基于PROFIBUS-DP的變頻控制在冷凝水回收中的應用

王易平

（西安鐵路職業技術學院 電氣工程系，陜西 西安 710014）

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。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。因此所建構的冷凝水回收控制系統，以鍋爐補水箱極限水位為控制目標，根據各分水箱的水位，采用變頻調速控制各分水箱冷凝水泵的轉速，從而控制注入補水箱的流量，實現冷凝水無間斷自動回收。

1 系統組態和相關設置

1.1 系統組態

系統采用安川VSG7變頻器接入以Siemens S7-400PLC（CPU414-2DP）為主站的ROFIBUS-DP網絡，通過PROFIBUS-DP，主站監視各變頻水泵的運行狀態，并可遠程設置和改變其內部參數。

安川變頻器需通過專用的接口卡SI-Pl才能接入Siemens的PROFIBUS-DP網絡，并需相應的配置軟件[1]。SIPl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。

圖1 PROFIBUS-DP網絡系統拓撲結構Fig.1 PROFIBUS-DP network topology structure

冷凝水回收的PROFIBUS-DP網絡系統拓撲結構如圖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測，構成對分水箱冷凝水泵的閉環控制。以控制起動臺數和調速等方法，動態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-P1卡需在PLC的編程軟件 （如Siemens的STEP7）中配置一通用源數據描述文件GSD（Version3.1，此文件可在安川公司 （YASGAWA）的網站中下載，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網絡并組態有關硬件時，即可在系統中識別安川變頻器的SI—Pl卡的配置圖標[2]，并可將其作為網絡上的一個從站來組態，然后設置有關參數。本系統中，5臺變頻器的從站地址分別為 1、3、5、7、9。 從站 1的 1/O通信數據符號編輯如圖2所示。

圖2 從站1的I/O通信數據符號編輯Fig.2 Stand 1 from the I/O communication data symbols editor

1.2 使用SI—Pl 卡所需的設置

使用SI—Pl卡，需設置卡（即從站）地址、通信參數（在配置主站，即PLC的CPU時統一設置），并配置變頻器的相關群組參數，以下是各項有關設置。

1）設置卡（即從站）地址

用2個（旋轉）地址開關（分別設置地址的個位和十位）設定變頻器（作為從站）的（硬件）地址[3]，該地址應與用STEP7編程軟件配置的該變頻器的 SI—Pl卡在Profibus—DP網上的（軟件）地址一致。

2）設定通信速率

當在Profibus—DP網的主站（PLC的CPU）上設置了通信速率后，網絡上的各SI—Pl卡的通信速率也就自動設置了。通信速率可在9.6 kb/s～12 Mb/s之間，通常設置為1.5 Mb/s。

3）變頻器的相關設置

Bl一01：頻率基準輸入方式設為3（選擇的通信卡）。

Bl一02：運行指令輸入方式設為3（選擇的通信卡）。

F6一01：當通信出錯時的輸入方式設為O（繼續運行）。

F6一02：設置為1。

F6一03：設置為3。

雖然主設置采用了網絡數據通信方式，但變頻器的“非常停止”輸人端（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據傳輸

高速I/O數據區的輸入、輸出數據各為16 B（即Byte 0～Byte 15，含擴展數據），其中基本數據的

長度各為為6 B[5]。

1）從PDP Master傳送至VS G7變頻器的主要數據（輸出數據）

字節0和字節1：用于操作指令，當bit0為“1”時正轉，當bit1為 “1” 時反轉，bit2～bit7相當于變頻器的H1-01～Hl-06設置時控制端子3～8的功能；當bit8為“1"時為外部故障，當bit9為“1”時為故障復位，bitA～bitF各位未使用。

字節2和字節3：用于速度指令（速度基準值設置），按字為單位傳送 （含低字節和高字節），速度設置分辨率為1/0.01Hz。

字節4和字節5：用于轉矩基準／限制的設置。

2）從VSG7變頻器傳送至PDP Master的主要數據（輸人數據）

字節0和字節1：用于監視變頻器的狀態，bit0為“1”時為正轉運行，bit1為“1”時為零速度，bit2為“1”時為反轉運行，bit3為“1”時為復位指令接收等。

字節2和字節3：用于速度反饋（速度測量值），按字為單位傳送（含低字節和高字節），速度測量分辨率為l/0.01 Hz。

1.4 應用程序

若用STEP7配置的1號從站的地址為1，其輸入字節的首地址為IB128，輸出字節的首地址

為QB96，則關于PDP主站與變頻器之間數據傳輸的程序如以下所示（包括變頻器及其驅動電動機的

正轉、停止、反轉等方向指令、速度設定值指令和運行狀態及速度反饋值監視）。

上述STEP7的語句表程序也可用梯形圖表達。另外，數據通信的另一種編程方式就是調用功能模

塊：PLC主站通過系統功能SFC14DPRD_DAT）和SFC15（DPWR_DAT）對各從站分別進行數據讀、寫操作[6]。

2 控制過程

冷凝水回送改造實現的目的是：將分散于5處的冷凝水，按照鍋爐補水流量的需要，連續地回送至補水箱，作為鍋爐補水，循環使用。通過對冷凝水的循環利用，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 系統運行過程中，以鍋爐補水箱水位（LG）作為主要監控對象，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，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 實時監控各冷凝水箱的水位，按照“高開低關”的原則，結合補水箱水位，動態控制各冷凝水泵的工作狀態，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場網絡PROFIBUS-DP上后，可通過PROFIBUS-DP主站控制變頻器的運行／停止，監視運行狀態，改變/查看變頻器的參數設定。

主站與與從站之間同步控制信號交換的流程如圖3所示。系統具有可擴展性，為今后換熱站運行參數遠程監控、數據采集提供了平臺。運行參數包括：電量、電流、電壓、壓力、溫度、流量以及水泵及閥門的運行狀態等。

3 結束語

圖3 主站與接口卡信號交換流程圖Fig.3 Master station and interface card signal exchange flow chart

PROFIBUS是一種開放而獨立的總線標準，在機械制造、工業過程控制、智能建筑中充當通信網絡。其中PROFIBUSDP主要用于現場級的高速數據傳輸、完成自動控制系統（如PLC、PC等）通過高速串行總線與分散的現場設備（I/O、驅動器、閥門等）之間的通信任務。

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