魏戴宁

（南通航海机械集团有限公司，江苏南通 226002）

0 引言

目前国际公约、相关地区及国家关于船舶SOX排放控制的相关法规政策日趋严格，船舶废气中的SOX是燃油中的硫燃烧后形成的污染物，通过燃烧设备自身技术改造很难达到排放控制要求，船舶尾气脱硫系统成为当前各国船东提升船舶经济性，满足排放要求的一种经济、高效、普适的技术手段[1]。

大流量海水变频泵组是船舶尾气脱硫系统中的重要组成部分，船舶在不同的运转状态下产生不同量的尾气，即处理船舶尾气需要的海水量亦不同。海水变频泵控制系统可接收废气清洗系统（Exhaust Gas Cleaning Control System，EGCS）发出的海水目标流量值，自动启动海水泵并自动调节水泵电机频率，提供适量的海水来处理船舶尾气，达到与使用低硫油等效的减排效果；同时将系统的流量、压力、电机状态等信息反馈给EGCS。

本文主要以海水变频泵控制系统中的西门子S7-1200系列PLC和2台丹佛斯FC102变频器通过PROFIBUS DP通信构成通信网络，实时读取变频器中电机的电流、频率、功率、工作时间等数据来监测海水泵电机的工作状态。

1 硬件组成

海水泵组控制系统主要由PLC、通信模块、开关量I/O模块、模拟量I/O模块、触摸屏HMI、变频器、电源模块等，具体配置如下所述[2-3]。

1）PLC选用西门子S7-1200系列的CPU 1215C AC/DC/RLY。

2）通信模块选用西门子CM 1243-5 PROFIBUS DP 主站模块、CM1242-5 PROFIBUS DP从站模块。

3）开关量DI/DO模块选用西门子SM 1223 8×24 VDC输入/8 x继电器输出。

4）模拟量AI模块选用西门子SM12314×13位模拟量输入模块、模拟量AO模块选用西门子SM12324×14位模拟量输出模块。

5）触摸屏HMI选用西门子TP700精智7寸触摸屏。

6）变频器选用丹佛斯FC102系列，配PROFIBUS DP MCA 101通信模块。

7）电源模块选用西门子PM 1207 2.5 A。

2 PROFIBUS DP通信

PROFIBUS－DP（Decentralized Periphery）是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。Profibus的传输速率为9 600～12 Mbps。在9.6～187.5 kb/s时，最大传输距离为1 000 m，500 kb/s时为400 m，1.5 Mb/s时为200 m，3～12 Mbps时为100 m，可用中继器延长至10 km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。

船舶上一般传输距离不大于200 m，可以设置传输率为1.5 Mb/s。PLC通过DP主站模块与1号变频 器VFD_1和2号 变 频 器VFD_2连 接 构 成PROFIBUS_DP_VFD网络；通过DP从站模块与EGCS系统连接。1号变频器设置从站地址为8，2号变频器设置从站地址为9。PLC与变频器的通信网络视图见图1。

图1 PLC与变频器的通信网络视图

3 PLC编程

3.1 GSD文件

通用站点描述（Generic Station Description File，GSD）文件，即电子设备数据库文件。GSD文件是PROFIBUS-DP产品的驱动文件，是不同生产商之间为了互相集成使用所建立的标准通信接口。不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件方式将这些产品的功能参数（如I/O点数、诊断信息、波特率、时间监视等）储存起来。GSD文件由设备生产厂家来提供。首先，我们要在西门子博图软件中安装丹佛斯变频器所需要的GSD文件[4]。

3.2 PLC交互数据配置

参数过程数据对象（PPO）用于变频器的PROFIBUS 协议适用于过程控制器PLC和变频器之间交换数据，所有PPO针对循环数据传输（DP-V0）进行定义，以确保过程数据（PCD）与参数（PCA）可在主站与从站之间传输。在PLC组态中我们选用变频器的PPO类型为PPO Type 8 Module consistent PCD，1#变频器输入I地址68…87（起始地址68，长度10，结束地址87），1#变频器输出Q地址68…87，2#变频器输入I地址120…139，2#变频器输出Q地址120…139，再通过PLC软件中的MOVE指令即可实现对应的数据交换。

4 变频器配置

对应第3.2节中所使用的PPO 类型，将PPO8作为无需循环参数访问应用的纯过程数据对象。PLC 向外发送过程控制数据，然后变频器使用长度相同并且含有过程状态数据的 PPO进行响应。表1所示为CTW从主站发送给变频器的控制字，REF从主站发送给变频器的运行速度，STW从变频器返回给主站的状态字，MAV从变频器返回给主站的实际运行速度，PCD参数的读写区域。

表1 PPO 8过程状态数据

变频器交互数据参数设定如表2中所示：916.0为默认参数，包含一个16位状态字，其中每一位均含有有关变频器可能状态的信息；916.1为默认参数，以百分比格式表示变频器的当前速度；916.2为电机运行电流，单位A；916.3为电机运行电压，单位V；916.4为电机的运行功率，单位kW；916.5为电机运行频率，单位Hz；916.6为电机运行速度，单位r/min；916.7为电机累积运行时间，单位h；916.8和916.9暂未设定参数，根据客户要求或实际使用需求进行补充；918为变频器的从站地址，其中1号变频器地址设为8，2号变频器地址设为9，与PLC和变频器的通信网络保持一致。

表2 变频器交互数据参数

5 结论

西门子PLC能够提供各大船级社的形式认可证书，在这套脱硫系统中所使用的PLC均为西门子。为使用方便，所有通信都统一为PROFIBUS DP通信。PROFIBUS DP通信不需要复杂的编程，如本文中仅需要简单配置PLC和变频器中参数，即可实现各种数据的交互。此外海水变频泵控制系统中还采集了流量、温度、压力等信号，作为从站将这些信号以及电机状态信息传输给EGCS系统，为整个系统的健康状态提供了必要的数据，可以提前预判系统可能出现的故障，从而有效避免系统故障带来的损失。