ABBFBP总线适配器在智能电机控制器中的应用

　
  1  概述
　　在诸多的总线标准中，各种总线都称是标准的，但在市场竞争不能划地为界的行业或领域，各种总线都互相渗透。例如DeviceNet广泛应用于汽车、物料搬运和制造加工业，但在欧洲，Profibus标准也是这些领域的有力竞争者且占据了绝对的份额。此外，Profibus标准在一些特定行业的应用也非常广泛，像Profibus DP在汽车工厂中的应用就是如此。然而，有一个很有趣的现象是，德国的CANopen总线本身也用在汽车行业。但是，不管怎么看，整个市场基本上可以划分为过程工业和制造工业两类。
  
　　随着工业企业为实现更快捷、高效的生产和运行而不断地投资，挂在这些不同总线上的智能化装置正在迅速增加。总线的应用的确能够给终端用户企业带来生命力和强大的业务处理能力，但同时也给智能化装置供应商带来一个难题：他们必须根据众多的总线分别设计出不同的总线产品，以满足各种总线的需要；但产品的数据接口都是硬件化的，一个产品设计成多种硬件在制造成本上是不可取的。此外，现场总线中的控制布线是一项很费时间的工作，而且在安装工程中不太容易成功。这种工作复杂度显然与今天设备操作更简便的趋势是背道而驰的。系统集成商期盼有一种能够即插即用（plug & produce）的解决方案，不用再辛苦地查阅供应商提供的厚厚的产品参数说明书。这其实就是一种对工业通信柔性化、简单化的需求。由此，ABB设计生产一种可以简单快速连接任何总线系统的产品(FieldBusPlug-FBP)来简化整个现场总线,如图1所示。实际上FBP就是总线适配器。

图 1 现场总线适配器(FBP)
2  FBP系统的功能
　　FBP系统可以通过任何一种协议的总线适配器，与通常的自动化系统（PLCs），用一种简单而有效的方式，把开关设备和其它类似的元件连接起来,如电动机保护和控制设备到传感器等。这些开关设备与所用的总线相互独立。通过选定的总线电缆（FBP电缆），就可以建立与各类总线适配器的连接。
　　ABB　FBP总线适配器可支持Profibus-DP、CANopen、Modbus-RTU、DeviceNet和AS-i五种总线适配器，这五种总线适配器的外形和连接方式是相同的。为统一的使用和选型提供了方便，如图2所示，选用DeviceNet总线适配器进行通信。 图 2 多子站设备和PLC系统连接图
3  FBP系统的特点
　　今天的自动化应用不仅需要智能化的产品，还需要能够互相通信实现网络化功能，而总线无疑是当前很多自动化设备所选择的通信手段。当走进任何一个制造加工厂、过程企业或者能源企业，你不难发现成百上千的执行器和传感器都通过一根总线与它们的控制器进行通信。
3.1  简单、灵活的总线系统
　　一种设备适用所有总线类型，在产品线内的每一种设备和每一个功能模块，含有一个中性的总线适配器接口。用选定的总线适配器和电缆接头和预连接电缆，非常容易建立起可靠的，可塑性强的通讯和连接,如图3所示。
　　 无须改变通讯接口便可按用户的需求改变通讯总线，这就是建立在ABB独有的FBP总线技术上的灵活选择。在同一个FBP总线适配器（中性总线接口）上只需改变不同种类总线（总线类型）的FBP总线适配器，便可改变不同的总线协议。例如Profibus或DeviceNet。而这种改变并不需用户作任何特殊的设置，只需要更换为相应的FBP总线适配器和在软件中作一些简单的配置，而控制系统对所连接电气设备的通讯协议改变均是自动识别。这为用户在标准现场总线间的变化带来了便捷性。ABB公司的AC500系列PLC也可通过FBP适配器作为现场总线的从站运行。
图 3
3.2  简化整个现场总线
　　FBP总线适配器可以简单快速连接任何总线系统来简化整个现场总线。ABB公司如今已能够提供带有一个具有总线无关性的接口插件，这就意味着供应商今后不再需要根据不同目标总线市场重新设计产品。每种自动化设备都可以通过相应的总线插件连接到总线上，而一种总线协议对应有一种总线插件。例如，要将一台电机起动器连接到DeviceNet 总线上，就只需要将DeviceNet 总线插件与一般标准的电机起动器连接即可。
　　这种现场总线插件能够满足所有的电子数据传输需要，它将所连接的总线上的数据转换成标准自动化设备能够识别的中立数据格式或反之。
　　ABB公司的电机控制器和电机起动器都带有一个总线无关性的FBP接口。所有安装工程师只需要将已准备好的对应相应总线接口的FBP连接线缆直接挂到现场总线上面。
　　FBP现场总线插头可以完成一些特殊的开关和自动化设备与过程控制器的连接。插件的设计也非常简单，一端是具有通用性质的与总线种类无关的接口，另一端则是符合具体某一种总线标准的接口。紧凑型的接口里面带有智能化的电子转化装置，可以将中立设备数据转换为AS-i或者DeviceNet等总线能够理解的语言形式。
4  FBP总线适配器应用于智能电机控制器（UMC）中的硬件配置
　　为了更好地说明ABB FBP现场总线适配器在智能电机控制器中的灵活应用，我们采用ABB公司的AC500系列可编程控制器及Profibus总线适配器进行说明。
ABB FBP总线适配器在智能电机控制器中的应用一:
图4 FBP总线适配器在智能电机中的应用
　　图4中，自动化控制管理单元(PLCs)采用ABB 公司AC500系列PM581作为可编程控制器CPU，在CPU上带有：LCD显示屏、一组操作按键、一个SD卡的扩展口和两个集成的串行通讯口，CPU底板集成以太网接口，并保留CS31通讯接口，具有与AC31系列PLC兼容性好等特点。
　　 FBP现场总线适配器：PDP22-FBP.xxx；相关电缆及附件：PDA11-FBP.xxx及PDR11-FBP.150终端电阻器。PLC通讯主站通过FBP总线适配器与带中性接口的智能电机控制器UMC22、软起动器等现场设备进行简单而快速的连接,从而实现了从控制层到现场层的无缝连接。FBP总线适配器也广泛应用于设备分布比较分散的场合，某些站点之间相距较远，尤其一些现场站点，相距离超过100米，因此所有网络的传输速率都设为一致，以确保通讯可靠。除了分布式I/O，断路器和传感器等站点位于生产现场外，智能电机控制器、变频器的总线网络系统分布在马达控制中心（IMCC）室，这就实现了对电动机的集中控制，统一管理。
FBP总线适配器在智能电机控制器中的使用体会：
(1) 现场总线可以节省大量费用
　　 从安装阶段来看，只通过一根通讯缆，就实现了对整个网络上名站点供电及通讯，相对于点对点的控制方式，节省大量的电缆、桥架等，不但缩短了安装时间，而且降低了安装费用。
　　 从控制上来看，利用网络通讯及“软”I/O方式，节约了I/O模块，尤其是模拟量模块。如对智能电机控制器UMC22或变频器等工作站，启动/停止，启动方式，加速/减速等命令；电压、电流、温度、运行时间等参数，都可从总线网络通讯实现。
(2) 设备故障率大大降低，且诊断方便，排除迅速。
　　 FBP系统由于仅用一条通讯电缆控制整个设备网络，使设备故障率大大降低。采用数据通讯方式来控制各站，不但极大减少了传统点对点方式的电缆数量，也使故障环节大大减少，系统稳定性进一步提高。
　　 通过FBP系统使电动机的集中控制的形式十分有效，极大方便了设备故障的诊断。例如当某台智能电机控制器UMC22发生故障时，不但可以从中控室看到报警信息，还可以从UMC22的操作面板上获得报警信息，方便快捷。
　　工程实践表明：总线中80%的故障问题出现在总线电缆本身,而FBP系统提供预安装的带有金属接触的电缆，使因为电缆的问题导致的故障可能性最小化。
(3) 系统监控更加方便、智能化。
　　FBP系统使操作人员更加方便地随时访问现场站工作状态及调整控制参数等。如电机电流、温度等参数，以确保电机正常工作。
(4) 即插即用(P&P)的系统扩展。
因FBP采用“手拉手”的连接方式，用户可根据需要在任何环节扩展插入所需的监控对象。
  ABB FBP总线适配器在智能电机控制器中的应用二:
   
图 5 FBP及PDQ22在智能电机中的应用
  
　　 图5中，FBP系统中采用集成Profibus协议的PDQ22装置，Profibus和其它现场总线都采用标准RS485方式，每段限制32台的主/从站数量,如果需要连接更多的设备则需要加中继器。使用PDQ22可以每个连接4台设备到Profibus DP总线，但是在总线中作为一个节点，可节省总线节点数量。具有以下特点：
  在一个总线节点处可使用多达4个FBP适配器；
  可靠的系统理念：检测设备故障，指示总线和设备状态；
  
简单的系统集成：自由访问连接设备的参数、运行和诊断数据；集成维护管理。
  
5  ABB FBP总线适配器应用于智能电机控制器中的软件配置
　　在本系统中采用PS501编程软件，它是以ABB Codesys V2.3编程软件为开发环境，符合ICE61131-3的国际标准，可支持语句表(IL)、梯形图（LD）、功能块（FBD）、顺序功能图（SFC）、结构文本（ST）、连续功能图（CFC）六种编程语言。可完成AC500系统的全部设置，包括所有的现场总线和接口，而且还有全面的诊断功能、报警处理、集成可视化功能和开放的数据接口。
  
图6 FBP总线适配器在PS501软件中组态图     
  图7 UMC22监控界面（PS501可视化功能）
  6  结束语
　　 由于FBP的概念并没有再造出一种总线来，而是将现有的多种现场总线都利用起来，是一个开放的系统，所以FBP能够适合任何PLC系统。在将自动化设备连接到现场总线和供电总线的时候，所用的连接器都是已经准备好的，可插入的标准产品，因而也无需惊醒线缆的切割、隔离和准备工作。FBP概念的引入把电气设备和通讯功能有效地分开，实现了PLC系统与电气设备之间的无障碍通讯。电气工程师再也不需要为通讯网络的设计而烦恼，甚至可以不用考虑不同DCS供应商所要求的不同的总线接口，而这些都缘于FBP即插即用的总线预制型插头和丰富的总线类型。