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基于PROFIBUS集成網(wǎng)絡(luò)的多變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(二)
軟硬件設(shè)計(jì)
硬件組態(tài)及設(shè)置
硬件組態(tài)
在STEP7軟件中創(chuàng)建新項(xiàng)目,進(jìn)行系統(tǒng)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(nèi)進(jìn)行組態(tài),設(shè)定好通訊地址范圍.
一般地,讀寫數(shù)據(jù)都做在一個(gè)DB塊中,且劃分與硬件組態(tài)設(shè)定的I/O地址范圍大小相同大小的區(qū)域,便于建立對(duì)應(yīng)關(guān)系和管理。讀變頻器數(shù)據(jù)的12個(gè)字節(jié)在DB0-DB11中,寫變頻器數(shù)據(jù)的12個(gè)字節(jié)放在DB12-DB23中,后面還可以存放諸如通訊錯(cuò)誤代碼和與變頻器有關(guān)的其他計(jì)算數(shù)據(jù)。
變頻器通訊設(shè)置
為實(shí)現(xiàn)DP通訊,需對(duì)MM440變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,常用參數(shù)設(shè)置如表1所示。為了保障總線運(yùn)行,P0700、P0918和P1000必須設(shè)置。在設(shè)置DP通訊地址時(shí),可借助通訊模塊的七個(gè)DIP開關(guān)或借助P0918來(lái)實(shí)現(xiàn),且必須與硬件組態(tài)保持一致。
軟件編程
系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu),包括主程序、模擬量數(shù)據(jù)采集與處理程序、水泵啟停控制、閥門控制、PID算法實(shí)現(xiàn)及故障報(bào)警。主程序負(fù)責(zé)各子程序的管理調(diào)用。
流量調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)中,4臺(tái)高壓泵控制方式相同。高壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻器控制,通過PID閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)。控制器將流量設(shè)定值與現(xiàn)場(chǎng)反饋的實(shí)際流量值進(jìn)行對(duì)比,經(jīng)過PID調(diào)節(jié),向變頻器輸出調(diào)節(jié)指令,變頻器接受控制器調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)高壓泵電機(jī)進(jìn)行速度控制。流量設(shè)定值由上級(jí)主PLC給定,不需監(jiān)測(cè)。流量設(shè)定值變化引起相關(guān)參數(shù)變化,包括變頻器頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、流量值。圖5為反滲透鍋爐補(bǔ)給水PID變頻控制系統(tǒng)原理圖。
采用西門子集成開發(fā)環(huán)境Step7中提供的PID控制功能模塊FB41來(lái)實(shí)現(xiàn)。流動(dòng)液體波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致流量傳感器/變送器的測(cè)量信號(hào)變動(dòng),為避免此波動(dòng)干擾,系統(tǒng)未采用微分環(huán)節(jié),僅采用PI調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。
變頻器通訊程序
通訊程序可直接調(diào)用STEP7編程軟件的系統(tǒng)功能SFC14(DPRD_DAT)和SFC15(DPWR_DAT)來(lái)實(shí)現(xiàn)[6],程序段如下:
CALL "DPRD_DAT" //讀變頻器數(shù)據(jù)到PLC
LADDR:=W#16#150 //通訊地址
RET_VAL:=MW200 //錯(cuò)誤代碼
RECORD: =P#DB100.DBX0.0 BYTE 12
//傳送起始地址及長(zhǎng)度
CALL "DPWR_DAT" //PLC到變頻器
LADDR:=W#16#100 //通訊地址
RECORD:=P#DB100.DBX12.0 BYTE 12
//傳送起始地址及長(zhǎng)度
RET_VAL:=MW //錯(cuò)誤代碼
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
用WINCC自帶的VBS腳本編輯器,編寫程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄。裝置開啟時(shí),進(jìn)行變量記錄和歸檔,停止時(shí),自動(dòng)關(guān)閉變量記錄。結(jié)果存儲(chǔ)在EXCEL中,便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理。
上位機(jī)組態(tài)
上位機(jī)組態(tài)采用西門子WinCCV7.0軟件進(jìn)行開發(fā),WinCC與PLC主站采用SIMATIC S7 Protocol Suite.chn通訊驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要顯示工藝流程、過程參數(shù)、控制方式、運(yùn)行狀況、對(duì)象狀態(tài),也能顯示成組參數(shù)。當(dāng)參數(shù)超限報(bào)警、控制對(duì)象故障或狀態(tài)變化時(shí),以不同顏色進(jìn)行顯示。畫面具有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種形式,顏色隨參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)變化而變化。圖7為工藝流程監(jiān)控畫面。
主要功能
上位監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能:(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和采集功能:連續(xù)采集和處理現(xiàn)場(chǎng)所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù),顯示操作畫面和工藝流程圖,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控;(2)在線診斷和報(bào)警保護(hù)功能:當(dāng)被控對(duì)象中的工藝參數(shù)或設(shè)備發(fā)生異常時(shí),通過監(jiān)控畫面進(jìn)行報(bào)警,記錄故障發(fā)生的時(shí)間、來(lái)源和恢復(fù)時(shí)間等詳細(xì)情況,且提示如何處理,以便操作人員進(jìn)行及時(shí)有效的處理。對(duì)重要設(shè)備的順序邏輯設(shè)置連鎖保護(hù),確保安全運(yùn)行。(3)歷史數(shù)據(jù)記錄及報(bào)表功能:建立參數(shù)/狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)主要參數(shù)數(shù)據(jù),創(chuàng)建基于SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的Excel格式歷史數(shù)據(jù)報(bào)表及存儲(chǔ)。
基于PROFIBUS和PROFINET集成網(wǎng)絡(luò)的多變頻器控制系統(tǒng),使生產(chǎn)各環(huán)節(jié)能夠及時(shí)進(jìn)行信息交換,提高了信號(hào)采集的品質(zhì)和系統(tǒng)的控制質(zhì)量,為工廠的信息化提供了可靠的通訊平臺(tái)。同時(shí),采用PROFIBUS-DP通訊,減少了電纜、橋架等硬件設(shè)備數(shù)量,大大節(jié)省了成本,安裝、維護(hù)工作量減少,具有較高的性價(jià)比,提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。