總線適配器在智能電機(jī)控制器中的應(yīng)用"/>
隨著工業(yè)企業(yè)為實(shí)現(xiàn)更快捷、高效的生產(chǎn)和運(yùn)行而不斷地投資，掛在這些不同總線上的智能化裝置正在迅速增加。總線的應(yīng)用能夠給終端用戶企業(yè)帶來生命力和強(qiáng)大的業(yè)務(wù)處理能力，但同時(shí)也給智能化裝置供應(yīng)商帶來一個(gè)難題：他們必須根據(jù)眾多的總線分別設(shè)計(jì)出不同的總線產(chǎn)品，以滿足各種總線的需要;但產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口都是硬件化的，一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)成多種硬件在制造成本上是不可取的。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線中的控制布線是一項(xiàng)很費(fèi)時(shí)間的工作，而且在安裝工程中不太容易成功。這種工作復(fù)雜度顯然與如今設(shè)備操作更簡(jiǎn)便的趨勢(shì)背道而馳。系統(tǒng)集成商期盼有一種能夠即插即用(plug&produce)的解決方案，不用再辛苦地查閱供應(yīng)商提供的厚厚的產(chǎn)品參數(shù)說明書。這其實(shí)就是一種對(duì)工業(yè)通信柔性化、簡(jiǎn)單化的需求。由此，ABB設(shè)計(jì)生產(chǎn)一種可簡(jiǎn)單快速連接任何總線系統(tǒng)的產(chǎn)品(FieldBusPlug-FBP)來簡(jiǎn)化整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線，如圖1所示。
圖 1 現(xiàn)場(chǎng)總線適配器(FBP)
FBP系統(tǒng)的功能
FBP系統(tǒng)可以通過任何一種協(xié)議的總線適配器與通常的自動(dòng)化系統(tǒng)(PLCs)，用簡(jiǎn)單而有效的方式，把開關(guān)設(shè)備和其他類似的元件連接起來，如電動(dòng)機(jī)保護(hù)和控制設(shè)備到傳感器等。這些開關(guān)設(shè)備與所用的總線相互獨(dú)立。通過選定的總線電纜(FBP電纜)，就可以建立與各類總線適配器的連接。
ABB FBP總線適配器可支持Profibus-DP、CANopen、Modbus-RTU、DeviceNet和AS-i五種總線適配器，這五種總線適配器的外形和連接方式相同，如圖2所示，選用DeviceNet總線適配器進(jìn)行通信。
FBP系統(tǒng)的特點(diǎn)
今天的自動(dòng)化應(yīng)用不僅需要智能化的產(chǎn)品，還要能夠互相通信實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化功能，總線無疑是當(dāng)前自動(dòng)化設(shè)備所選擇的通信手段。當(dāng)走進(jìn)制造加工廠、過程企業(yè)或能源企業(yè)，不難發(fā)現(xiàn)成百上千的執(zhí)行器和傳感器都通過一根總線與它們的控制器通信。
圖 2 多子站設(shè)備和PLC系統(tǒng)連接圖
1.簡(jiǎn)單、靈活的總線系統(tǒng)
一種設(shè)備適用所有總線類型，在產(chǎn)品線內(nèi)的每一種設(shè)備和功能模塊，含有一個(gè)中性的總線適配器接口。用選定的總線適配器、電纜接頭和預(yù)連接電纜，易于建立可靠且可塑性強(qiáng)的通信和連接，如圖3所示。
無須改變通信接口便可按用戶的需求改變通信總線，這就是建立在ABB獨(dú)有的FBP總線技術(shù)上的靈活選擇。在同一個(gè)FBP總線適配器(中性總線接口)上只需改變不同種類總線的FBP總線適配器，便可改變總線協(xié)議。而這種改變并不需用戶作任何特殊設(shè)置，只需更換為相應(yīng)的FBP總線適配器和在軟件中作一些簡(jiǎn)單配置，控制系統(tǒng)對(duì)所連接電氣設(shè)備的通信協(xié)議改變均自動(dòng)識(shí)別。這為用戶在標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線間的變化帶來便捷。ABB公司的AC500系列PLC也可通過FBP適配器作為現(xiàn)場(chǎng)總線的從站運(yùn)行。
2.簡(jiǎn)化整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線
FBP總線適配器可簡(jiǎn)單快速連接任何總線系統(tǒng)來簡(jiǎn)化整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線。ABB公司如今已能夠提供帶有一個(gè)具有總線無關(guān)性的接口插件，這就意味著供應(yīng)商今后不再需要根據(jù)不同目標(biāo)總線市場(chǎng)重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品。每種自動(dòng)化設(shè)備都可通過相應(yīng)的總線插件連接到總線上，而一種總線協(xié)議對(duì)應(yīng)有一種總線插件。例如，要將一臺(tái)電機(jī)起動(dòng)器連接到DeviceNet總線上，只需將DeviceNet總線插件與一般標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)起動(dòng)器連接即可。其能滿足所有電子數(shù)據(jù)傳輸需要，將所連接總線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化設(shè)備能識(shí)別的中立數(shù)據(jù)格式或反之。
ABB公司的電機(jī)控制器和電機(jī)起動(dòng)器都帶有一個(gè)總線無關(guān)性的FBP接口。安裝工程師只需將已準(zhǔn)備好的對(duì)應(yīng)相應(yīng)總線接口的FBP連接線纜直接掛到現(xiàn)場(chǎng)總線上面。
FBP現(xiàn)場(chǎng)總線插頭可完成一些特殊的開關(guān)和自動(dòng)化設(shè)備與過程控制器的連接。插件的設(shè)計(jì)也非常簡(jiǎn)單，一端是具有通用性與總線種類無關(guān)的接口，另一端則是符合具體某一種總線標(biāo)準(zhǔn)的接口。緊湊型的接口里面帶有智能化的電子轉(zhuǎn)化裝置，可將中立設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為AS-i或者DeviceNet等總線能夠理解的語言形式。
圖 3 中性的總線適配器接口連接圖
FBP應(yīng)用于UMC中的硬件配置
為更好地說明ABB FBP現(xiàn)場(chǎng)總線適配器在智能電機(jī)控制器中的靈活應(yīng)用，我們采用ABB公司的AC500系列可編程控制器及Profibus總線適配器進(jìn)行說明。
ABB FBP總線適配器在智能電機(jī)控制器中的應(yīng)用一：
圖4中，自動(dòng)化控制管理單元(PLCs)采用ABB 公司AC500系列PM581作為可編程控制器CPU，在CPU上帶有：LCD顯示屏、一組操作按鍵、一個(gè)SD卡的擴(kuò)展口和兩個(gè)集成的串行通信口，CPU底板集成以太網(wǎng)接口，并保留CS31通信接口，具有與AC31系列PLC兼容性好等特點(diǎn)。
圖4 FBP總線適配器在智能電機(jī)中的應(yīng)用
PLC通信主站通過FBP總線適配器與帶中性接口的智能電機(jī)控制器UMC22、軟起動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單而快速的連接，而實(shí)現(xiàn)從控制層到現(xiàn)場(chǎng)層的無縫連接。FBP總線適配器廣泛應(yīng)用于設(shè)備分布較分散的場(chǎng)合，某些站點(diǎn)間相距較遠(yuǎn)，尤其一些現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)，相距超過100m，因此所有網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率都設(shè)為一致，以確保通信可靠。除了分布式I/O、斷路器和傳感器等站點(diǎn)位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)外，智能電機(jī)控制器、變頻器的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分布在馬達(dá)控制中心(IMCC)室，這實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的集中控制，統(tǒng)一管理。
FBP在智能電機(jī)控制器中的使用體會(huì)
1.現(xiàn)場(chǎng)總線可以節(jié)省大量費(fèi)用
從安裝階段來看，只通過一根通信纜，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上各站點(diǎn)供電及通信，相對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制方式，節(jié)省大量的電纜、橋架等，縮短安裝時(shí)間，且降低安裝費(fèi)用。
從控制上來看，利用網(wǎng)絡(luò)通信及“軟”I/O方式，節(jié)約了I/O模塊，尤其是模擬量模塊。如對(duì)智能電機(jī)控制器UMC22或變頻器等工作站，啟動(dòng)/停止，啟動(dòng)方式，加速/減速等命令;電壓、電流、溫度、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，都可從總線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)。
2.設(shè)備故障率大大降低，且診斷方便，排除迅速
FBP系統(tǒng)僅用一條通信電纜控制整個(gè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備故障率大大降低。采用數(shù)據(jù)通信控制各站，極大減少了傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的電纜數(shù)量，使故障環(huán)節(jié)減少，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。
通過FBP系統(tǒng)使電動(dòng)機(jī)的集中控制的形式十分有效，極大方便了設(shè)備故障的診斷。例如當(dāng)某臺(tái)智能電機(jī)控制器UMC22發(fā)生故障時(shí)，不但能從中控室看到報(bào)警信息，還可從UMC22操作面板上獲得報(bào)警信息，方便快捷。
工程實(shí)踐表明總線中80%的故障問題出現(xiàn)在總線電纜，F(xiàn)BP系統(tǒng)提供預(yù)安裝的帶有金屬接觸的電纜，使故障可能性最小化。
3.系統(tǒng)監(jiān)控更加方便、智能化
FBP系統(tǒng)使操作人員更方便地隨時(shí)訪問現(xiàn)場(chǎng)站工作狀態(tài)及調(diào)整控制參數(shù)等。如電機(jī)電流、溫度等參數(shù)，確保電機(jī)正常工作。
4.即插即用(P&P)的系統(tǒng)擴(kuò)展
因FBP采用“手拉手”的連接方式，用戶可根據(jù)需要在任何環(huán)節(jié)擴(kuò)展插入所需的監(jiān)控對(duì)象。
ABB FBP總線適配器在智能電機(jī)控制器中的應(yīng)用二：
圖5中，F(xiàn)BP系統(tǒng)中采用集成Profibus協(xié)議的PDQ22裝置，Profibus和其他現(xiàn)場(chǎng)總線都采用標(biāo)準(zhǔn)RS485方式，每段限制32臺(tái)的主/從站數(shù)量，如需連接更多的設(shè)備則需加中繼器。使用每個(gè)PDQ22可連接4臺(tái)設(shè)備到Profibus DP總線，但在總線中作為節(jié)點(diǎn)，可節(jié)省總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量。具有以下特點(diǎn)：
在一個(gè)總線節(jié)點(diǎn)處可使用多達(dá)4個(gè)FBP適配器;
可靠的系統(tǒng)理念：檢測(cè)設(shè)備故障，指示總線和設(shè)備狀態(tài);
簡(jiǎn)單的系統(tǒng)集成：自由訪問連接設(shè)備的參數(shù)、運(yùn)行和診斷數(shù)據(jù);集成維護(hù)管理。
ABB FBP應(yīng)用于智能電機(jī)控制器中的軟件配置
在本系統(tǒng)中采用PS501編程軟件，以ABB Codesys V2.3編程軟件為開發(fā)環(huán)境，符合ICE61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可支持語句表(IL)、梯形圖(LD)、功能塊(FBD)、順序功能圖(SFC)、結(jié)構(gòu)文本(ST)和連續(xù)功能圖(CFC)六種編程語言。可完成AC500系統(tǒng)的全部設(shè)置，包括所有的現(xiàn)場(chǎng)總線和接口，而且還有全面的診斷功能、報(bào)警處理、集成可視化功能和開放的數(shù)據(jù)接口。
由于FBP概念并沒有再造出一種總線來，而是將現(xiàn)有的多種現(xiàn)場(chǎng)總線都利用起來，是一個(gè)開放的系統(tǒng)，所以FBP適合任何PLC系統(tǒng)。在將自動(dòng)化設(shè)備連接到現(xiàn)場(chǎng)總線和供電總線的時(shí)候，所用的連接器都是已準(zhǔn)備好可插入的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，因而也無需線纜的切割、隔離和準(zhǔn)備工作。FBP概念的引入把電氣設(shè)備和通信功能有效分開，實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)與電氣設(shè)備間無障礙通信。電氣工程師不用為通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)而煩惱，不用考慮不同DCS供應(yīng)商所要求的不同的總線接口，這些都緣于FBP即插即用的總線預(yù)制型插頭和豐富的總線類型。
