Profibus—DP在MW级风力发电机组控制系统中的应用.docx

《Profibus—DP在MW级风力发电机组控制系统中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Profibus—DP在MW级风力发电机组控制系统中的应用.docx（8页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、ProfibusDP在MW级风力发电机组控制系统中的应用ProfibusDP在MW级风力发电机组控制系统中的应用huanglj导语：介绍了MW级风力发电机组控制系统设计要求及工业现场总线控制系统的特点。摘要：介绍了MW级风力发电机组控制系统设计要求及工业现场总线控制系统的特点。在此根底上提出了在MW级风电机组主控制器与变频器和液压系统之间通过ProfibusDP总线构成现场总线控制系统的方案，并具体阐述了该方案中ProfibusDP网络的构成、组态、参数设置和通讯程序的编制。关键词：MW级风力发电机组；ProfibusDP；现场总线控制系统ApplicationOfProfibusDPinth

2、eWindTurbineControlSystemYAOXingjia，QINLixue，ZHAOWenzhen，LIUZhi1WindEnergyInstituteofShenyangUniversityofTechnology，Shenyang11X23，China；2ShenyangWaterSupplyCorporation，Shenyang1lXY23，ChmAbstract：ThispaperpresentsafieldbuscontrolsystemforaMWwindturbineThemaincontrollerandtheeonverterandthehydraulicsy

3、stemareconnectedbytheProfibusDPfieldbusKeywords：MWwindturbine；ProfibusDP；FCS由沈阳工业大学承当的“863方案“MW级变速恒频风力发电机组的研制是变速恒频机组，该机组将控制系统、变频器等都放在机舱内。在机组运行经过中，变频器会产生强烈电磁干扰谐波；在机组并网瞬间，发电时机产生强大干扰冲击电流。在这种强干扰环境中，为了使机组能稳定运行，必须对机组控制系统进展抗干扰设计。现场总线控制系统FCS是信息数字化、控制分散化的新一代工业自动化控制系统，是信息化、智能化、数字化、网络化向现场的开展。FCS具有可开发性、互操纵性、互换性

4、和可集成性。FCS的可靠性高、易维护和治理。它克制了传统工业经过控制系统的投资高，传输精度和抗干扰性能低，系统不开放、可集成性差，不易安装、维护和治理的缺点。2Profibus现场总线现场总线是FCS的关键设备之一。目前最具代表性的现场总线是ProfibusProcessFieldbus和FFfoundationFiddbIls。由于Profibus已制订了标准，并对外公布，所以应用得比拟多。Pr0Jibus现场总线是一种国际化、开放式、不依靠于设备消费商的现场总线标准。Profibus由三个兼容局部组成，即Profibus一PAPIocessAutomation、ProfibusFMSFie

5、ldbusMessagestriaetion、ProfibusDPDecentralizedPeriphery。其中ProfibusPA是专为经过自动化设计的，它可使传感器和执行机构联在一根总线上；ProfibusFMS用于车间级监控网络；ProfibusDP是一种高速低本钱通讯，用于设备级控制系统与分散式IO的通讯，使用ProfibusDP可取代24VDC或者420mA信号传输1-2。目前80以上的Profibus应用是基于ProfibusDP的。根据风力发电机组控制系统应有极高抗干扰才能的要求及ProfibusDP的特点，在研制开发Mw级风力发电机组的控制系统中，采用了主控制器与变频器和液

6、压系统之间通过ProfibusDP构成现场总线控制系统的控制方案。b3MW级风电机组ProfibusDP控制系统31ProfibusDP控制系统构成/bMW级风力发电机组属于变速恒频机组，变速恒频控制装置采用的是ABB公司的变频器。该变频器共有三种可选控制方式：IO端口控制、ProfibusDP通讯控制和Ethernet通讯控制。为了构成现场总线控制系统，选用了通过ProfibusDP通讯的方式对变频器进展控制。MW级风力发电机组偏航闸和高速闸都是由液压力驱动的，十分是机组的变距机构也是由液压力驱动的，因此使得该液压系统构成复杂，需要控制的元器件多，十分是比例阀的给定控制信号和收集的系统压力信

7、号要有很高的精度，因此必须采用抗干扰才能很强的数据传输方式在主控制器和液压系统各部件之间进展信号传输。本机组采用把与液压部件有关的控制IO模块直接放在液压系统的转接箱内，利用ProfibusDP总线与主控制器进展通讯，构成现场总线控制系统的控制方案。该方案不但减少了控制线路，而且把系统的抗干扰才能极大进步了。在该ProfibusDP网络中，主站CPU采用西门子可编程序控制器S7300系列中的CPU3152DP，由于CPU3152DP模块本身具有ProfibusDP接口_J，所以无需另外的通讯及转换接口单元，进而降低了工程造价。变频器从站采用其本身带有的ProfibusDP通讯模块构成Profi

8、busDP从站。液压系统从站采用西门子公司的EI200M系列，装备一个通讯模块，两个模拟模块和两个数字模块。ProfibusDP控制系统网络构造如图1所示。32网络连接ProfibusDP采用的是RS485传输技术。RS485接口采用的是9针D型插座，其各位定义如表1。由于RS485采用平衡驱动和差分接收方式进展通讯，因此在实际网络连接中，把RXDTXDP和RXDTXDN针逐一对应接上即可。33网络组态及参数设置网络组态及参数设置是在西门子公司STEF7编辑环境中进展的。首先在SIEP7中导入ABB公司提供的GSD文件，然后在STEP7中把对应的ABB变频器模块直接拖拽到ProfibusDP网

9、络上就可以了。接下来要对变频器进展参数设置。对变频器参数的设置是在ABB公司的DriveWindow2环境中进展的，该环境不但能对变频器运行参数进展设置，还能控制变频器的运行及对各运行参数进展监控。在变频器需要设置的参数中，很重要的是对通讯协议的设定。ProfibusDP通讯协议的数据报构造分为协议头、网络数据和协议尾。变频器通讯协议网络数据局部符合PROFIDrive行规规定的PPOparameterprocessobject变频传动通讯对象。PPO有五种格式4，如图2所示。其中参数值PKW是运行时要定义的一些功能码，如最大转矩、根本转矩等。经过数据PZD是变频器运行经过中要输入输出的一些数

10、据，如转矩给定值、转矩反应值等。PKW和PZD合起来定义为参数经过数据对象，即PPO。从图2可知ProfibusDP共有2类5种类型的PPO：一类是无PKW而有2个字或者6个字的PZD，另一类是有PKW且还有2个字、6个字或者1O个字的PZD。将网络数据这样分类定义的目的是为了完成不同的任务，即PKW的传输与PZD的传输互不影响，均各自独立工作，进而使变频器可以按照上一级自动化系统的指令运行。由于在本系统运行经过中，对变频器控制和监测的数据量较多，因此在本系统中选用PPO5类型作为数据传输对象。对于液压系统从站的组态比拟简单，直接在STEP7中把Eq200M里的模块拖拽到Profibus网络上

11、即可。整个ProfibusDP网络的通讯波特率设为15Mbps，CUP315一DP主站地址设为2，变频器从站地址设为3，液压系统从站地址设为4，ProfibusDP通讯的映射IO地址取默认值。34编制通讯程序在完成硬件连接、组态后，要想使系统间能通讯，只需对CPU3152DP进展编程。对于ProfibusDP网络的数据传输，可以采用两种方法进展编程：一是利用LPIBxPIWx，TPIBxPIwx命令进展数据的接收与发送，但是这种方法只合适4个字节以内的数据传输3，二是利用S3ZP7中的系统功能块进展编程，该方法可以进展大数据量的传输。STEP7中共有两种功能块可实现ProfibusDP的数据通

12、讯：FCIDPSEND、FC2DPRECV和SFC14DPRDDAT、SFC15DPWRDAT。本系统在编程中选用了SFCl4DPRD一DAT、SFCl5DPWR一DAT功能块进展编程。SFC14是从从站读数据，SFC15是向从站写数据，其系统功能定义及通讯经过如图3所示。编程经过中值得留意的是功能块中“LADDR指的是硬件组态时所定义的映射IO地址，不是站地址。在实验室中，对采用IO线对风机进展控制的方案，与采用ProfibusDP总线构成现场总线控制系统对风机进展控制的方案均做了实际施行，通过连续运行，发如今第一种控制方案中，经常发生变频器自动跳闸及报错停机等误动作，收集的液压系统压力信号经常出现超出最大允许范围等错误信号，控制系统经常因错误信号而发出急停指令。而第二种方案却没出现过以上情况，系统运行的稳定性和可靠性被极大进步了。5参考文献：1顾洪军工业企业网与现场总线技术及应用M北京：人民邮电出版社，20042王东云，凌德麟，黄建萍西门子PROFIBUSDP现场总线及应用J航天控制，2002，4：69733阎士杰，刘北基，孙金根基于ProfibusDP的变频器控制系统J根底自动化，1999，66：48510