DeviceNet總線協議在高壓變頻器中的應用

摘要 ：本文介紹了利德華福公司生產的HARSVERT系列變頻器連接到DeviceNet通訊網絡及通過網絡讀寫變頻器內部參數的方法。
    關鍵詞 ：現場總線，高壓變頻器，DeviceNet
         一、 項目簡介
      變頻器被廣泛應用于工業控制現場的交流傳動技術之中。通常變頻器控制由操作面板來完成，也可以通過外部i/o控制信號來實現。隨著網絡技術的發展以及現場對生產的自動化程度更高要求，變頻器與變頻器、變頻器與控制器之間更趨于通過現場實時總線通信的方式以實現數據的快速、準確交互。
        新疆羅布泊鉀肥基地年產120萬噸鉀肥項目共使用利德華福生產的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，現場需要敷設大量電纜并且上位PLC將增加多個擴展模塊，因此在設計階段就考慮使用總線方式將變頻器接入控制系統中。
        新疆羅布泊鉀肥基地年產120萬噸鉀肥項目加工廠區工程和礦石采輸工程脫鹵工段上位控制系統采用Rockwell公司采用羅克韋爾自動化系列產品?，F場控制系統與底層執行機構之間通訊采用DeviceNet網絡。變頻器控制系統可編程控制器采用西門子PLC (S7-200 CPU226)，模擬量信號為4～20mA，4路輸入2路輸出，開關量的輸入和輸出接點全部為無源接點，24點輸入16點輸出。根據用戶要求，變頻器要求配備DeviceNet網絡接口，變頻裝置直接以通信方式掛到工廠大系統PLC（AB公司產品）上，其通信協議對PLC調試單位開放。 
        二、DeviceNet及HARSVERT-A系列變頻器的應用
        DeviceＮet是一種低成本的通信連接。它將工業設備(如:限位開關、光電傳感器、閥組、電動機、起動器、過程傳感器、條形碼讀取器、變頻驅動器、面板顯示器和操作員接口)連接到網絡，從而免去了昂貴的硬接線。ＤeviceＮet是一種簡單的網絡解決方案，在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同 時，減少了配線和安裝工業自動化設備的成本和時間。DeviceＮet的直接互連性不僅改善了設備間的通信，而且同時提供了相當重要的備級診斷功能，這是通過硬接線Ｉ/Ｏ接口很難實現的。DeviceＮet是一個開放 式網絡標準。規范和協議都是開放的，廠商將設備連接到系統時，無需購買硬件、軟件或許可權。 　　
   簡單地說，DeviceＮet可以歸納出以下一些技術特點: 　
 　(1) 最大64個節點; 　
 　(2) 125kbps～500kbps通訊速率; 　　
   (3) 點對點，多主或主/從通信; 　
 　(4) 可帶電更換網絡節點，在線修改網絡配置; 　　
   (5) 采用ＣＡＮ物理層和數據鏈路層規約，使用ＣＡＮ規約芯片，得到國際上主要芯片制造商的支持;                     　　
   (6) 支持選通、輪詢、循環、狀態變化和應用觸發的數據傳送; 　
 　(7) 低成本、高可靠性的數據網絡; 　　
   (8) 既適合于連接底端工業設備，又能連接像變頻器、操作終端這樣的復雜設備; 　
 　(9) 采用無損位仲裁機制實現按優先級發送信息; 　
 　(10) 具有通訊錯誤分級檢測機制、通訊故障的自動判別和恢復功能。
    羅布泊鉀鹽項目，為節能降耗，實現電機的軟啟動，所有大型電機均采用利德華福公司的生產的HARSVERT-A系列高壓變頻器來驅動。原始設計考慮采用管道中加閥門進行流量控制，這樣就會造成大量電能損耗在閥門上，并且調節效果并不理想。最終，介質泵采用變頻器控制，通過PLC進行PID運算，運算結果通過DeviceNet網絡輸出給變頻器，控制水泵轉速，從而進行流量、壓力精確、靈活控制，同時節省了能源。
    HARSVERT-A變頻器通過DeviceNet與PLC通訊，實現對電機的控制，可讀取變頻器狀態字、運行頻率、變頻器溫度及電機電流等大量過程參數；同時，也實現了對電機的遠程啟動、停止和頻率的實時控制。使用網絡通訊比傳統的控制方式具有下述優點：接線數量減少，采集變頻器的數據多，抗干擾能力強等。DeviceNet網絡用于簡單的、工業用的設備（如變頻器、傳感器等）與高級設備（如控制器）之間的連接。基于標準的控制域技術，這一開放的網絡提供了許多廠商設備之間的可相互操作性，其中包括HARSVERT-A變頻器的通訊。本項目中變頻器通過為滿足現場要求，高壓變頻器增加瑞典HMS公司的ANYBUS DeviceNet串行網關，型號為AB7001，將西門子s7-200PLC的標準MODBUS通訊端口轉換為DeviceNet串行端口。通過現場調試，該方案滿足客戶要求。此種控制方式可以通過相應的編程軟件察看或修改HARSVERT-A變頻器內部的100多條參數，如電機的電流、柜體溫度、轉速等都可以由DeviceNet網絡的數據采集獲得，只需在控制室觸摸屏或監控機上遠程更改參數即可。變頻器通過DeviceNet網絡得到了智能化控制。
           
                                      網絡結構圖


    三、變頻器接入到DeviceNet網絡過程
    （1）、PLC到網關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，屏蔽雙絞線，制作方法：將雙絞線的兩端分別焊接在兩個9針插頭上（3腳－8腳，8腳－9腳）。
        （2）、將西門子s7-200 PLC的PORT 0口對應的電位器從最小選旋最大,目的是將通訊協議修改為MODBUS協議，為了確保已經修改成功可以用串口測試軟件或主站仿真工具測試。具體的測試方法詳見“協議說明.doc”文件。
        （3）、打開ABC Config Tool軟件后，調用配置文件DeviceNet.cfg，將其下載到AB7001模中。     
    （4）、在上位PLC（RSLOGIX）編程軟件中組態好硬件，下載到CPU中；編好基本的語句并下載，默認的輸入字節為4，輸出字節為4。
     1）變頻器啟動/停止/報警復位語句，使用輸出控制第一個字，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字，PLC→HARSVERT-A，頻率值讀寫，范圍：0-32767。
         3）變頻器運行監測和報警監測語句，使用輸入控制第一個字，HARSVERT-A→PLC具體含義如下：
     
         4）變頻器頻率監測語句，使用輸入控制第二個字， HARSVERT-A→PLC，具體含義同輸出控制第二個字。
       四、結束語
    高壓變頻器在工業節能應用越來越廣泛，在應用DeviceNet總線控制后，大大地增加了變頻器控制的靈活性，而且可以監視、控制更多的過程參數，使用戶可以方便地獲得變頻器的更加全面的信息，為設備安全、高效的運行創造了有力條件。DeviceNet網絡技術的發展使HARSVERT-A變頻器控制上發生了巨大的變化，使變頻器控制更智能、更易使用。