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基于PROFIBUS集成網絡的多變頻器控制系統設計（一）
鍋爐補給水水質直接影響工廠安全生產。反滲透法作為商業化應用的水處理技術，可保障鍋爐補給水安全。在反滲透鍋爐補給水處理裝置運行過程中，需及時調整運行工況改變產水量以適應鍋爐實際用水需求。產水量調整通過變頻技術改變泵的轉速實現。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水平。本文基于PROFINET和PROFIBUS集成網絡設計了一套多變頻器控制系統，由上位機、PLC控制器和現場變頻器組成。上位機采用組態軟件開發監控界面，完成實時監測和管理任務;PLC控制器和現場變頻器完成實時數據采集和自動控制功能。文中闡述了整個控制系統的網絡結構、變頻器設置和組態軟件開發。
集成總線介紹
自動控制領域應用的現場總線中，PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，被納入國際標準IEC。主要用于工廠車間級監控和現場設備層的數據通信與控制。實現現場設備層到車間級監控的分散數字控制和現場通信網絡[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，是新一代基于工業以太網技術的自動化總線標準。作為一項戰略性的技術創新，PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案。可根據實際需求構建星形、總線形和環形拓撲結構。根據響應時間不同，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構，采用TCP/IP標準通訊實現上位機與PLC控制器的通訊。
系統拓撲結構設計
工藝控制需求
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，要求控制系統具備自動運行、連鎖保護、產水水質監測和水量自動調節功能，保障安全生產，滿足鍋爐用水水質及水量需求。
多變頻器控制系統結構
集成網絡多變頻器控制系統結構。上層網絡為PROFINET，采用TCP/IP通訊協議，實現上位監控系統與PLC控制器的通訊。下層網絡為PROFIBUS，采用PROFIBUS-DP通訊協議，實現PLC控制器與變頻器的通訊[4,5]。
工程師站和操作員站通過PROFINET工業以太網實現實時通信，完成實時控制任務。同時，可根據實際需求增設，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、軟件編程和參數設置等。同時工程師站安裝WinCC7.0開發版，實現系統的軟件組態，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，實現對現場設備的實時監控。
集成網絡多變頻器控制系統具有很多優點：控制室和變頻器間可采用多種傳輸介質，如雙絞線、光纖、同軸電纜等，提高不同場合的適應性;多臺變頻器只用一條物理介質完成數據傳輸，節省現場接線;采用數字信號傳輸技術，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放的系統，可兼容不同廠家的變頻器，提高了系統可擴展性，可避免重復投資。
硬件配置
PLC控制器選用西門子S7-300系列CPU 315-2 PN/DP，系統預留20%備用點數。該CPU集成了PROFIBUS-DP總線接口和PROFINET以太網接口。可直接掛接帶有PROFIBUS-DP接口的變頻器;支持TCP/IP協議，可與上位機自由通信，使用方便靈活。現場變頻器由4臺西門子加裝PROFIBUS-DP通訊板的MM440變頻器組成。