DeviceNet總線協(xié)議在高壓變頻器中的應(yīng)用

變頻器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的交流傳動(dòng)技術(shù)之中。通常變頻器控制由操作面板來完成，也可以通過外部i/o控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度更高要求，變頻器與變頻器、變頻器與控制器之間更趨于通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)總線通信的方式以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確交互。

新疆羅布泊鉀肥基地年產(chǎn)120萬噸鉀肥項(xiàng)目共使用利德華福生產(chǎn)的18套高壓變頻器，所有變頻器均需要接入到上位控制PLC中，如果采用硬接線方式，現(xiàn)場(chǎng)需要敷設(shè)大量電纜并且上位PLC將增加多個(gè)擴(kuò)展模塊，因此在設(shè)計(jì)階段就考慮使用總線方式將變頻器接入控制系統(tǒng)中。

新疆羅布泊鉀肥基地年產(chǎn)120萬噸鉀肥項(xiàng)目加工廠區(qū)工程和礦石采輸工程脫鹵工段上位控制系統(tǒng)采用Rockwell公司采用羅克韋爾自動(dòng)化系列產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)與底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間通訊采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)。變頻器控制系統(tǒng)可編程控制器采用西門子PLC (S7-200 CPU226)，模擬量信號(hào)為4～20mA，4路輸入2路輸出，開關(guān)量的輸入和輸出接點(diǎn)全部為無源接點(diǎn)，24點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出。根據(jù)用戶要求，變頻器要求配備DeviceNet網(wǎng)絡(luò)接口，變頻裝置直接以通信方式掛到工廠大系統(tǒng)PLC(AB公司產(chǎn)品)上，其通信協(xié)議對(duì)PLC調(diào)試單位開放。

DeviceNet及HARSVERT-A系列變頻器的應(yīng)用

DeviceNet是一種低成本的通信連接。它將工業(yè)設(shè)備(如:限位開關(guān)、光電傳感器、閥組、電動(dòng)機(jī)、起動(dòng)器、過程傳感器、條形碼讀取器、變頻驅(qū)動(dòng)器、面板顯示器和操作員接口)連接到網(wǎng)絡(luò)，從而免去了昂貴的硬接線。DeviceNet是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同 時(shí)，減少了配線和安裝工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)間。DeviceNet的直接互連性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且同時(shí)提供了相當(dāng)重要的備級(jí)診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實(shí)現(xiàn)的。DeviceNet是一個(gè)開放 式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范和協(xié)議都是開放的，廠商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時(shí)，無需購(gòu)買硬件、軟件或許可權(quán)。

簡(jiǎn)單地說，DeviceNet可以歸納出以下一些技術(shù)特點(diǎn):

(1) 最大64個(gè)節(jié)點(diǎn);

(2) 125kbps～500kbps通訊速率;

(3) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，多主或主/從通信;

(4) 可帶電更換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在線修改網(wǎng)絡(luò)配置;

(5) 采用CAN物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約，使用CAN規(guī)約芯片，得到國(guó)際上主要芯片制造商的支持;

(6) 支持選通、輪詢、循環(huán)、狀態(tài)變化和應(yīng)用觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳送;

(7) 低成本、高可靠性的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò);

(8) 既適合于連接底端工業(yè)設(shè)備，又能連接像變頻器、操作終端這樣的復(fù)雜設(shè)備;

(9) 采用無損位仲裁機(jī)制實(shí)現(xiàn)按優(yōu)先級(jí)發(fā)送信息;

(10) 具有通訊錯(cuò)誤分級(jí)檢測(cè)機(jī)制、通訊故障的自動(dòng)判別和恢復(fù)功能。

羅布泊鉀鹽項(xiàng)目，為節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，所有大型電機(jī)均采用利德華福公司的生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器來驅(qū)動(dòng)。原始設(shè)計(jì)考慮采用管道中加閥門進(jìn)行流量控制，這樣就會(huì)造成大量電能損耗在閥門上，并且調(diào)節(jié)效果并不理想。最終，介質(zhì)泵采用變頻器控制，通過PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)輸出給變頻器，控制水泵轉(zhuǎn)速，從而進(jìn)行流量、壓力精確、靈活控制，同時(shí)節(jié)省了能源。

HARSVERT-A變頻器通過DeviceNet與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，可讀取變頻器狀態(tài)字、運(yùn)行頻率、變頻器溫度及電機(jī)電流等大量過程參數(shù);同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止和頻率的實(shí)時(shí)控制。使用網(wǎng)絡(luò)通訊比傳統(tǒng)的控制方式具有下述優(yōu)點(diǎn)：接線數(shù)量減少，采集變頻器的數(shù)據(jù)多，抗干擾能力強(qiáng)等。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)用于簡(jiǎn)單的、工業(yè)用的設(shè)備(如變頻器、傳感器等)與高級(jí)設(shè)備(如控制器)之間的連接?；跇?biāo)準(zhǔn)的控制域技術(shù)，這一開放的網(wǎng)絡(luò)提供了許多廠商設(shè)備之間的可相互操作性，其中包括HARSVERT-A變頻器的通訊。本項(xiàng)目中變頻器通過為滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，高壓變頻器增加瑞典HMS公司的 ANYBUS DeviceNet串行網(wǎng)關(guān)，型號(hào)為AB7001，將西門子s7-200PLC的標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊端口轉(zhuǎn)換為DeviceNet串行端口。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，該方案滿足客戶要求。此種控制方式可以通過相應(yīng)的編程軟件察看或修改HARSVERT-A變頻器內(nèi)部的100多條參數(shù)，如電機(jī)的電流、柜體溫度、轉(zhuǎn)速等都可以由DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集獲得，只需在控制室觸摸屏或監(jiān)控機(jī)上遠(yuǎn)程更改參數(shù)即可。變頻器通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)得到了智能化控制。

變頻器接入到DeviceNet網(wǎng)絡(luò)過程

(1)、PLC到網(wǎng)關(guān)之間通訊電纜的制作方法：需9針D型和F型連接頭各一個(gè)，屏蔽雙絞線，制作方法：將雙絞線的兩端分別焊接在兩個(gè)9針插頭上(3腳-8腳，8腳-9腳)。

(2)、將西門子s7-200 PLC的PORT 0口對(duì)應(yīng)的電位器從最小選旋最大,目的是將通訊協(xié)議修改為MODBUS協(xié)議，為了確保已經(jīng)修改成功可以用串口測(cè)試軟件或主站仿真工具測(cè)試。具體的測(cè)試方法詳見“協(xié)議說明.doc”文件。

(3)、打開ABC Config Tool軟件后，調(diào)用配置文件DeviceNet.cfg，將其下載到AB7001模中。

(4)、在上位PLC(RSLOGIX)編程軟件中組態(tài)好硬件，下載到CPU中;編好基本的語句并下載，默認(rèn)的輸入字節(jié)為4，輸出字節(jié)為4。

1)變頻器啟動(dòng)/停止/報(bào)警復(fù)位語句，使用輸出控制第一個(gè)字，PLC→HARSVERT-A變頻器，具體含義如下：

2)變頻器頻率控制語句，使用輸出控制第二個(gè)字，PLC→HARSVERT-A，頻率值讀寫，范圍：0-32767。

3)變頻器運(yùn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警監(jiān)測(cè)語句，使用輸入控制第一個(gè)字，HARSVERT-A→PLC具體含義如下：

4)變頻器頻率監(jiān)測(cè)語句，使用輸入控制第二個(gè)字， HARSVERT-A→PLC，具體含義同輸出控制第二個(gè)字。

高壓變頻器在工業(yè)節(jié)能應(yīng)用越來越廣泛，在應(yīng)用DeviceNet總線控制后，大大地增加了變頻器控制的靈活性，而且可以監(jiān)視、控制更多的過程參數(shù)，使用戶可以方便地獲得變頻器的更加全面的信息，為設(shè)備安全、高效的運(yùn)行創(chuàng)造了有力條件。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使HARSVERT-A變頻器控制上發(fā)生了巨大的變化，使變頻器控制更智能、更易使用。