基于PROFIBUS-DP的变频控制在冷凝水回收中的应用

王易平

（西安铁路职业技术学院 电气工程系，陕西 西安 710014）

在冷凝水回收时，需将分散于5处水箱（分水箱）中的冷凝水回收至锅炉补水箱内。由于锅炉补水流量基本是定值，因此冷凝水的回收既不能因注入流量过大而造成锅炉补水箱的溢出，也不能由于不及时输送而造成分水箱积满溢出。因此所建构的冷凝水回收控制系统，以锅炉补水箱极限水位为控制目标，根据各分水箱的水位，采用变频调速控制各分水箱冷凝水泵的转速，从而控制注入补水箱的流量，实现冷凝水无间断自动回收。

1 系统组态和相关设置

1.1 系统组态

系统采用安川VSG7变频器接入以Siemens S7-400PLC（CPU414-2DP）为主站的ROFIBUS-DP网络，通过PROFIBUS-DP，主站监视各变频水泵的运行状态，并可远程设置和改变其内部参数。

安川变频器需通过专用的接口卡SI-Pl才能接入Siemens的PROFIBUS-DP网络，并需相应的配置软件[1]。SIPl卡可用于安川变频器的GS、F7和G7等3个系列，用于VSG7系列时，将其插入变频器的2CN插槽中，并用DP总线电缆和总线连接器与PROFIBUS-DP的主站 （这里为S7-400PLC的CPU 414-2DP）的DP口相连接。

图1 PROFIBUS-DP网络系统拓扑结构Fig.1 PROFIBUS-DP network topology structure

冷凝水回收的PROFIBUS-DP网络系统拓扑结构如图1所示。在一条专供电气传动用的PROFIBUS-DP总线上接入了5台变频器，通过对各分水箱水位的监测，构成对分水箱冷凝水泵的闭环控制。以控制起动台数和调速等方法，动态控制冷凝水的回收流量，保证锅炉补水箱始终维持在高水位。

使用SI-P1卡需在PLC的编程软件 （如Siemens的STEP7）中配置一通用源数据描述文件GSD（Version3.1，此文件可在安川公司 （YASGAWA）的网站中下载，文件名为YASKOOCA.gsd）。当在PLC的编程软件中装入了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网络并组态有关硬件时，即可在系统中识别安川变频器的SI—Pl卡的配置图标[2]，并可将其作为网络上的一个从站来组态，然后设置有关参数。本系统中，5台变频器的从站地址分别为 1、3、5、7、9。 从站 1的 1/O通信数据符号编辑如图2所示。

图2 从站1的I/O通信数据符号编辑Fig.2 Stand 1 from the I/O communication data symbols editor

1.2 使用SI—Pl 卡所需的设置

使用SI—Pl卡，需设置卡（即从站）地址、通信参数（在配置主站，即PLC的CPU时统一设置），并配置变频器的相关群组参数，以下是各项有关设置。

1）设置卡（即从站）地址

用2个（旋转）地址开关（分别设置地址的个位和十位）设定变频器（作为从站）的（硬件）地址[3]，该地址应与用STEP7编程软件配置的该变频器的 SI—Pl卡在Profibus—DP网上的（软件）地址一致。

2）设定通信速率

当在Profibus—DP网的主站（PLC的CPU）上设置了通信速率后，网络上的各SI—Pl卡的通信速率也就自动设置了。通信速率可在9.6 kb/s～12 Mb/s之间，通常设置为1.5 Mb/s。

3）变频器的相关设置

Bl一01：频率基准输入方式设为3（选择的通信卡）。

Bl一02：运行指令输入方式设为3（选择的通信卡）。

F6一01：当通信出错时的输入方式设为O（继续运行）。

F6一02：设置为1。

F6一03：设置为3。

虽然主设置采用了网络数据通信方式，但变频器的“非常停止”输人端（S12）在任何运行指令输入方式下均有效。

1.3 主站与变频器之间的数据传输

高速I/O数据区的输入、输出数据各为16 B（即Byte 0～Byte 15，含扩展数据），其中基本数据的

长度各为为6 B[5]。

1）从PDP Master传送至VS G7变频器的主要数据（输出数据）

字节0和字节1：用于操作指令，当bit0为“1”时正转，当bit1为 “1” 时反转，bit2～bit7相当于变频器的H1-01～Hl-06设置时控制端子3～8的功能；当bit8为“1"时为外部故障，当bit9为“1”时为故障复位，bitA～bitF各位未使用。

字节2和字节3：用于速度指令（速度基准值设置），按字为单位传送 （含低字节和高字节），速度设置分辨率为1/0.01Hz。

字节4和字节5：用于转矩基准／限制的设置。

2）从VSG7变频器传送至PDP Master的主要数据（输人数据）

字节0和字节1：用于监视变频器的状态，bit0为“1”时为正转运行，bit1为“1”时为零速度，bit2为“1”时为反转运行，bit3为“1”时为复位指令接收等。

字节2和字节3：用于速度反馈（速度测量值），按字为单位传送（含低字节和高字节），速度测量分辨率为l/0.01 Hz。

1.4 应用程序

若用STEP7配置的1号从站的地址为1，其输入字节的首地址为IB128，输出字节的首地址

为QB96，则关于PDP主站与变频器之间数据传输的程序如以下所示（包括变频器及其驱动电动机的

正转、停止、反转等方向指令、速度设定值指令和运行状态及速度反馈值监视）。

上述STEP7的语句表程序也可用梯形图表达。另外，数据通信的另一种编程方式就是调用功能模

块：PLC主站通过系统功能SFC14DPRD_DAT）和SFC15（DPWR_DAT）对各从站分别进行数据读、写操作[6]。

2 控制过程

冷凝水回送改造实现的目的是：将分散于5处的冷凝水，按照锅炉补水流量的需要，连续地回送至补水箱，作为锅炉补水，循环使用。通过对冷凝水的循环利用，降低锅炉补水制备成本，减少燃煤损耗。

2.1 控制过程

1）总体控制思路 系统运行过程中，以锅炉补水箱水位（LG）作为主要监控对象，以冷凝水箱水位（LLn）作为反馈信号，当锅炉补水箱水位低于LG时，将满足高于或等于LLn的冷凝水泵开启，向补水箱补水。当锅炉补水箱水位等于=LG时，保留冷凝水箱中水位较高的输水泵继续供水，以保证冷凝水箱不溢水，此部分冷凝水储存在补水箱的LG～LGmax（补水箱极限水位）的容积内，以保证补水箱中的存水量满足锅炉补水要求。

2）冷凝水位到达下限时冷凝水泵停机 冷凝水箱设最低水位LLmin，当水位达到此水位时，冷凝水泵停机。

3）冷凝水回送过程控制 实时监控各冷凝水箱的水位，按照“高开低关”的原则，结合补水箱水位，动态控制各冷凝水泵的工作状态，从而控制供水量，以保证补水箱不缺水、各冷凝水箱不溢出。

2.2 远程监控

采用通信接口卡SI-P1将安川VS G7变频器连接在开放式现场网络PROFIBUS-DP上后，可通过PROFIBUS-DP主站控制变频器的运行／停止，监视运行状态，改变/查看变频器的参数设定。

主站与与从站之间同步控制信号交换的流程如图3所示。系统具有可扩展性，为今后换热站运行参数远程监控、数据采集提供了平台。运行参数包括：电量、电流、电压、压力、温度、流量以及水泵及阀门的运行状态等。

3 结束语

图3 主站与接口卡信号交换流程图Fig.3 Master station and interface card signal exchange flow chart

PROFIBUS是一种开放而独立的总线标准，在机械制造、工业过程控制、智能建筑中充当通信网络。其中PROFIBUSDP主要用于现场级的高速数据传输、完成自动控制系统（如PLC、PC等）通过高速串行总线与分散的现场设备（I/O、驱动器、阀门等）之间的通信任务。

[1]龚仲华.变频器从原理到完全应用—三菱、安川[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2]吴中智，吴加林.变频器应用手册[M].北京：机械工业出版社，1995.

[3]罗红福.自动化技术实例解析丛书 PROFIBUS-DP现场总线工程应用实例解析[M].北京：中国电力出版社，2008.

[4]石秋洁.变频器应用基础[M].北京：机械工业出版社，2002.

[5]朱有辉.基于网络总线的电解多功能天车电气控制系统设计与应用[J].有色设备，2009（3）:23-27.ZHU You-hui.Based on thenetwork buselectrolysis multifunctional crane electric control system design and application[J].Color Equipment，2009（3）:23-27.

[6]侯斐，孙殿家.现场总线PROFIBUS-DP在变频/逆变器技术改造中的应用[J].辽宁科技学院学报，2008，10（3）:11-12.HOU Fei，SUN Dian-jia.PROFIBUS-DP bus in inverter/inverter technology application[J].JournalofLiaoning Institute of Science and Technology，2008，10（3）:11-12.