基于PROFIBUS-DP总线控制的G150变频器和S7-300PLC在泵站恒压供水控制系统中的应用.docVIP

摘?要?】?　　提出并实现了一种以S7-300可编程逻辑控制器作为核心控制装置，使用工业控制计算机通过Visual Basic 6和MS SQL Server数据库实现上位机画面监控和系统管理,以OPC作为软硬件通讯接口，以Profibus-DP现场总线方式控制西门子G150变频器在城市供水泵站中的应用。实现了调节城市管网供水压力及节约能源和系统管理的目的。　　　　【关键词 】 　　变频恒压供水；SINAMICS G150；PLC； OPC；VB6；DP现场总线　　　　1．引言　　经随着城市建设规模的不断扩大和生活水平的提高，加上居住小区推行一户一表供水以后，对市政管网供水的可靠性（压力、流量）要求越来越高，各种分散或集中加压设施也逐渐增多。在这些加压设施中，采用调节水池加上变频调速恒压供水系统（以下简称系统）变量供水方式在稳定城市管网压力、节约能源、系统监视管理方面已显现出极大的优越性。　　　　2．系统组成情况　　2.1 SINAMICS G150变频器　　源于西门子必威体育精装版传动家族的SINAMICS G150高性能单机变频调速柜适用于所有单电机传动的应用，满足多种负载特性的要求，包括平方转距，线性转距，恒转距及恒功率负载类型.。采用紧凑高品质威图(RITTAL)柜式设计，节省占地面积30%~70%。柜内强电保护，安静运行(低于67dB)。使用全新主控制板CU320，智能化设计，采用CF软件存储卡，提供光缆接口和ProfiBus接口，功能操作面板AOP30和功能强大的软件工具STARTER进行选型，调试，节能计算。SINAMICS G150变频器配合N-Compact电机非常适用于使用平方律扭矩特性驱动泵和风机的变频器操作。　　　　2.2 可编程序控制器（PLC）　　选用西门子S7-300系列通用型PLC。该系列PLC能适合自动化工程中的各种应用场合，使用模块化结构，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。使用CPU313C-2DP为核心控制单元，该模块带MPI和ProfiBus-DP通信接口，配有MMC存储卡，免维护，集成了24DI/16DI的数字量IO，再扩展一个8AI的模拟输入模块用于管网压力，流量，蓄水池水位及电机轴承温度等模拟量的检测。　　　　2.3工业控制计算机(IPC)系统　　使用研华IPC610工控机，以MS Windows2000为系统平台，配置CP5611用于ProfiBus-DP现场总线通信，SIMATIC NET 软件配置OPC Server 使用VB6开发系统监控软件，MS SQL Server为后台数据库管理平台。使用SIMATIC SETP7 软件进行对系统的组态和编程调试，使用STARTER 软件进行对SINAMICS G150变频器的配置调试。　　其他设备包括水泵电机、出口阀门、压力传感器、液位计及相关电气控制设备等集成，进行变频调速全自动闭环控制管理监视功能，其系统组成示意见图1 。　　 　　图1 系统组成 　　　　3．系统的设计与实践　　3.1 基本控制原理　　 由压力变送器测量管网压力和流量信号转换成标准模拟信号经PLD的A/D转换，和设定值比较，进行PID运算，通过DP总线控制变频器频率，调节水泵转速而达到恒压及节能原理。如图示。　　　　3.2 变频参数设置　　通过STARTER软件向导设置G150变频器站地址，和波特率等参数，使之连接到DP总线上，成为S7-300PLC 的一个从站。配置连接的电机类型、电流、功率等参数，配置变频器命令源和主参数设定源为Profibus方式，选择速度控制方式（Speed control），定义Profibus PZD数据格式，选择使用水泵风机负载类型。如图2所示。　　 　　图2 变频器设置向导 　　 　　图3 驱动原理 　　 　　图4 斜坡功能发生器(RFG) 　　 　　图5 速度设定逻辑 　　　　3.3 下位机PLC程序开发　　PLC本控制系统的核心元件。设备服务器（IPC）与S7-300数据通讯实现了两套冗余的通讯方式：其一为IPC经过自带的CP1613卡与PLC的扩展模块CP343-1通过工业以太网通讯；其二为IPC通过自带的CP5611卡与PLC的DP通讯口进行S7、Profibus-DP等现场总线通讯协议进行通讯。客户端PC可以在实验室局域网、校园网或Internet访问远程实验室网站并做实验。由于用户做实验不受时间和地点的限制，充分发挥了用户的主观能动性，也让有限的实验设备得到了更有效的分时复用。　　(2) WRECS软件结构设计　　图2 WRECS软件结构　　为了让远程实验室能得到最大限度的普及，必须提供一个方便的客户端程序、实现客户端程序“零安