软硬件设计

　　硬件组态及设置

　　硬件组态

　　在STEP7软件中创建新项目，进行系统硬件组态，建立一个PROFIBUS-DP网络。6SE70系列MM440变频器在PROFIBUS-DP SIMOVERT文件夹内进行组态，设定好通讯地址范围.

　　一般地，读写数据都做在一个DB块中，且划分与硬件组态设定的I/O地址范围大小相同大小的区域，便于建立对应关系和管理。读变频器数据的12个字节在DB0-DB11中，写变频器数据的12个字节放在DB12-DB23中，后面还可以存放诸如通讯错误代码和与变频器有关的其他计算数据。

　　变频器通讯设置

　　为实现DP通讯，需对MM440变频器进行参数设置，常用参数设置如表1所示。为了保障总线运行，P0700、P0918和P1000必须设置。在设置DP通讯地址时，可借助通讯模块的七个DIP开关或借助P0918来实现，且必须与硬件组态保持一致。

　　软件编程

　　系统程序设计采用模块化结构，包括主程序、模拟量数据采集与处理程序、水泵启停控制、阀门控制、PID算法实现及故障报警。主程序负责各子程序的管理调用。

　　流量调节实现

　　本系统中，4台高压泵控制方式相同。高压泵电机转速由变频器控制，通过PID闭环控制实现变流量调节。控制器将流量设定值与现场反馈的实际流量值进行对比，经过PID调节，向变频器输出调节指令，变频器接受控制器调节信号对高压泵电机进行速度控制。流量设定值由上级主PLC给定，不需监测。流量设定值变化引起相关参数变化，包括变频器频率、电机转速、流量值。图5为反渗透锅炉补给水PID变频控制系统原理图。

　　采用西门子集成开发环境Step7中提供的PID控制功能模块FB41来实现。流动液体波动会导致流量传感器/变送器的测量信号变动，为避免此波动干扰，系统未采用微分环节，仅采用PI调节实现。

　　变频器通讯程序

　　通讯程序可直接调用STEP7编程软件的系统功能SFC14(DPRD_DAT)和SFC15(DPWR_DAT)来实现[6]，程序段如下：

　　CALL "DPRD_DAT" //读变频器数据到PLC

　　LADDR:=W#16#150 //通讯地址

　　RET_VAL:=MW200 //错误代码

　　RECORD: =P#DB100.DBX0.0 BYTE 12

　　//传送起始地址及长度

　　CALL "DPWR_DAT" //PLC到变频器

　　LADDR:=W#16#100 //通讯地址

　　RECORD:=P#DB100.DBX12.0 BYTE 12

　　//传送起始地址及长度

　　RET_VAL:=MW //错误代码

　　数据存储

　　用WINCC自带的VBS脚本编辑器，编写程序实现数据自动记录。装置开启时，进行变量记录和归档，停止时，自动关闭变量记录。结果存储在EXCEL中，便于后续数据处理。

　　上位机组态

　　上位机组态采用西门子WinCCV7.0软件进行开发，WinCC与PLC主站采用SIMATIC S7 Protocol Suite.chn通讯驱动程序实现。上位机监控系统主要显示工艺流程、过程参数、控制方式、运行状况、对象状态，也能显示成组参数。当参数超限报警、控制对象故障或状态变化时，以不同颜色进行显示。画面具有动态和静态两种形式，颜色随参数或设备状态变化而变化。图7为工艺流程监控画面。

　　主要功能

　　上位监控系统具有以下功能：(1)实时监测、控制和采集功能：连续采集和处理现场所有实时数据和工艺参数，显示操作画面和工艺流程图，并对整个系统的运行状态实时监控;(2)在线诊断和报警保护功能：当被控对象中的工艺参数或设备发生异常时，通过监控画面进行报警，记录故障发生的时间、来源和恢复时间等详细情况，且提示如何处理，以便操作人员进行及时有效的处理。对重要设备的顺序逻辑设置连锁保护，确保安全运行。(3)历史数据记录及报表功能：建立参数/状态数据库，存储主要参数数据，创建基于SQL Server数据库的Excel格式历史数据报表及存储。

　　基于PROFIBUS和PROFINET集成网络的多变频器控制系统，使生产各环节能够及时进行信息交换，提高了信号采集的品质和系统的控制质量，为工厂的信息化提供了可靠的通讯平台。同时，采用PROFIBUS-DP通讯，减少了电缆、桥架等硬件设备数量，大大节省了成本，安装、维护工作量减少，具有较高的性价比，提高了企业的生产效率、经济效益和社会效益。