如何设计海底电缆的收放设备远程控制系统？

PLC通过变频器Profibus-DP总线通信实现了半圆塔轮收放电缆装置的远程控制，提高了系统的可靠性和可操作性。该系统由西门子组成S7-300系列PLC，TP170A触摸屏，MM440变频器由压力传感器和编码器组成，远程控制收放电缆的过程。

随着海洋石油开发的发展，钻井平台与陆地服务站的关系越来越密切。这些关系是通过铺设在海底的电缆进行的，因此海底电缆的铺设越来越频繁。铺设海底电缆时，需要将电缆从电缆盘中取出，然后输送到电缆张紧器，然后铺设张紧器。

铺设电缆后，将额外电缆盘外的电缆放回电缆盘中。这些电缆的拆卸、传输和回收操作由半圆塔轮的收集和放电电缆装置完成。因此，半圆塔轮的工作效率和工作状态对整个铺设电缆的操作有很大的影响，系统通过PLC在变频器之间Profibus-DP通信、控制和监控整个半圆塔轮的工作状态，提高工作效率。

Profibus-DP它是一种高速、低成本的通信连接，分散在自动控制系统和设备上I/ O 通信是专门设计的。RS-光纤传输技术的最大传输速率可达12Mbps，采用PROFIBUS-DP 现场总线有以下优点：

(1) 开放、互换、集成。只要支持不同厂家的不同产品Profibus-DP通信协议可以很容易地集成到控制系统中，因此控制系统可以通过制造商提供的高度开放和交换GSD文件使硬件组态非常方便，产品可以很容易地集成到控制系统中，而不需要太多的设置。(2) 系统可靠性高，维护方便。基于Profibus-DP通信控制系统采用总线连接，减少了控制系统与I/O控制系统与现场的连接只需要一根通信电缆，降低了故障的概率。硬件上Profibus-DP通信采用双绞线或光纤屏蔽，抗干扰性强。同时，该系统具有现场设备的分析功能，易于找到故障点，减少了故障搜索的工作量。(3)由于Profibus-DP通信最大传输率可达12Mbps，而且主站和从站之间是数字通信，可以实现高速高精度控制。(4) 由于交换性强、连接简单、可靠性高，可以减少电气备件和连接电缆的数量，从而降低系统的制造和运行成本。

半圆塔轮收放电缆装置的主动轮由西门子组成MM440系列变频器由变频电机驱动，主动轮通过链条驱动从动轮，液压缸驱动夹紧轮上下移动，使电缆牢固压在主动轮和从动轮上。当主动轮动时，电缆的收集和释放。

半圆系统由远程控制柜和执行机构组成。远程控制柜采用西门子。S7-300PLC控制柜作为主站，有开关和电位器PLC发出各种控制信号，如变频器启停命令、方向信号、频率信号、油缸伸缩命令等。执行机构由执行机构组成ET-200、S7-300PLC、变频器、接触器、比例板等由站组成。

通过主站和从站Profibus-DP总线通信，从站接到主站命令，执行相应动作，从站反馈到主站，如变频器的实际工作频率和旋转方向，主站向触摸屏和指示灯显示或输出这些反馈信号，实现整个系统1所示）。

图1 半圆塔轮收放电缆控制原理

硬件配置

要使西门子MM440变频器可以集成到控制系统中，必须购买一个PROFIBUS通信模块的订单号为6SE 00-1PB00-0AA然后通过变频器安装模块RS-485接口与ET-200模块连接。

硬件组态时，打开西门子SIMATIC Manager软件，新建一个S7-300的项目，CPU选用CPU315-DP，再新建一个DP总线网络，PLC然后把它作为主站ET-连接到200和变频器DP总线上。

硬件组态页面从右侧目录中选择Profibus DP/SIMOVERT/MICROMASTER 4”由于MM440仅支持PPO1和PPO3通信类型，所以选择PPO1.即通讯区包含4PKW，2PZD，然后设置通信板I/O地址，PKW区域，I：350-357，O：350-357；PZD区，I：360-363，O：360-363(硬件组态图如图2所示)。

图2 硬件组态图

硬件组态完成后，还应设置以下变频器参数：

P0700 设为6 命令源来自PLCP1000 设为6 频率设定值来自PLCP2051（1） 设为21 PZD存储变频器实际输出频率值

变频器与上述设置完成后PLC在硬件上完成连接。

软件编程

PLC通过读写控制和监控变频器PZD(流程数据)和4PKW(参数标识符值)完成。下面分别说明。

1 对PZD读写(过程数据)

变频器控制字PZD二进制编码是一组16位， 其中PZD控制字控制变频器的工作模式，包括正反转、启动、停止、待机状态等，PZD每一个二进制都有特定的含义， 它规定了变频器的工作模式，能够反映变频器的工作状态，PZD每个控制字的含义见表1：

表1 MM440变频器控制

通过向PZD将变频器的动作写入特定数据，例如，方向PZD1写入W#16#47F，变频器可以按照设定的频率值正向运行。同时，它将PZD读入1的实际值PLC变频器的实际工作状态是可以的。

PZD二是变频器频率设置控制字，PZD2值与频率的对应关系如下：

0000 0000 0000 0000 B= 0 Hz0100 0000 0000 0000 B= 50Hz

所以，通过方向PZD2写入数据，就可以设定变频器的工作频率，例如，向PZD2写入W#16#2000时，对应变频器的设定频率为25Hz。通过读取PZD我们可以获得变频器实际输出的频率值，从而获得转速信息。

在需要对PZD读写时，需要调用特殊功能块SFC14和SFC这两个特殊功能块可以是SIMATIC Manager软件的Standard LibrarySystem Function Blocks 中直接 调用。其中SFC14为主站读取Profibus从站数据，SFC15为向Profibus从网站写入数据。

我们建立了数据块，以便于读写数据DB3，与从站的PZD相对应。

在实际应用中，PZD1的值设置在远程控制柜上，远程控制柜上有正反转开关，停止开关，操作开关，然后在程序中MOVE指令可以将实际操作命令发送到数据块DB3，然后通过SFC15写入MM在440变频器中实现相应的动作。

PZD通过控制系统，2的值是变频器的频率设定值S7-300模拟输入模块采集频率设置电位器R1输出的0-10V模拟量信号，通过SIMATIC Manager软件的Standard LibraryS5-S7 Converting Blocks中的FC105模拟量转换工程量功能块PLC存储在数据块中的可识别数据DB对应关系如下：

0V 0000 0000 0000 0000 B 0 Hz10V 0100 0000 0000 0000 B 50Hz

调整电位器时，通过FC通过105转换MOVE指令将频率设定值发送到数据块DB3，然后通过SFC15写入MM在440变频器中，调整频率以改变电机的速度。

如图3所示。

图3 变频器设定值传输

当变频器需要运行时，操作远程控制柜上的旋钮开关PLC发出命令，然后通过Profibus-DP总线通讯，PLC如图4所示，向变频器发送指令并开始动作。

图4 变频器与PLC通讯程序

同时，变频器向PLC反馈实际工作状态，存储到DB3中，PLC读取DB变频器状态参数为3，然后显示在触摸屏和相应的指示灯上。

2 对PKW读写(参数标识符值)

对PKW读写区数据也是通过调用特殊功能块进行的SFC14和SFC15完成的。PKW一般如下：

PKE 参数标识符IND 索引PWE 参数值PWE 参数值

通过对PKW读写区域数据可获得变频器的实际参数设置值，修改参数值，实现变频器的远程参数，便于设置变频器。

结束语

S7-300PLC通过Profibus-DP总线通信是对的MM在440变频器的控制下，在实际使用中，电缆控制柜与执行机构之间的连接电缆，提高了系统的可靠性，使变频器的参数更容易修改。

同时，可以监控变频器的主要运行数据，方便用户使用。该装置投入使用后，运行平稳，操作简单，提高了收放电缆的生产效率，受到了用户的好评。我相信类似的系统会被广泛使用。

(编自《电气技术》Profibus-DP研究了王东峰、于洋总线半圆塔轮收放电缆装置控制系统 等。）