DeviceNet总线协议在高压变频器中的应用

摘要 ：本文介绍了利德华福公司生产的HARSVERT系列变频器连接到DeviceNet通讯网络及通过网络读写变频器内部参数的方法。
    关键词 ：现场总线，高压变频器，DeviceNet
         一、 项目简介
      变频器被广泛应用于工业控制现场的交流传动技术之中。通常变频器控制由操作面板来完成，也可以通过外部i/o控制信号来实现。随着网络技术的发展以及现场对生产的自动化程度更高要求，变频器与变频器、变频器与控制器之间更趋于通过现场实时总线通信的方式以实现数据的快速、准确交互。
        新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目共使用利德华福生产的18套高压变频器，所有变频器均需要接入到上位控制PLC中，如果采用硬接线方式，现场需要敷设大量电缆并且上位PLC将增加多个扩展模块，因此在设计阶段就考虑使用总线方式将变频器接入控制系统中。
        新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目加工厂区工程和矿石采输工程脱卤工段上位控制系统采用Rockwell公司采用罗克韦尔自动化系列产品。现场控制系统与底层执行机构之间通讯采用DeviceNet网络。变频器控制系统可编程控制器采用西门子PLC (S7-200 CPU226)，模拟量信号为4～20mA，4路输入2路输出，开关量的输入和输出接点全部为无源接点，24点输入16点输出。根据用户要求，变频器要求配备DeviceNet网络接口，变频装置直接以通信方式挂到工厂大系统PLC（AB公司产品）上，其通信协议对PLC调试单位开放。 
        二、DeviceNet及HARSVERT-A系列变频器的应用
        DeviceＮet是一种低成本的通信连接。它将工业设备(如:限位开关、光电传感器、阀组、电动机、起动器、过程传感器、条形码读取器、变频驱动器、面板显示器和操作员接口)连接到网络，从而免去了昂贵的硬接线。ＤeviceＮet是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同 时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceＮet的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的备级诊断功能，这是通过硬接线Ｉ/Ｏ接口很难实现的。DeviceＮet是一个开放 式网络标准。规范和协议都是开放的，厂商将设备连接到系统时，无需购买硬件、软件或许可权。 　　
   简单地说，DeviceＮet可以归纳出以下一些技术特点: 　
 　(1) 最大64个节点; 　
 　(2) 125kbps～500kbps通讯速率; 　　
   (3) 点对点，多主或主/从通信; 　
 　(4) 可带电更换网络节点，在线修改网络配置; 　　
   (5) 采用ＣＡＮ物理层和数据链路层规约，使用ＣＡＮ规约芯片，得到国际上主要芯片制造商的支持;                     　　
   (6) 支持选通、轮询、循环、状态变化和应用触发的数据传送; 　
 　(7) 低成本、高可靠性的数据网络; 　　
   (8) 既适合于连接底端工业设备，又能连接像变频器、操作终端这样的复杂设备; 　
 　(9) 采用无损位仲裁机制实现按优先级发送信息; 　
 　(10) 具有通讯错误分级检测机制、通讯故障的自动判别和恢复功能。
    罗布泊钾盐项目，为节能降耗，实现电机的软启动，所有大型电机均采用利德华福公司的生产的HARSVERT-A系列高压变频器来驱动。原始设计考虑采用管道中加阀门进行流量控制，这样就会造成大量电能损耗在阀门上，并且调节效果并不理想。最终，介质泵采用变频器控制，通过PLC进行PID运算，运算结果通过DeviceNet网络输出给变频器，控制水泵转速，从而进行流量、压力精确、灵活控制，同时节省了能源。
    HARSVERT-A变频器通过DeviceNet与PLC通讯，实现对电机的控制，可读取变频器状态字、运行频率、变频器温度及电机电流等大量过程参数；同时，也实现了对电机的远程启动、停止和频率的实时控制。使用网络通讯比传统的控制方式具有下述优点：接线数量减少，采集变频器的数据多，抗干扰能力强等。DeviceNet网络用于简单的、工业用的设备（如变频器、传感器等）与高级设备（如控制器）之间的连接。基于标准的控制域技术，这一开放的网络提供了许多厂商设备之间的可相互操作性，其中包括HARSVERT-A变频器的通讯。本项目中变频器通过为满足现场要求，高压变频器增加瑞典HMS公司的ANYBUS DeviceNet串行网关，型号为AB7001，将西门子s7-200PLC的标准MODBUS通讯端口转换为DeviceNet串行端口。通过现场调试，该方案满足客户要求。此种控制方式可以通过相应的编程软件察看或修改HARSVERT-A变频器内部的100多条参数，如电机的电流、柜体温度、转速等都可以由DeviceNet网络的数据采集获得，只需在控制室触摸屏或监控机上远程更改参数即可。变频器通过DeviceNet网络得到了智能化控制。
           
                                      网络结构图


    三、变频器接入到DeviceNet网络过程
    （1）、PLC到网关之间通讯电缆的制作方法：需9针D型和F型连接头各一个，屏蔽双绞线，制作方法：将双绞线的两端分别焊接在两个9针插头上（3脚－8脚，8脚－9脚）。
        （2）、将西门子s7-200 PLC的PORT 0口对应的电位器从最小选旋最大,目的是将通讯协议修改为MODBUS协议，为了确保已经修改成功可以用串口测试软件或主站仿真工具测试。具体的测试方法详见“协议说明.doc”文件。
        （3）、打开ABC Config Tool软件后，调用配置文件DeviceNet.cfg，将其下载到AB7001模中。     
    （4）、在上位PLC（RSLOGIX）编程软件中组态好硬件，下载到CPU中；编好基本的语句并下载，默认的输入字节为4，输出字节为4。
     1）变频器启动/停止/报警复位语句，使用输出控制第一个字，PLC→HARSVERT-A变频器，具体含义如下：
        
         2）变频器频率控制语句，使用输出控制第二个字，PLC→HARSVERT-A，频率值读写，范围：0-32767。
         3）变频器运行监测和报警监测语句，使用输入控制第一个字，HARSVERT-A→PLC具体含义如下：
     
         4）变频器频率监测语句，使用输入控制第二个字， HARSVERT-A→PLC，具体含义同输出控制第二个字。
       四、结束语
    高压变频器在工业节能应用越来越广泛，在应用DeviceNet总线控制后，大大地增加了变频器控制的灵活性，而且可以监视、控制更多的过程参数，使用户可以方便地获得变频器的更加全面的信息，为设备安全、高效的运行创造了有力条件。DeviceNet网络技术的发展使HARSVERT-A变频器控制上发生了巨大的变化，使变频器控制更智能、更易使用。