电力拖动自动控制系统第六章

1、范例1 用RS485 总线通信的物料呼叫系统RS-485总线系统图RS-232接口 RS-232有DB25接口和DB9接口两种类型， DB9接口定义:(1.载波检测，2.接收数据，3.发送数据，4.数据终端准备就绪，5.信号地，6.调制解调器就绪，7.请求发送，8.允许发送，9.振铃提示） RS-232串口相互连接:通过Modem连接和无Modem连接RS-232接口 无Modem连接（直接连接）： 握手连接和无握手连接 RS-232 只支持点对点通讯，传输距离不能超过15米，传输速率不能超过110Kbps RS-485总线 一种物理通信层总线，通讯介质一般为双绞线，通信距离可达1000米以上

2、,两根导线实现多节点互联（EIA RS-485总线标准） RS-485 采用差分平衡电路 通信规约为主从轮询 现场多台从设备（总数一般在31台以内）的RS-485通信数据格式和帧数格式完全相同，便可共用一对双绞线作为通讯线路，将它们逐一衔接在这对双绞线上。 现场多台从设备（总数一般在31台以内）的RS-485通信数据格式和帧数格式完全相同，便可共用一对双绞线作为通讯线路，将它们逐一衔接在这对双绞线上。 传输距离可达1200米，通过485中继器通讯距离可以成倍增加，支持多点通讯。物料呼叫系统结构图 此项目实质上是一个计算机数据采集系统， 高可靠的PLC 进行现场信号处理； 以屏蔽双绞线作为传输介

3、质组成RS-485传输网络； 用工控机和组态软件进行信息管理基于CAN总线的热轧带钢生产线测控系统 热轧带钢是以板坯（主要为连铸坯）为原料，经加热后由粗轧机组及精轧机组制成带钢。从精轧最后一架轧机出来的热钢带通过层流冷却至设定温度，由卷取机卷成钢带卷。 轧制力系统是轧钢生产线的主要控制系统。 原系统存在主要问题： 缺少参数监视和故障报警功能 解决办法： 建立一套基于CAN总线的轧制力监视和故障报警系统，采集所有轧制力信号、带钢状态参数及相关I/O信号，编制人机界面，存储相关信息，设置各信号报警范围，加入故障诊断函数，提供故障处理方法。实际信号分布 13套轧机轧制力信号52路 弯辊力信号8路 带

4、钢温度信号12路 带钢宽度信号8路 I/O信号96点（压力传感器故障监测，钢号BCD码输入）主要设计内容 建立一套轧制力和相关信号数据采集系统，并能在初轧控制室和精轧控制室同时操作和监视； 测量系统数据采集和分析软件编程； 建立各种钢号轧制力分布数据库，设计故障诊断规则，存储故障时刻轧制力分布状态数据； 估障传感器诊断系统设计关键步骤 系统总体方案确定 硬件拓扑结构选择 现场总线产品选型 现场调研，确定输入、输出信号性质和数量 输入、输出信号调理板设计 下位机数据采集软件编程、网络通讯软件编程系统设计关键步骤 上位机工作站软件开发平台选择 轧制设备故障诊断方法研究及软件设计； 数据库软件平台选

5、型及编程系统方案设计 采用集中式测量系统的方案存在问题 1）电缆用量大敷设工作量大 2）信号长距离传输，衰减比大，易受干扰 3）不能满足粗轧、精轧控制室同时操作和监控的要求。系统方案设计 采用基于现场总线技术的测控系统具有的优势 现场总线：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 现场总线所具有的现场适应性、数字化、开放性、分散性、设备互联性、互操作性与互换性等特点决定和派生了其一系列优点： 导线和连接附件大量减少一根总线电缆直接互接N台现场设备，电缆用量大大减少（原来几百根甚至几千根信号与控制电缆减少到现场总线的一根总线电缆）

6、；端子、槽盒、桥架、配线板等连接附件用量大大减少。仪表和输入输出转换器（卡件）大量减少 采用人机界面、本身具有显示功能的现场设备或监视计算机代替显示仪表，使仪表的数量大大减少； 输入输出转换器（卡件）的数量大大减少。 在现场总线系统中，一台现场设备可以测量多个参数，并将它们以所需的数字信号形式通过总线电缆进行传送，因此对单独的输入输出转换器（卡件）的需要少。设计、安装和调试费用大大降低 原来DCS繁琐的原理图设计在现场总线中变得简单易行；安装和校对的工作量大大减少； 可根据需要将系统分为几个部分分别调试，使调试工作变得灵活方便；强大的故障诊断功能 维护开销大幅度下降 系统的高可靠性使系统出现故

7、障的机率大大减小； 强大的故障诊断功能使故障的早期发现、定位和排除变得快速而有效，系统正常运行时间更长，维护停工时间大大减少。系统可靠性提高 系统结构与功能的高度分散性决定了系统的高可靠性； 现场总线协议规范对通信可靠性方面（通信介质、报文检验、报文纠错、重复地址检测等）的严格规定保证了通信的高可靠性。系统测量与控制精度提高在现场总线中，各种开关量、模拟量就近转变为数字信号，所有总线设备间均采用数字信号进行通信，避免了信号的衰减和变形，减少了传送误差。换言之，现场总线采用数字信号通信这一数字化特点，从根本上提高了系统的测量与控制精度。系统具有优异的远程监控功能系统具有优异的远程监控功能 可以在

8、控制室远程监视现场设备和系统的可以在控制室远程监视现场设备和系统的各种运行状态；各种运行状态； 可以在控制室对现场设备及系统进行远程可以在控制室对现场设备及系统进行远程控制。控制。系统具有强大的（远程）故障诊断功能系统具有强大的（远程）故障诊断功能 可以诊断和显示各种故障，如总线设备和连接器的断路、短路故障以及通信故障和电源故障等； 可以将各种状态及故障信息传送到控制室中的监视监控计算机，大大减少了使用和维护人员不必要的现场巡视。当现场总线是安装在恶劣环境中时，这尤其具有重要意义。 设备配置、网络组态和系统集成方便自由设备配置、网络组态和系统集成方便自由用户可以通过同层网络或上层网络对现场设备

9、进行参数设置，而不必到现场不必到现场对每一个设备逐个进行配置；利用网络组态工具软件可以迅速迅速而方便方便地组建组建现场总线网络网络，配置网络参数；由于现场总线的开放性、互操作性与互换性，用户可以自由自由地集成集成不同厂商、不同品牌的产品和网络，从而构成所需的系统。为企业信息系统的构建创造了重要条件为企业信息系统的构建创造了重要条件 企业信息系统由现场控制层、过程监控层和企业经营管理企业信息系统由现场控制层、过程监控层和企业经营管理层构成；层构成；现场总线或者构成了企业信息系统的现场控制层，或者构现场总线或者构成了企业信息系统的现场控制层，或者构成了企业信息系统的基本框架；成了企业信息系统的基本

10、框架；现场总线为总线设备及系统的各种运行状态和故障信息、现场总线为总线设备及系统的各种运行状态和故障信息、各种控制信息进入（企业）公用数据网络创造了条件，使各种控制信息进入（企业）公用数据网络创造了条件，使管理者能得到更多的决策依据，为管理者做出各种正确决管理者能得到更多的决策依据，为管理者做出各种正确决策提供了有力的支持，从而可使企业获得较高的整体综合策提供了有力的支持，从而可使企业获得较高的整体综合效益。效益。CAN 总线 CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成协议的物理层和数据链

11、路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。级判别等项工作。 CAN总线特点如下：总线特点如下： （1）可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在）可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。从，通信方式灵活。 （2）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级,可以满可以满足不同的实时要求。足不同的实时要求。 （3）采用非破坏性位仲裁总线结

12、构机制，当两个节点同）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。CAN总线特点 CAN总线特点 （4）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。传送方式接收数据。 （5）直接通信距离最远可达）直接通信距离最远可达10km（速率（速率5Kbps以下）。以下）。 （6）通信速率最高可达）通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长（此时距离最长4

13、0m）。）。 （7）节点数实际可达）节点数实际可达110个。个。 （8）采用短帧结构，每一帧的有效字节数为）采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个。个。 （9）每帧信息都有）每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据出错校验及其他检错措施，数据出错率极低。率极低。 （10）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。 （11） 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受功能，切断它与总线

14、的联系，以使总线上的其他操作不受影响。影响。 台湾研华公司基于CAN总线的测量系统 系统硬件配置系统软件应用软件平台各层次关系FIX (Fully Integrated Control Sysytem） 美国Intellution公司的工业自动化软件 FIX软件基本功能监控和数据采集功能本系统硬件技术指标 1）ADAM5000/CAN 高速模拟量采集速率：0.8ms 低速模拟量采集速率：100ms 开关量采集速率：100ms 通讯速率：115.2kbit/s 2)系统扫描周期：100ms 3)系统规模 模拟量输入：单端128路、双端差分：64路， 开关量：128路软件功能1）数据采集和监控管理

15、2）监控人机界面 粗轧监控系统；精轧监控系统； F1-F13轧机；粗轧历史趋势； 精轧历史趋势；辅助信号历史趋势； 超限故障记录；系统故障记录； 故障诊断规则；精轧宽度； 退出系统主菜单画面故障类型分析及诊断 ABB系统的故障诊断功能 ABB轧制力测量系统是基于微机的智能仪表。 自带许多测试程序，并具有一定的自检测功能。 ABB系统自检，发现故障时，对应数字量输出“SYSERR”由”0“变”1“。FIX 应用程序对每套轧机的ABB系统进行扫描，记录故障时刻的轧机名，钢卷号，故障发生时间及轧制力等重要参数。粗轧程序结构框图粗轧程序结构框图FIX应用程序流程图计算机柜供电系统图 类型类型3 Pro

16、fibus Type 3 现场总线得到现场总线得到Profibus用户组织用户组织PNO的的支持，德国西门子公司则是支持，德国西门子公司则是Profibus 产品的主产品的主要供应商。要供应商。(1) PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。交通、电力等其他领域自动化。(2) PROFIBUS由三个兼容部分组成，即由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、）、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。(3) PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式