摘要:本文介紹了在PKS系統(tǒng)中PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，并采用PROFIBUS-DP總線實現(xiàn)了對ABB公司ACS800變頻器及智能馬達中心M102的控制。文章主要從PKS系統(tǒng)規(guī)劃、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)以及PKS中實現(xiàn)PROFIBUS通訊及設(shè)備控制三個方面進行論述。

關(guān)鍵詞: PKS　PROFIBUS　變頻器　M102

Abstract: This paper introduces the application of PROFIBUS bus technology in PKS .By adopting PROFIBUS-DP bus, it realized the control  of ABB Company ACS800 frequency converter and the intellectual motor centre M102.The paper mainly explained from the following respects :1.PKS systematic planning, 2. PROFIBUS network configuration 3.PROFIBUS communication and device control in PKS.

Keywords: PKS  PROFIBUS  CONVERTER  M102

引言
    隨著大型PLC、DCS在工廠中的廣泛應(yīng)用，極大地提高了企業(yè)的現(xiàn)代化水平。但由于電氣設(shè)備不斷增多，傳統(tǒng)的硬接線方式使得控制室的電纜大量增加，同時電氣設(shè)備的干擾問題也較難解決，這給DCS（PLC）、電氣設(shè)備的維護帶來了很多問題。

    而隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，使得以上難題迎刃而解。PROFIBUS就是一種應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)，它是國際化的開放式現(xiàn)場總線標準，是一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)。

    PROFIBUS總線標準為供應(yīng)商和用戶的投資提供了最佳的保護并確保供應(yīng)商的獨立自主性，并確保了在各個制造商的設(shè)備之間進行通信。

    本文主要討論了霍尼韋爾公司PKS系統(tǒng)通過PROFIBUS現(xiàn)場總線實現(xiàn)與ABB變頻器、智能馬達中心（M102-P）通訊、控制的方案。

一、Experion PKS系統(tǒng)規(guī)劃：

    Experion PKS是霍尼韋爾推出的最新的DCS控制系統(tǒng)，它采用基于Windows 2000的服務(wù)器, 利用高速動態(tài)緩存區(qū)采集實時數(shù)據(jù)， 融合了最新控制技術(shù)，現(xiàn)場總線，高級控制應(yīng)用等。在現(xiàn)場總線方面支持FF、PROFIBUS、DEVICE　NET等多種流行的總線方式，因此具有較強的開放性，與第三方系統(tǒng)、儀表及設(shè)備的連接通訊較為方便。

    在本套PKS系統(tǒng)中主要由三層網(wǎng)絡(luò)組成：FTE冗錯以太網(wǎng)、ControlNet（CNET）網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)（參見PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖）。FTE是Honeywell專利技術(shù)，使得商用的100Mbps 以太網(wǎng)實現(xiàn)容錯允許所有的單點故障，以及一些多點故障；切換速度可快達1秒，并可提供比普通以太網(wǎng)更多的通訊路徑。ControlNet是一種令牌總線網(wǎng)絡(luò)，我們也采用冗余，通訊速度保持在5Mbits/sec（與距離無關(guān)）

    編制控制程序的軟件為Control Builder，其組態(tài)全部采用圖形化的工具，系統(tǒng)的控制程序是以CM（控制模塊）為基本單位，可以單獨從控制器中上裝、下裝，實現(xiàn)在線修改而不影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。 在CM中可以加入各種功能塊（包括現(xiàn)場總線功能塊），各功能塊之間可以完成通訊、聯(lián)鎖功能。

    Experion PKS 至 PROFIBUS DP 的接口通過專用硬件接口卡提供了 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)至控制器之間的通信路徑。PROFIBUS 接口模塊 (PBIM) 是機架安裝的模件，它允許在控制器和 PROFIBUS設(shè)備之間的直接連接。PBIM 是 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)中的主設(shè)備，其它設(shè)備為從設(shè)備。PBIM 允許控制器直接訪問 PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。接口模件支持的設(shè)備包括電機驅(qū)動器（包括變頻器）和編碼器，以及可編程邏輯控制器。

    在這套系統(tǒng)，我們一共采用了三個獨立的PROFIBUS網(wǎng)段，其中兩段通過M102控制普通電機（系統(tǒng)圖中只畫出一段），另外一段與變頻器進行通訊控制。 

二、PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)：

    為實現(xiàn)DCS與ABB變頻器及M102的通訊及控制，第一步是在DCS中完成PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工作。主要從以下四個方面著手設(shè)計組態(tài)。
 

1、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：主要從通訊速率、從站數(shù)量、冗余安全幾個方面考慮。由于變頻器與M102的通訊速率不同，并且為了防止變頻器的干擾，我們將變頻器與M102放置在不同的網(wǎng)段；將工藝流程中互為備用的設(shè)備放置在不同的網(wǎng)段。

2、 硬件連接：將各變頻器或M102根據(jù)設(shè)計連接到相應(yīng)的PKS系統(tǒng)中的PROFIBUS接口模塊上（主站模塊）。主站模塊通過FLASH－ROM存儲網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，并且支持斷電恢復(fù)后自動重新配置從站設(shè)備。

3、 安裝GSD文件：每種PROFIBUS通訊設(shè)備都有廠商提供的GSD文件，組態(tài)前需要先安裝相應(yīng)的GSD文件。變頻器及M102的GSD文件分別是ABB_0812.GSD、INTC08DD.gsd。

4、 組態(tài)：將DCS中的主站及從站分別加入到網(wǎng)絡(luò)中。設(shè)置主站、從站的網(wǎng)絡(luò)地址，為各從站選擇正確的模塊、配置主要參數(shù)。

（一）、M102的組態(tài)設(shè)置

    根據(jù)工藝流程需要我們將互為備用的電氣設(shè)備連接到不同的兩段PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中（通過兩塊PBIM組成兩個獨立網(wǎng)絡(luò)），通過SST PROFIBUS組態(tài)工具完成。將M102的GSD文件加入后，在相應(yīng)的從站庫中可以看到M102_Motor_Control。 

    智能馬達中心M102的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖，圖中的SST_PFB_CLX_MASTER是PKS系統(tǒng)所帶的PROFIBUS通訊卡，它作為網(wǎng)絡(luò)的主站，站號為000。而M102作為從站，站號從001開始。M102支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過比較，我們選擇了8字節(jié)輸入/2字節(jié)輸出的方式，這樣既保證能讀取較多的數(shù)據(jù)，又不影響網(wǎng)絡(luò)速度。

    在M102一端通過專用的軟件設(shè)置相應(yīng)的站號（必須與PKS中的相同），對電機的相應(yīng)參數(shù)進行設(shè)置，同時對相應(yīng)輸入、輸出字節(jié)進行規(guī)定（如指定運行、故障等信號對應(yīng)的位）。而對于通訊速率則由主站來定，在M102斷電重啟后，可以自動獲取。

（二）、變頻器中的組態(tài)

    我們將變頻器設(shè)備與單獨的一塊PBIM相連組成單獨的網(wǎng)絡(luò)，其通訊速率可達到1.5Mbps，保證了變頻器控制的可靠、迅速。將變頻器的GSD文件加入后，在相應(yīng)的從站庫中可以看到ABB_DRVICES_RPBA。

    與M102類似這里的主站站號為0，變頻器站號從001開始。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中需要注意的是Modules及Ext. Prms。變頻器共支持PPO1－PPO5五種PPO Module，在這里我們選擇PPO4方式，這種方式能讀取較多的模擬量數(shù)據(jù)，但不讀取變頻器相關(guān)的參數(shù)。在參數(shù)設(shè)置中，需要注意圖中的Operation mode采用圖中所用的Vendor Specific協(xié)議，而不能用其默認的Profidrive協(xié)議。

    在變頻器一端，需要加入RPBA模塊（ABB專用的PROFIBUS通訊模塊），其地址由硬跳線完成（必須與PKS中的相同），在變頻器中對相應(yīng)的通訊參數(shù)進行設(shè)置。與M102不同的是變頻器需要進行初始化（以便完成變頻控制功能），必須在DCS中完成，保證變頻器斷電重啟后的通訊正常。

三、PKS系統(tǒng)中的組態(tài)過程：

    在PKS系統(tǒng)中通過CONTROL BUILD完成組態(tài)過程。對于PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊、聯(lián)鎖控制一共分為四個步驟：

1、 建立主通訊站，加入功能塊PBIM　BLOCK（參見組態(tài)流程圖的PBIM_SST）。即加入“物理”的通訊模塊。

2、 加入虛擬的從站設(shè)備塊(參見圖中的PBI_DEVICE、PROFIDRIVEDEV)，與主通訊站構(gòu)成一條PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)。即加入“虛擬”的通訊模塊。

3、 加入輸入輸出功能塊(參見圖中的PBI_INCHAN、PBI_OUTCHAN)，對應(yīng)從站的輸入輸出地址。

4、 將PBI_INCHAN、PBI_OUTCHAN加入到相應(yīng)的控制模塊（CM）中，完成相應(yīng)的聯(lián)鎖、控制等功能。

具體實施步驟：

（一） 加入“物理”模塊

    即在CONTROL BUILD的工程項目中加入PBIM硬件設(shè)備（PBIM_SST）。與其它硬件相同，必須設(shè)定每塊PBIM的名稱、所在的CNET網(wǎng)絡(luò)位置、所在的機架位置等。由于PBIM實際上是PROFIBUS的主站，因此這里必須配置它所在網(wǎng)絡(luò)的各從站的地址、名稱；配置各從站的虛擬模塊、輸入輸出偏移等（詳見下圖）。 

（二） 加入“虛擬”模塊
       
    即在工程項目中加入各從站的輸入、輸出I/O模塊。根據(jù)實際情況對每一塊M102采用 PBI_DEVICE功能塊，建立AI、DI、DO三種類型的模塊，如S_1_AI、S_1_DO。對于S_1_AI需要設(shè)置它所對應(yīng)的PBIM名稱、站號、模塊號、輸入數(shù)據(jù)格式、輸入數(shù)據(jù)大小（字節(jié)）等。對于S_1_DO則需要設(shè)定輸出數(shù)據(jù)格式、輸出數(shù)據(jù)大小。對于變頻器則采用PROFIDRIVEDEV功能塊，建立一個PPO類型為PPO4的模塊即可。

（三） 在CM中完成各種聯(lián)鎖控制

    每一個CM中可以支持多種功能塊，各功能塊之間通過箭頭線連接。CM之間也可以相互關(guān)聯(lián)實現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。CONTROL BUILD軟件還允許用戶定制自己的CM功能塊（這樣可以將大量相同的設(shè)備聯(lián)鎖進行封裝）。

    PBIN、PBOUT分別是PROFIDRIVEIN、PROFIDRIVEOUT類型的功能塊。PBIN為輸入功能塊，包括變頻器的開關(guān)量、模擬量輸入信號；PBOUT為輸出功能塊，包括開關(guān)量、模擬量輸出信號以及實現(xiàn)對變頻器的初始化命令（通過對引腳CWRAW賦值為1142）。功能塊M4S_9ADC則是封裝的一個CM塊，在它內(nèi)部完成對變頻器的開、停聯(lián)鎖控制（本文不詳細論述），它的各引腳SA、KM、MR、C分別對應(yīng)變頻的遠程、運行、準備、命令等狀態(tài)信號。通過各連線及顏色可以清晰的判斷各種信號的狀態(tài)以及各功能塊之間對應(yīng)關(guān)系，這些對于組態(tài)和調(diào)試都是非常方便。

結(jié)束語

    在PKS系統(tǒng)中通過PROFIBUS現(xiàn)場總線完成電氣設(shè)備的聯(lián)鎖控制，不僅使電纜數(shù)量大大減少，而且可以為操作人員提供更多穩(wěn)定可靠的信號。相信在眾多DCS和電氣廠家的努力下，這種方式會在大、中型企業(yè)中廣泛推廣應(yīng)用。