基于Profibus的海上油田注聚控制系統設計與應用

謝祥恩+鄒萬勤

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

關鍵詞：Profibus-DP通訊；西門子PLC；ABB變頻器

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

海上石油平臺注聚控制系統位于一個具有正壓防爆功能的集裝箱內，是一個中型的PLC控制系統，采用西門子S7-300 315-2DP作為中央控制單元。有8臺變頻器，每個變頻器有啟停控制、頻率給定、運行狀態、運行頻率等4個控制運行信號，如果采用常規的方式PLC+硬線控制，則需要8個DI、8個DO、8個AI、8個AO， PLC需增加擴展模塊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。導致控制系統占用空間增加，集裝箱布置不下、布線系統復雜，、故障率高等一系列問題。而采用PROFIBUS總線控制方式可以規避以上問題。

1 PROFIBUS總線簡介

常用的Profibus-DP 是總線技術應用的一種，基本特征是：全部設備均與總線連接，每個分段上最多可接32 個站（主站或從站），每段的總線終端電阻確保操作運行不發生誤差，兩個總線終端電阻必須一直有電源；采用拓樸結構，保證在運行期間，接入或斷開一個或多個站時，不會影響其它站的工作。

2 系統的設計

2.1 硬件設計

上位機軟件：組態王，與下位機MPI通訊。

主站：西門子315-2DP一個，帶兩個通訊口，一個口是MPI，與上位機進行通訊。一個口為DP通訊。

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

總線連接器：9個。

2.2 西門子S7-300概述

S7-300 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-300的標準軌道上。此項目使用的是CPU315-2DP，有兩個通訊接口。

2.3 ACS800變頻器及參數設置

ACS800變頻器與CPU S7-300通過現場總線連接成網絡后，除了在STEP7軟件進行硬件組態、編寫控制程序以外，在變頻器上也要進行適當的參數設置。除了常用的參數外，還需要進行通訊參數的設置。其中99組參數為電機參數，按照銘牌數據進行設置。PROFIBUS-DP通訊需要設置的參數。

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

運行STEP7軟件包，進行S7-300硬件組態，首先對計算機參數做相應設置，如通信端口設定，波特率設定、MPI地址設定，然后通過MPI端口對S7-300進行硬件組態，新建一機架，在機架上配置電源，CPU、AI模塊，其中在CPU中設定MPI地址為2，DP主站地址為2。然后對變頻器進行組態，步驟如下：

（1）安裝ABB變頻器GSD文件 ABB_0812.GSD；

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

（3）插入PPO Type Module為4；

最后編譯無誤后，下載到PLC確認。

4 軟件組態

通過硬件的組態，主站對從站的輸出區（OUTPUT）的數據結構為：Output的第一個字是用于ABB傳動通信協議的控制字CW；Output的第二個字是變頻器的給定值REF1；控制字為16位，16#47E表示變頻器準備合閘，16#47F表示變頻器開始運行。頻率值為0-50HZ，需要按比例轉換成0-20000的對應值，并送入對應的PIW值。主站對從站的輸入區（INPUT）的數據結構為：Input的第一個字是用于ABB傳動通信協議的狀態字SW；Input的第二個字是變頻器的實際值ACT1（由ACS800參數92.02決定）； 返回的狀態字內容可以根據狀態字表進行查詢，常見的狀態有準備運行，運行、報警、跳閘等。反饋回的變頻器速度值是0-20000，需要按比例轉換成0-50HZ的頻率值進行顯示。

5 調試

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

（1）終端的總線連接器終端電阻是否處于On狀態和帶電，中間的總線連接器終端電阻是否處于OFF狀態。（2）終端的總線連接器進線必須從進線孔處進入。（3）DP地址設置是否與配置的一致，是否有重復地址。（4）因為變頻器的諧波干擾比較嚴重，保證屏蔽線接地良好。

所有變頻器都在線后，在組態王運行界面中，點擊運行、停止，輸入頻率，觀察變頻器的工作是否與命令一致，反饋的狀態是否與變頻器的狀態一致。經過調試，實現了PLC與多臺變頻器的通訊，PLC和變頻器都運行正常。

6 結論

將Profibus-DP通訊技術用于海上注聚控制系統，實現了對多臺ACS800變頻器的控制，改變了傳統I/O方式，減少了現場電纜的數量和接線工作量，減少了對控制系統的空間要求，實現了注聚控制系統小型化要求，并成功的安裝于正壓防爆集裝箱中。

參考文獻：

[1]黃敦華，崔月芬.現場總線PROFIBUS_DP主-從站技術在變頻調速系統中的應用[J].實驗室研究與探索，2015（05）.

[2石靈丹，槐博超.華斌，康樂.基于Profibus-DP的西門子PLC與偉肯變頻器通訊的實現[J].船電技術，2010（10）.

作者簡介：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方面工作。