ABB FBP總線適配器在智能電機控制器中的應用
在諸多的總線標準中，各種總線都稱是標準的，但在市場競爭不能劃地為界的行業或領域，各種總線都互相滲透。例如DeviceNet廣泛應用于汽車、物料搬運和制造加工業，但在歐洲，Profibus標準也是這些領域的有力競爭者且占據了絕對的份額。此外，Profibus標準在一些特定行業的應用也非常廣泛，像Profibus DP在汽車工廠中的應用就是如此。然而，有一個很有趣的現象是，德國的CANopen總線本身也用在汽車行業。但是，不管怎么看，整個市場基本上可以劃分為過程工業和制造工業兩類。
隨著工業企業為實現更快捷、高效的生產和運行而不斷地投資，掛在這些不同總線上的智能化裝置正在迅速增加。總線的應用的確能夠給終端用戶企業帶來生命力和強大的業務處理能力，但同時也給智能化裝置供應商帶來一個難題：他們必須根據眾多的總線分別設計出不同的總線產品，以滿足各種總線的需要；但產品的數據接口都是硬件化的，一個產品設計成多種硬件在制造成本上是不可取的。此外，現場總線中的控制布線是一項很費時間的工作，而且在安裝工程中不太容易成功。這種工作復雜度顯然與今天設備操作更簡便的趨勢是背道而馳的。系統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商提供的厚厚的產品參數說明書。這其實就是一種對工業通信柔性化、簡單化的需求。由此，ABB設計生產一種可以簡單快速連接任何總線系統的產品（FieldBusPlug-FBP）來簡化整個現場總線,如圖1所示。實際上FBP就是總線適配器。
圖 1 現場總線適配器（FBP）
2 FBP系統的功能
FBP系統可以通過任何一種協議的總線適配器，與通常的自動化系統（PLCs），用一種簡單而有效的方式，把開關設備和其它類似的元件連接起來,如電動機保護和控制設備到傳感器等。這些開關設備與所用的總線相互獨立。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是相同的。為統一的使用和選型提供了方便，如圖2所示，選用DeviceNet總線適配器進行通信。
3 FBP系統的特點
今天的自動化應用不僅需要智能化的產品，還需要能夠互相通信實現網絡化功能，而總線無疑是當前很多自動化設備所選擇的通信手段。當走進任何一個制造加工廠、過程企業或者能源企業，你不難發現成百上千的執行器和傳感器都通過一根總線與它們的控制器進行通信。
3.1 簡單、靈活的總線系統
一種設備適用所有總線類型，在產品線內的每一種設備和每一個功能模塊，含有一個中性的總線適配器接口。用選定的總線適配器和電纜接頭和預連接電纜，非常容易建立起可靠的，可塑性強的通訊和連接,如圖3所示。
無須改變通訊接口便可按用戶的需求改變通訊總線，這就是建立在ABB獨有的FBP總線技術上的靈活選擇。在同一個FBP總線適配器（中性總線接口）上只需改變不同種類總線（總線類型）的FBP總線適配器，便可改變不同的總線協議。例如Profibus或DeviceNet。而這種改變并不需用戶作任何特殊的設置，只需要更換為相應的FBP總線適配器和在軟件中作一些簡單的配置，而控制系統對所連接電氣設備的通訊協議改變均是自動識別。這為用戶在標準現場總線間的變化帶來了便捷性。ABB公司的AC500系列PLC也可通過FBP適配器作為現場總線的從站運行。
圖 3
3.2 簡化整個現場總線
FBP總線適配器可以簡單快速連接任何總線系統來簡化整個現場總線。ABB公司如今已能夠提供帶有一個具有總線無關性的接口插件，這就意味著供應商今后不再需要根據不同目標總線市場重新設計產品。每種自動化設備都可以通過相應的總線插件連接到總線上，而一種總線協議對應有一種總線插件。例如，要將一臺電機起動器連接到DeviceNet 總線上，就只需要將DeviceNet 總線插件與一般標準的電機起動器連接即可。
這種現場總線插件能夠滿足所有的電子數據傳輸需要，它將所連接的總線上的數據轉換成標準自動化設備能夠識別的中立數據格式或反之。
ABB公司的電機控制器和電機起動器都帶有一個總線無關性的FBP接口。所有安裝工程師只需要將已準備好的對應相應總線接口的FBP連接線纜直接掛到現場總線上面。
FBP現場總線插頭可以完成一些特殊的開關和自動化設備與過程控制器的連接。插件的設計也非常簡單，一端是具有通用性質的與總線種類無關的接口，另一端則是符合具體某一種總線標準的接口。緊湊型的接口里面帶有智能化的電子轉化裝置，可以將中立設備數據轉換為AS-i或者DeviceNet等總線能夠理解的語言形式。
4 FBP總線適配器應用于智能電機控制器（UMC）中的硬件配置
為了更好地說明ABB FBP現場總線適配器在智能電機控制器中的靈活應用，我們采用ABB公司的AC500系列可編程控制器及Profibus總線適配器進行說明。
ABB FBP總線適配器在智能電機控制器中的應用一:
圖4 FBP總線適配器在智能電機中的應用
圖4中，自動化控制管理單元（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SD卡的擴展口和兩個集成的串行通訊口，CPU底板集成以太網接口，并保留CS31通訊接口，具有與AC31系列PLC兼容性好等特點。
FBP現場總線適配器：PDP22-FBP.xxx；相關電纜及附件：PDA11-FBP.xxx及PDR11-FBP.150終端電阻器。PLC通訊主站通過FBP總線適配器與帶中性接口的智能電機控制器UMC22、軟起動器等現場設備進行簡單而快速的連接,從而實現了從控制層到現場層的無縫連接。FBP總線適配器也廣泛應用于設備分布比較分散的場合，某些站點之間相距較遠，尤其一些現場站點，相距離超過100米，因此所有網絡的傳輸速率都設為一致，以確保通訊可靠。除了分布式I/O，斷路器和傳感器等站點位于生產現場外，智能電機控制器、變頻器的總線網絡系統分布在馬達控制中心（IMCC）室，這就實現了對電動機的集中控制，統一管理。
FBP總線適配器在智能電機控制器中的使用體會：
（1） 現場總線可以節省大量費用
從安裝階段來看，只通過一根通訊纜，就實現了對整個網絡上名站點供電及通訊，相對于點對點的控制方式，節省大量的電纜、橋架等，不但縮短了安裝時間，而且降低了安裝費用。
從控制上來看，利用網絡通訊及“軟”I/O方式，節約了I/O模塊，尤其是模擬量模塊。如對智能電機控制器UMC22或變頻器等工作站，啟動/停止，啟動方式，加速/減速等命令；電壓、電流、溫度、運行時間等參數，都可從總線網絡通訊實現。
（2） 設備故障率大大降低，且診斷方便，排除迅速。
FBP系統由于僅用一條通訊電纜控制整個設備網絡，使設備故障率大大降低。采用數據通訊方式來控制各站，不但極大減少了傳統點對點方式的電纜數量，也使故障環節大大減少，系統穩定性進一步提高。
通過FBP系統使電動機的集中控制的形式十分有效，極大方便了設備故障的診斷。例如當某臺智能電機控制器UMC22發生故障時，不但可以從中控室看到報警信息，還可以從UMC22的操作面板上獲得報警信息，方便快捷。
工程實踐表明：總線中80%的故障問題出現在總線電纜本身,而FBP系統提供預安裝的帶有金屬接觸的電纜，使因為電纜的問題導致的故障可能性最小化。
（3） 系統監控更加方便、智能化。
FBP系統使操作人員更加方便地隨時訪問現場站工作狀態及調整控制參數等。如電機電流、溫度等參數，以確保電機正常工作。
（4） 即插即用（P&P）的系統擴展。
因FBP采用“手拉手”的連接方式，用戶可根據需要在任何環節擴展插入所需的監控對象。
ABB FBP總線適配器在智能電機控制器中的應用二:
圖 5 FBP及PDQ22在智能電機中的應用
圖5中，FBP系統中采用集成Profibus協議的PDQ22裝置，Profibus和其它現場總線都采用標準RS485方式，每段限制32臺的主/從站數量,如果需要連接更多的設備則需要加中繼器。使用PDQ22可以每個連接4臺設備到Profibus DP總線，但是在總線中作為一個節點，可節省總線節點數量。具有以下特點：
在一個總線節點處可使用多達4個FBP適配器；
可靠的系統理念：檢測設備故障，指示總線和設備狀態；
簡單的系統集成：自由訪問連接設備的參數、運行和診斷數據；集成維護管理。
5 ABB FBP總線適配器應用于智能電機控制器中的軟件配置
在本系統中采用PS501編程軟件，它是以ABB Codesys V2.3編程軟件為開發環境，符合ICE61131-3的國際標準，可支持語句表（IL）、梯形圖（LD）、功能塊（FBD）、順序功能圖（SFC）、結構文本（ST）、連續功能圖（CFC）六種編程語言。可完成AC500系統的全部設置，包括所有的現場總線和接口，而且還有全面的診斷功能、報警處理、集成可視化功能和開放的數據接口。
圖6 FBP總線適配器在PS501軟件中組態圖
由于FBP的概念并沒有再造出一種總線來，而是將現有的多種現場總線都利用起來，是一個開放的系統，所以FBP能夠適合任何PLC系統。在將自動化設備連接到現場總線和供電總線的時候，所用的連接器都是已經準備好的，可插入的標準產品，因而也無需驚醒線纜的切割、隔離和準備工作。FBP概念的引入把電氣設備和通訊功能有效地分開，實現了PLC系統與電氣設備之間的無障礙通訊。電氣工程師再也不需要為通訊網絡的設計而煩惱，甚至可以不用考慮不同DCS供應商所要求的不同的總線接口，而這些都緣于FBP即插即用的總線預制型插頭和豐富的總線類型。
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