基于变频器与Profibus的总线控制系统优化方案

8.4.2.1 Profibus总线概况

Profibus是由Siemens公司提出并极力倡导的德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170，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。Profibus由Profibus-DP、Profibus-PA和Profibus-FMS三个系列组成。

Profibus-PA（Process Automation）用于过程自动化的低速数据传输，其基本特性同FF的H1总线，可以提供总线供电和本质安全，并得到了专用集成电路（ASIC）和软件支持。

ProfiBus-DP与ProfiBus-PA兼容，基本特性同FF的H2总线，可实现高速传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输，用于连接ProfiBus-PA和加工自动化。

ProfiBus-FMS适用于一般自动化的中速数据传输，主要用于传感器、执行器、电气传动、PLC、纺织和楼宇自动化等。实现对变量的访问、程序调用、运行控制及事件管理等。

后两个系列采用RS-485通信标准，传输速率为9.6k～12Mbit/s（与传输速率有关）。介质存取控制的基本方式为主站之间的令牌方式和主站与从站之间的主从方式，以及综合这两种方式的混合方式。Profibus是一种比较成熟的总线，在工程上应用十分广泛。

8.4.2.2 Profibus现场总线技术在输煤系统变频控制中的应用

针对输煤系统皮带给煤机控制方式存在的问题，基于Profibus技术，将设备控制方式改造成变频器调速的方式，并加以实施，为经济效益的提高提供了可靠的技术保障。

1.系统介绍及存在问题 皮带给煤机是大中型燃煤电厂必不可少的重要辅助设备。其在输煤专业的主要作用是作为煤源设备，要求必须具备良好的煤量调节能力。20世纪末期之前的大多数燃煤电厂皮带给煤机都采用电磁离合调速控制方式，这种控制工艺手段的弊端较多，一是调速范围窄，煤量控制模糊，无法做到精确控制；二是煤量调节方式简单，只能在就地进行调节，无法实现中央集控室的实时调节及在线监控。随着电力市场化体制改革的深入及装机容量的不断增加，加之能源市场供应体系的日益复杂，燃煤混配工作开展的好坏已成为制约企业经济效益提高的一个重要因素。这样，原有控制方式就远远不能满足现实需求。为此，将设备控制方式改造成变频调速方式，并利用变频器通信接口与Profibus总线实现良好通信，实现远方精确调节煤量及实时在线监控功能。

2.变频器系统改造的实施

（1）PLC控制及通信系统

①系统方案设计。输煤系统中央控制单元有2套PLC控制系统（S5系统及S7-300系统），通过工业以太网与上位机构成控制核心。利用S7-300系统中CPU315-2DP的Profibus-DP通信能力，架构Profibus总线控制环节，在原有系统的基础上实现给煤机远方变频控制工艺。系统组态如图8-24所示。图中标为RS-485的设备为Profibus模板，它安装于变频器正面，通过RS-485串行接口实现与变频器的通信。(www.xing528.com)

②软件编制。采用西门子STEP7第5.02版编程软件，完成了系统的组态和工艺逻辑编程。而变频器部分除了常规设置参数外，还设置了专门用于Pro-fibus-DP总线控制所需的几个参数，即改变用户访问级P003=3；确定变频命令源P0700=99；确定变频运行的主设置值P1000=6；参数P719一定要设成66；确定变频站地址P719=1～125。

图8-24 系统组态

（2）电气设计：分别为每台皮带给煤机设计安装1台变频动力控制柜。设有就地/远方操作模式，并可实现无扰动切换。各台变频器采用内置的RS-485接口通过Profibus模板与Profibus-DP现场总线良好通信至中央集控单元，实现远方煤量精确调节及就地设备运行工况等实时指令与数据的传输。

（3）Profibus-DP现场总线的应用：Profibus-DP现场总线是用SINEC L2局域网的部件进行设计的，它使用Profibus-DP协议型，该协议是用于分布式I/O的模型。它允许少量数据的高速循环通过。如将每台变频器看成一个单独的分布式I/O单元，则该系统就简化为在原来系统的基础上增加几个分布式I/O单元而已。这样，PLC和分布式I/O具有的高度一致性在本分支中同样适用。

①集中的组态。在使用的西门子STEP7第5.02版本中，已经有将MMX440变频器看成一个独立元的功能，因此，硬件的组态与就地设备的安装位置及安装方式无关。

②集中和分布的编程。自动化系统都采用STEP7编程，与组态无关，这样允许在编程时不考虑未来的硬件组态。

③集中和分布的整体性能。SIMATIC S7提供有效的系统支持，包括用软件定义变频器的参数、数据之间的交换能力和易于连接的功能模块。

④通过Profibus-DP进行编程、调试和启动。分布式的自动化系统需要有分布调试的可能性。通过STEP7，用CPU的编程口，同样可以实现对现场的集中编程、诊断和启动。在本系统中采用S7-300 PLC Profibus-DP接口通信方式，且在MMX440上具有RS-485接口，从而可以方便实现变频器给定的数字化控制。

通过这些特性，就可以像以往使用分布式I/O系统一样组态并控制多台MMX440变频器，同时还可以利用其特点实现系统的闭环控制。

（4）上位机功能的扩展：皮带给煤机煤量调节指令及设备运行状况回馈信号都是一些可变量。如果单纯在PLC控制系统中实现所要完成的功能，势必要增加模拟量输入输出模块及装置，这样不但增加了资金的投入，还会使系统变得更为复杂。而用上位机相关功能，可以很简便地处理模拟量数据，并通过工业以太网与S7系统实现数据共享，从而使得系统控制方式更为灵活，人机对话方式更为友好。