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PKS系统中实现电气设备的现场总线控制

供稿:FENGJINGPU 2008/5/22 15:55:00

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  • 关键词:
  • 摘要:本文介绍了在PKS系统中PROFIBUS现场总线技术的应用,并采用PROFIBUS-DP总线实现了对ABB公司ACS800变频器及智能马达中心M102的控制。文章主要从PKS系统规划、PROFIBUS网络组态以及PKS中实现PROFIBUS通讯及设备控制三个方面进行论述。

摘要:本文介绍了在PKS系统中PROFIBUS现场总线技术的应用,并采用PROFIBUS-DP总线实现了对ABB公司ACS800变频器及智能马达中心M102的控制。文章主要从PKS系统规划、PROFIBUS网络组态以及PKS中实现PROFIBUS通讯及设备控制三个方面进行论述。

关键词:PKS;PROFIBUS;变频器;M102


Abstract: This paper introduces the application of PROFIBUS technology in PKS. By adopting PROFIBUS-DP, it realized the control to ABB ACS800 inverter and the intelligent motor centre M102.The paper mainly explains the following 3 aspects: PKS system planning, PROFIBUS network configuration and PROFIBUS communication and device control in PKS.
Keywords: PKS; PROFIBUS; INVERTER; M102 \


        随着大型PLCDCS在工厂中的广泛应用,极大地提高了企业的现代化水平。但由于电气设备不断增多,传统的硬接线方式使得控制室的电缆大量增加,同时电气设备的干扰问题也较难解决,这给DCS(PLC)、电气设备的维护带来了很多问题。而随着现场总线技术的不断发展和完善,使得以上难题迎刃而解。PROFIBUS就是一种应用较为广泛的现场总线技术,它是国际化的开放式现场总线标准,是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统。
        本文主要讨论了霍尼韦尔公司PKS系统通过PROFIBUS现场总线实现与ABB变频器、智能马达中心(M102-P)通讯、控制的方案。

1 Experion PKS系统规划
         Experion PKS是霍尼韦尔推出的最新的DCS控制系统,它采用基于Windows 2000的服务器,利用高速动态缓存区采集实时数据,融合了最新控制技术、现场总线、高级控制应用等。在现场总线方面支持FF、PROFIBUS、Device NET等多种流行的总线方式,因此具有较强的开放性,与第三方系统、仪表及设备的连接通讯较为方便。
        在本套PKS系统中主要由三层网络组成:FTE冗错以太网、ControlNet(CNET)网络、PROFIBUS网络,如图1所示。FTE是Honeywell专利技术,使得商用的100Mbps 以太网实现容错允许所有的单点故障,以及一些多点故障;切换速度可快达1秒,并可提供比普通以太网更多的通讯路径。ControlNet是一种令牌总线网络,也采用冗余,通讯速度保持在5Mbits/s(与距离无关)。
        编制控制程序的软件为Control Builder,其组态全部采用图形化的工具,系统的控制程序是以CM(控制模块)为基本单位,可以单独从控制器中上装、下装,实现在线修改而不影响设备的正常运转。在CM中可以加入各种功能块(包括现场总线功能块),各功能块之间可以完成通讯、联锁功能。 
         Experion PKS 至 PROFIBUS DP 的接口通过专用硬件接口卡提供了PROFIBUS网络至控制器之间的通信路径。PROFIBUS接口模块 (PBIM) 是机架安装的模件,它允许在控制器和 PROFIBUS设备之间的直接连接。PBIM 是 PROFIBUS 网络中的主设备,其它设备为从设备。PBIM 允许控制器直接访问 PROFIBUS DP 网络中的设备。接口模件支持的设备包括电机驱动器(包括变频器)和编码器,以及可编程逻辑控制器。
         在这套系统,一共采用了三个独立的PROFIBUS网段,其中两段通过M102控制普通电机,另外一段与变频器进行通讯控制。



图1 PKS系统网络图

2 PROFIBUS DP网络组态 
        为实现DCS与ABB变频器及M102的通讯及控制,第一步是在DCS中完成PROFIBUS的网络组态工作。主要从以下四个方面着手设计组态。
(1) 网络设计:主要从通讯速率、从站数量、冗余安全几个方面考虑。由于变频器与M102的通讯速率不同,并且为了防止变频器的干扰,我们将变频器与M102放置在不同的网段;将工艺流程中互为备用的设备放置在不同的网段。
(2) 硬件连接:将各变频器或M102根据设计连接到相应的PKS系统中的PROFIBUS接口模块上(主站模块)。主站模块通过FLASH-ROM存储网络组态,并且支持断电恢复后自动重新配置从站设备。
(3) 安装GSD文件:每种PROFIBUS通讯设备都有厂商提供的GSD文件,组态前需要先安装相应的GSD文件。变频器及M102的GSD文件分别是ABB_0812.GSD、INTC08DD.gsd。
(4) 组态:将DCS中的主站及从站分别加入到网络中。设置主站、从站的网络地址,为各从站选择正确的模块,配置主要参数。
2.1 M102的组态设置
         根据工艺流程需要将互为备用的电气设备连接到不同的两段PROFIBUS网络中(通过两块PBIM组成两个独立网络),通过SST PROFIBUS组态工具完成。将M102的GSD文件加入后,在相应的从站库中可以看到M102_Motor_Control。


图2 M102网络组态图
         图2为智能马达中心M102的网络组态图,图中的SST_PFB_CLX_MASTER是PKS系统所带的PROFIBUS通讯卡,它作为网络的主站,站号为000。而M102作为从站,站号从001开始。M102支持多种数据结构,通过比较,我们选择了8字节输入/2字节输出的方式,这样既保证能读取较多的数据,又不影响网络速度。
在M102一端通过专用的软件设置相应的站号(必须与PKS中的相同),对电机的相应参数进行设置,同时对相应输入、输出字节进行规定(如指定运行、故障等信号对应的位)。而对于通讯速率则由主站来定,在M102断电重启后,可以自动获取。
2.2 变频器的组态
        我们将变频器设备与单独的一块PBIM相连组成单独的网络,其通讯速率可达到1.5Mbps,保证了变频器控制的可靠、迅速。将变频器的GSD文件加入后,在相应的从站库中可以看到ABB_DRVICES_RPBA。
图3为变频器PROFIBUS_DP网络组态图,与M102类似这里的主站站号为0,变频器站号从001开始。网络组态中需要注意的是Modules及Ext. Prms。变频器共支持PPO1-PPO5五种PPO Module,在这里我们选择PPO4方式,这种方式能读取较多的模拟量数据,但不读取变频器相关的参数。在参数设置中,需要注意图中的Operation mode采用图中所用的Vendor Specific协议,而不能用其默认的Profidrive协议。
        在变频器一端,需要加入RPBA模块(ABB专用的PROFIBUS通讯模块),其地址由硬跳线完成(必须与PKS中的相同),在变频器中对相应的通讯参数进行设置。与M102不同的是变频器需要进行初始化(以便完成变频控制功能),必须在DCS中完成,保证变频器断电重启后的通讯正常。


图3 变频器网络组态图

3 PKS系统中的组态过程
        在PKS系统中通过CONTROL BUILD完成组态过程。对于PROFIBUS现场总线通讯、联锁控制一共分为四个步骤:
(1) 建立主通讯站,加入功能块PBIM BLOCK(参见图4的PBIM_SST)。即加入“物理”的通讯模块。
(2) 加入虚拟的从站设备块(参见图4中的PBI_DEVICE、PROFIDRIVEDEV),与主通讯站构成一条PROFIBUS通讯网络。即加入“虚拟”的通讯模块。
(3) 加入输入输出功能块(参见图4中的PBI_INCHAN、PBI_OUTCHAN),对应从站的输入输出地址。
(4) 将PBI_INCHAN、PBI_OUTCHAN加入到相应的控制模块(CM)中,完成相应的联锁、控制等功能。


图4 PKS组态流程图
具体实施步骤
3.1加入“物理”模块
       即在CONTROL BUILD的工程项目中加入PBIM硬件设备(PBIM_SST)。与其它硬件相同,必须设定每块PBIM的名称、所在的CNET网络位置、所在的机架位置等。由于PBIM实际上是PROFIBUS的主站,因此这里必须配置它所在网络的各从站的地址、名称;配置各从站的虚拟模块、输入输出偏移等,如图5所示。


图5 PBIM参数设置
3.2 加入“虚拟”模块
       即在工程项目中加入各从站的输入、输出I/O模块。根据实际情况对每一块M102采用 PBI_DEVICE功能块,建立AI、DI、DO三种类型的模块,如S_1_AI、S_1_DO。对于S_1_AI需要设置它所对应的PBIM名称、站号、模块号、输入数据格式、输入数据大小(字节)等。对于S_1_DO则需要设定输出数据格式、输出数据大小。对于变频器则采用PROFIDRIVEDEV功能块,建立一个PPO类型为PPO4的模块即可。
3.3 在CM中完成各种联锁控制
        每一个C

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