變頻技術(shù)改變泵的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。反滲透鍋爐補給水處理工藝過程涉及多臺變頻器。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(shè)計了一套多變頻器控制系統(tǒng)，由上位機、PLC控制器和現(xiàn)場變頻器組成。上位機采用組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控界面，完成實時監(jiān)測和管理任務(wù);PLC控制器和現(xiàn)場變頻器完成實時數(shù)據(jù)采集和自動控制功能。文中闡述了整個控制系統(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)。在青海某國際化肥有限公司500m3/d脫鹽水處理技改項目中成功應(yīng)用，運行效果良好。

　　集成總線介紹

　　自動控制領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)場總線中，PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，被納入國際標準IEC。主要用于工廠車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層的數(shù)據(jù)通信與控制。實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)^[2]。本文中，PROFIBUS用于PLC控制器和多個變頻器之間的通訊，為實現(xiàn)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)的自動化總線標準。作為一項戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動化通信領(lǐng)域提供了一個完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案?？筛鶕?jù)實際需求構(gòu)建星形、總線形和環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)響應(yīng)時間不同，PROFINET支持三種通訊方式：TCP/IP標準通訊、實時(RT)通訊和同步實時(IRT)通訊^[3]。本文基于總線形拓撲結(jié)構(gòu)，采用TCP/IP標準通訊實現(xiàn)上位機與PLC控制器的通訊。

　　系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)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)具備自動運行、連鎖保護、產(chǎn)水水質(zhì)監(jiān)測和水量自動調(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PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)實時通信，完成實時控制任務(wù)。同時，可根據(jù)實際需求增設(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。同時工程師站安裝WinCC7.0開發(fā)版，實現(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、報警等工作。操作員站采用WinCC7.0運行版，僅具備監(jiān)控功能，使操作員了解設(shè)備運行情況，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的實時監(jiān)控。

　　集成網(wǎng)絡(luò)多變頻器控制系統(tǒng)具有很多優(yōu)點：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，提高不同場合的適應(yīng)性;多臺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)場接線;采用數(shù)字信號傳輸技術(shù)，避免信號衰減和干擾，提高信號傳輸?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，可與上位機自由通信，使用方便靈活?，F(xiàn)場變頻器由4臺西門子加裝PROFIBUS-DP通訊板的MM440變頻器組成。

　　軟硬件設(shè)計

　　硬件組態(tài)及設(shè)置

　　硬件組態(tài)

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