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现场总线Profibus在多电机交流控制系统中的应用

时间:07-19 来源:互联网 点击:

1前言

随着现代工业的高速发展,多电机交流控制系统已经被广泛地应用于造纸、化工、钢铁、食品等工业领域,而且形成了各自独特的变频器控制系统。在实际运行中,这样的控制系统具有可靠性强、抗干扰率高,但相应的维护费用却随着时日的推移而越来越高。比如,某类型的变频器采用其独特的通讯协议和通讯接口,一旦通讯故障所造成的通讯接口板烧毁将直接导致系统的崩溃,除非购买该型号的通讯接口;同样如果该变频器由于烧毁,亦需要购买同型号的变频器;另外,系统要升级换代,必须全面更换所有变频器。如此一来,采购费用巨大、备品库存积压等现象将不可避免地存在。
本文将引入一种基于现场总线的多电机交流控制系统,它结合了目前最主流的现场总线技术,并考虑了实际应用的便利性,从总线引入、硬件组构、软件原理三方面出发详细阐述了该多电机交流控制系统的主要特点。

2现场总线Profibus的引入

现场总线Profibus,即Processfieldbus,它自1984年开始研制现场总线产品,经过十多年的开发、生产和应用,Profibus已成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。目前PNO(Profibus用户组织)已拥有600多个成员,生产近千种产品。Profibus产品在欧洲市场占有率大于40%,广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。
Profibus以ISO7498为基础,以开放式系统互联网络(OSI,Opensysteminterconnection)作为参考模型,定义了物理传输特性,总线存取协议和应用功能。Profibus-DP,Profibus-PA和Profibus-FMS构成了Profibus家族。其中Profibus-DP(DecentralizedPeriphery)是一种高速和便宜的通信连接,它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用。使用Profibus-DP模块可取代24伏或4~20毫安的串联式信号传输。直接数据链路映像(DDLM)提供的用户接口,使得对数据链路层的存取变得简单方便,传输可使用RS-485传输技术或光纤媒体。本文介绍的就是DP部分。
标准现场总线ProfibusDP的硬件由主设备、从设备、网络网路等三部分组成。其中主设备用以控制总线上的数据传输,且在没有提供外部请求时发送信息和被授权可访问总线;从设备是相对于主设备而言较为简单的外部设备,且未被授权访问总线;网络网路如传输介质和网络链接器,前者如屏蔽双绞电缆构成电气网络、用塑料或玻璃纤维光缆构成的光纤网络、或是基于两种媒介之间由OLM转换的混合网络,后者如RS485总线连接器、RS485总线终端、RS485中继器、光链路模块OLM等。
在多电机交流控制系统中,存在着电机控制点、各交流变频器分布线长而且分散的特点,采用现场总线技术可以在控制室内和现场操作台各装设分布式I/O模块,联成总线网络,以数字方式来进行控制数据的串行传输,这样一来,控制系统将具有更佳的抗干扰能力,所提供给变频器的参考值亦比较精确。

3多电机交流控制系统的硬件组构

图一(左)是多电机交流控制系统的硬件联络图。由图中可知,现场总线Profibus的主设备采用了西门子可编程控制器PLCS5,通过IM308接口模块再与Profibus总线联络。做为主设备,PLCS5负责读取悬挂在总线上的所有分布式I/O模块的变频器状态字(包括数字量和模拟量),同时进行变频器控制字(包括数字量和模拟量)的传送。从设备为分布式输入输出模块ET200,每一个ET200从站可以挂接最大至32个的数字量或模拟量输入输出卡(如DI、DO、AI、AO等),并通过对于ET200从站接口卡IM318进行地址DIP设置后即可确认该挂接的I/O卡的地址值。
由于ET200从站的远程分布特性,因此在变频器较为集中的地方进行设置相应的从站,并对相关联的变频器进行点对点的连接,具体接线方式如图一(右)所示。所有的变频器都有I/O接口,包括数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出。其中数字量输入有正向启动、反向启动、外部故障(如电机温升等)、点动、使能、设定频率启动等,数字量输出包括变频器运行信号、故障信号、运行频率区间信号、报警信号等;模拟量输入输出必须先进行U/I方式的设定,以确认4~20mA信号抑或0~10V信号,其中模拟量输入主要为设定速度或频率的参考值,模拟量输出为电流实际值、速度实际值、频率实际值、DC回路电压值等。
多电机交流控制系统的硬件组构相对简单,以可编程控制器为中心,通过Profibus总线依次连接了相关联的ET200从站组,并通过各从站组连接相应的变频器组。其中总线采用电气双绞线路,布线明了;从ET200从站到关联变频器组采用较短的控制线路连接即可。此传输数据方式以串行的数字方式为主、只有在到达变频器时才又采用部分模拟信号,因此丝毫不影响传输数据的可靠性和抗扰性。

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