基于Profibus網(wǎng)的變頻器在高爐物料厚度探測的應(yīng)用彭永供，項安，胡奕濤（南昌大學(xué)信息工程學(xué)院江西南昌了西門子S7-300PLC與變頻器通訊編程過程的PID調(diào)節(jié)配置方法。

　　變頻器是交流調(diào)速中普遍使用的基本設(shè)備，一般應(yīng)用PLC作為控制器，變頻器作為被控設(shè)備，工作方式是：利用PLC的開關(guān)量I/O信號，通過變頻器端子控制變頻器的啟動和停止，利用模擬量I/O信號，控制變頻器的運行和調(diào)速。變頻器隨著其產(chǎn)品性能的提高與功能的加，其控制也越來越復(fù)雜，這勢必導(dǎo)致整個變頻器系統(tǒng)的布線多以及不可避免的干擾問題。隨著現(xiàn)代化工廠范圍的延伸和現(xiàn)場總線的應(yīng)用，基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制己成為可能。Profibus是目前歐洲主流的一種工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，它具有通訊速度快，協(xié)議開放，接線簡單等優(yōu)點。通過通訊獲得的數(shù)據(jù)是不存在偏差的，可以以此為依據(jù)用PLC的PID算法來完成閉環(huán)調(diào)速控制I并有效的記錄數(shù)據(jù)以供分析。

　　1物料厚度探測分析在高爐煉鐵系統(tǒng)工程中，物料料面厚度是一個非常關(guān)鍵的參數(shù)，物料料面的探測是至關(guān)重要的。假設(shè)物料位于一個相對較小的高爐內(nèi)，由于料面的溫度很高，且料面高低不太平坦，可探測的空間小，所以采用耐高溫的重鐵錘直接接觸料面，用鋼絲繩拉住鐵錘，通過一個滑輪將鋼絲繩的另一端固定在一個滾輪上，該滾輪通過變速箱由電機(jī)拖動，然后通過計算裝在與滾輪同軸的編碼器上的編碼數(shù)來確定料面的厚度。

　　在料面探測中所要解決的問題是在重錘下降過程中，讓重錘緩緩下降，碰到料面后自動停止，然后隨著料面的下降而下降。分為兩個過程：（1）重錘下降過程，（2）重錘隨料面下降過程。在制造重錘時，特地將重錘做成重心較低的形狀，這樣就在第二個過程中，讓重錘靠重力隨著料面下降而下降，而不需要控制了。所以，問題就集中到了重錘下降這個惟一的過程當(dāng)中來。

　　在多次試驗中，發(fā)現(xiàn)將重錘下降過程中的向下力矩控制在小于5Nm，電機(jī)速度控制在500r/min左右，下降的過程就會比較合適，不會太慢，也不會沖過頭。因此可通過控制力矩來達(dá)到控制速度的功能。

　　2變頻器調(diào)節(jié)原理V0為重錘在某一時刻時的初速度；a為重錘在某一時刻的下降加速度。

　　而（mgf）=ma，其中f為電機(jī)提升力矩產(chǎn)生的提升力。由此可見，通過調(diào)節(jié)變頻器的提升力矩，可以達(dá)到控制重錘下降速度的目的，根據(jù)以上的原理，我們可以得到PID調(diào)節(jié)的方框圖如所示。

　　PID調(diào)節(jié)示意Profibus-dp網(wǎng)的控制系統(tǒng)以ASC800系列變頻器介紹現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成。西門子ASC800系列變頻器的Profibus-DP通訊卡為CBP，插在變頻器中，由基本裝置提供電源。電纜線連成的現(xiàn)場總線系統(tǒng)如所示，在本系統(tǒng)中上一級自動化系統(tǒng)采用西門子可編程S7-300系列的CPU315-2系統(tǒng)，變頻器采用內(nèi)插CBP卡的ASC800系列變頻器。CPU315-2系統(tǒng)本身具有Profibus-DP接口所以無需另外的通訊接口單元及轉(zhuǎn)換接口從而大大減少了現(xiàn)場接線，降低了工程造價。

　　Profibus-DP網(wǎng)的控制原理圖本系統(tǒng)中，上一級自動化系統(tǒng)作為主站，變頻器作為從站。工作時，主站傳送變頻器運行指令給從站，同時接受變頻器反饋回來的運行狀態(tài)及故障報警狀態(tài)。變頻器在主站的指揮下運行，并且將運行的信息及時送到主站。

　　4組態(tài)槽。

　　接口。

　　3.變頻器站和主站用屏蔽雙絞線相連，在Profibusdp網(wǎng)的首端和終端接上終端電阻。

　　Profibus-dp網(wǎng)中所有硬件都添加到配置文件中，設(shè)置各自的硬件屬性，包括Piofibus-dp網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議、傳輸速率等。一般將波特率設(shè)定為較低的水平以提高抗干擾能力。

　　安裝ABBASC800的驅(qū)動，在西門子S7-300硬件組態(tài)ASC800隨機(jī)附帶的ABB 0812.gsd，該文件是可以用記事本打開的，內(nèi)有詳細(xì)的通訊配置。然后刷新，可到Profibus網(wǎng)中。然后選擇PPOType4，它的輸入輸出地址均為6個字。

　　5控制程序的編制的數(shù)據(jù)交換程序，以及PID調(diào)節(jié)的配置方法，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制為500r/min.添加西門子自帶的系統(tǒng)功能SFC14和SFC15到LM80.0 //設(shè)定M80為脈沖字節(jié)，其中0 /PLC不斷發(fā)校驗脈沖給變頻器，一旦變頻器未能檢測到該脈沖，就立刻制動電機(jī)的數(shù)據(jù)頻器在S7-3⑴的定時中斷程序OB35（定義為50ms）中添加一個PID調(diào)節(jié)器程序FB41，為FB41分配參數(shù)（在一個DB塊內(nèi)，此處為DB1）。將從變頻器讀入的速度轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)放入DB1.PV（過程輸入值）中。

　　采樣時間設(shè)定為：DB1.CYCLE=SOms；比例調(diào)節(jié)設(shè)定為DB1.GAIN=0.1.積分調(diào)節(jié)設(shè)定為：DB1.TI=微分調(diào)節(jié)設(shè)定為：DB1.TD=300ms.高低限設(shè)定分別為：程序中不能對其操作//設(shè)定為自動//設(shè)定比例調(diào)節(jié)啟動//設(shè)定積分調(diào)節(jié)啟動//積分調(diào)節(jié)初始化//設(shè)定微分調(diào)節(jié)啟動6結(jié)束語通過長時間的運行，可以看到，采用以上的通訊控制方法，具有接線簡單（只需兩根線）交換數(shù)據(jù)快，控制距離長，以及安全可靠的優(yōu)點。能夠在誤差允許的范圍內(nèi)準(zhǔn)確地探測到料面的厚度，為工廠工藝提供可靠的數(shù)據(jù)，同時下降過程的有效控制使得檢修周期大大延長。