基于Profibus的海上油田注聚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

謝祥恩+鄒萬(wàn)勤

摘 要：本文介紹了基于Profibus-DP 總線的海上石油平臺(tái)注聚控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以組態(tài)王為上位機(jī)，S7-300為主站，8臺(tái)變頻器為從站，通過(guò)Profibus-DP總線控制多臺(tái)ABB ACS800變頻器。

關(guān)鍵詞：Profibus-DP通訊；西門(mén)子PLC；ABB變頻器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.044

海上石油平臺(tái)注聚控制系統(tǒng)位于一個(gè)具有正壓防爆功能的集裝箱內(nèi)，是一個(gè)中型的PLC控制系統(tǒng)，采用西門(mén)子S7-300 315-2DP作為中央控制單元。有8臺(tái)變頻器，每個(gè)變頻器有啟停控制、頻率給定、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行頻率等4個(gè)控制運(yùn)行信號(hào)，如果采用常規(guī)的方式PLC+硬線控制，則需要8個(gè)DI、8個(gè)DO、8個(gè)AI、8個(gè)AO， PLC需增加擴(kuò)展模塊DI一塊、DO一塊、AI一塊、AO兩塊、IM365一塊，還需要增加輸出繼電器、輸入繼電器、線槽空間等。導(dǎo)致控制系統(tǒng)占用空間增加，集裝箱布置不下、布線系統(tǒng)復(fù)雜，、故障率高等一系列問(wèn)題。而采用PROFIBUS總線控制方式可以規(guī)避以上問(wèn)題。

1 PROFIBUS總線簡(jiǎn)介

常用的Profibus-DP 是總線技術(shù)應(yīng)用的一種，基本特征是：全部設(shè)備均與總線連接，每個(gè)分段上最多可接32 個(gè)站（主站或從站），每段的總線終端電阻確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差，兩個(gè)總線終端電阻必須一直有電源；采用拓樸結(jié)構(gòu)，保證在運(yùn)行期間，接入或斷開(kāi)一個(gè)或多個(gè)站時(shí)，不會(huì)影響其它站的工作。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件：組態(tài)王，與下位機(jī)MPI通訊。

主站：西門(mén)子315-2DP一個(gè)，帶兩個(gè)通訊口，一個(gè)口是MPI，與上位機(jī)進(jìn)行通訊。一個(gè)口為DP通訊。

從站：ABB ACS800變頻器 8臺(tái)，由于ACS800變頻器不帶DP通訊，每個(gè)變頻器需要增加ABB RPBA01 DP適配器模塊。

總線連接器：9個(gè)。

2.2 西門(mén)子S7-300概述

S7-300 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨(dú)立的，可以通過(guò)U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門(mén)子S7-300的標(biāo)準(zhǔn)軌道上。此項(xiàng)目使用的是CPU315-2DP，有兩個(gè)通訊接口。

2.3 ACS800變頻器及參數(shù)設(shè)置

ACS800變頻器與CPU S7-300通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接成網(wǎng)絡(luò)后，除了在STEP7軟件進(jìn)行硬件組態(tài)、編寫(xiě)控制程序以外，在變頻器上也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置。除了常用的參數(shù)外，還需要進(jìn)行通訊參數(shù)的設(shè)置。其中99組參數(shù)為電機(jī)參數(shù)，按照銘牌數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。PROFIBUS-DP通訊需要設(shè)置的參數(shù)。

10.01 COMM.CW 11.03 COMM.REF 16.01 YES 30.18 FAULT 51.04 4 51.06 104 98.02 FIELDBUS 98.07 ABBDRIVERS

3 硬件組態(tài)

運(yùn)行STEP7軟件包，進(jìn)行S7-300硬件組態(tài)，首先對(duì)計(jì)算機(jī)參數(shù)做相應(yīng)設(shè)置，如通信端口設(shè)定，波特率設(shè)定、MPI地址設(shè)定，然后通過(guò)MPI端口對(duì)S7-300進(jìn)行硬件組態(tài)，新建一機(jī)架，在機(jī)架上配置電源，CPU、AI模塊，其中在CPU中設(shè)定MPI地址為2，DP主站地址為2。然后對(duì)變頻器進(jìn)行組態(tài)，步驟如下：

（1）安裝ABB變頻器GSD文件 ABB_0812.GSD；

（2）在系統(tǒng)PROFIBUS-DP硬件配置的中添加從站ABB Drives RPBA-01 站號(hào)為3、4、5、6、7、8、9、10（或其它地址號(hào)）。

（3）插入PPO Type Module為4；

最后編譯無(wú)誤后，下載到PLC確認(rèn)。

4 軟件組態(tài)

通過(guò)硬件的組態(tài)，主站對(duì)從站的輸出區(qū)（OUTPUT）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：Output的第一個(gè)字是用于ABB傳動(dòng)通信協(xié)議的控制字CW；Output的第二個(gè)字是變頻器的給定值REF1；控制字為16位，16#47E表示變頻器準(zhǔn)備合閘，16#47F表示變頻器開(kāi)始運(yùn)行。頻率值為0-50HZ，需要按比例轉(zhuǎn)換成0-20000的對(duì)應(yīng)值，并送入對(duì)應(yīng)的PIW值。主站對(duì)從站的輸入?yún)^(qū)（INPUT）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：Input的第一個(gè)字是用于ABB傳動(dòng)通信協(xié)議的狀態(tài)字SW；Input的第二個(gè)字是變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT1（由ACS800參數(shù)92.02決定）； 返回的狀態(tài)字內(nèi)容可以根據(jù)狀態(tài)字表進(jìn)行查詢，常見(jiàn)的狀態(tài)有準(zhǔn)備運(yùn)行，運(yùn)行、報(bào)警、跳閘等。反饋回的變頻器速度值是0-20000，需要按比例轉(zhuǎn)換成0-50HZ的頻率值進(jìn)行顯示。

5 調(diào)試

在step7軟件中，硬件配置完成后，編譯并下載到CPU300之中，在線診斷各個(gè)從站的狀態(tài)。有出現(xiàn)變頻器從站不在線的情況。需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢查：

（1）終端的總線連接器終端電阻是否處于On狀態(tài)和帶電，中間的總線連接器終端電阻是否處于OFF狀態(tài)。（2）終端的總線連接器進(jìn)線必須從進(jìn)線孔處進(jìn)入。（3）DP地址設(shè)置是否與配置的一致，是否有重復(fù)地址。（4）因?yàn)樽冾l器的諧波干擾比較嚴(yán)重，保證屏蔽線接地良好。

所有變頻器都在線后，在組態(tài)王運(yùn)行界面中，點(diǎn)擊運(yùn)行、停止，輸入頻率，觀察變頻器的工作是否與命令一致，反饋的狀態(tài)是否與變頻器的狀態(tài)一致。經(jīng)過(guò)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了PLC與多臺(tái)變頻器的通訊，PLC和變頻器都運(yùn)行正常。

6 結(jié)論

將Profibus-DP通訊技術(shù)用于海上注聚控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)ACS800變頻器的控制，改變了傳統(tǒng)I/O方式，減少了現(xiàn)場(chǎng)電纜的數(shù)量和接線工作量，減少了對(duì)控制系統(tǒng)的空間要求，實(shí)現(xiàn)了注聚控制系統(tǒng)小型化要求，并成功的安裝于正壓防爆集裝箱中。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：謝祥恩（1975-），男，本科，工程師，主要從事海洋石油油氣水裝備研發(fā)方面工作。