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1、现场总线网络控制在ABB DCS中的应用来源：华强-解决方案 发布时间：2010-11-15 09:42 评论：0条 阅读：38次 窗体顶端窗体底端abb dcs是瑞士asea brown boveri公司（简称abb公司）设计开发的集散控制系统,它适用范围广泛，既可应用于离散制造业，如:机床、汽车、飞机制造等工业,更可应用于大中小型连续性生产的流程工业，如:石油、化工、火电机组、炼钢、建材等工业。abb dcs系统从硬件设计到软件设计，通信都采用国际标准。abb dcs的软件编程语言ampl（asea master piece language）是控制系统的一种编程模式,本文介绍abb dc
2、s的体系结构及其现场总线网络。2 abb dcs分布式工业控制计算机系统体系结构abb dcs集散控制系统采用先进的微处理器（33mhz的motorola 68020和33mhz的intel80386、80486芯片）、crt图形显示技术、高速安全通信技术和现代控制理论,形成了以现场控制站（mp200、ac410、ac450系列和本地、远程i/o系列）、操作员站（as500 系列）、工程师站（master aid系列）、信息管理系统站（advant station系列）、计算机和网络接口站（master gate 系列）、计算机网络（master bus系列）和其它计算机通信设备为基础的,物理
3、位置分散、系统功能分散、控制功能分散以及操作显示管理集中的过程控制、过程决策管理的大型智能网络。abb dcs的通信网络结构分三层:（网络结构如图1所示）。图1 网络结构图3 信息管理网络层可下联9个控制网络,网络由类型为mb300的总线组成,总线传输速率达10mbps。4 控制网络层控制网络层由9个类型为mb300的总线组成。一个控制网络可包括99个站（包括在局部控制网络中的站）。在控制网络中的每个mp200/1或ac450站都可下联一个局部控制网络。一个局部控制网络可包括9个类型为mb300的总线。mb300是一个高性能、串行、同步、半双工的大数据量高速总线。它采用ieee 802.2逻辑
4、链路控制（llc）协议和ieee 802.3带冲突检测的载波帧听多路存取（csma/cd）的介质存取控制（mac）协议,属于ethernet型局域网,总线可带载45个节点。在不使用中继器时,最大通讯节点距离为500m;使用3个同轴段、4个中继器和2个点对点链路时最大通讯节点距离为2500m,总线传输速率为10mbps。mb300通过每一个结点实现对上位机的联接以及与mp200等plc系统的通信。它一般遵循543规则，即由5段组成，4个中继器（repeater）联接，其中3段可以挂接设备，必须注意的是，只有在电缆的标记处方可通过收发器（tranceiver）挂接设备，不同的设备联结又采用不同的联
5、结电缆，如到pu510操作站用tk526电缆，而到控制站则选用tk576电缆。tranceiver 只能安装在主干电缆段上的2.5米标志处，在两个线接头间同轴电缆段上的tranceiver 间距应为25米的整数倍，其联接方式如图2所示:图2 mb300网络连接图t1、t2为终端电阻，其中只要一端接地，终端电阻为50欧姆，mb300总线为同轴电缆，具体又分为粗缆、细缆和光缆，作用各不相同，敷设同轴电缆时，需注意与其它信号电缆的隔离，如距离信号电缆30cm以外，距离380v低压电缆50cm以外，距离高压电缆5m以外。mb300总线选用cs513接口卡，上面的3个s1、s2、s3分别用于对网络号、节
6、点号、协议号的设置，其中的s1低四位用于设置主/从站的选择，高四位用于设置协议号，s2用于设置节点号，s3用于设置网络号。当需要修改或通过故障信息找出故障原因，可以进入工程师站进行数据修改或通过故障代码知道mb300总线的故障所在。了解影响mb300的通讯因素，针对这些因素逐一分析。5 现场总线网络层5.1 mfb（master field bus）总线mfb总线属于现场局域网总线，它联系于mp200、mp90、s400i/o、opc（小型控制站）及传动系统之间。 mfb通讯总线采用同轴电缆、双绞线，它联接ci520/ci525/ci526通讯接口模块与dstc452 modem ，每根双绞线
7、线端必须隔离开，其中一个端头的屏蔽层必须接地，mfb的通讯速率为375kb/s，其电阻为75欧姆，其硬件配置图如图3所示。mfb的相关系统信息从工程师站获得，大体顺序为时间、信息型号、代码、任务号、顺序号、数据，主要它表现有以下几种状态。代码20 :cpu通信接口接触丢失代码21 :fatal硬件故障代码39 :device/station ok代码72 :device/station 地址ok代码120 :过程故障代码-1 :执行错误代码-4 :系统错误代码-5 :小系统站点错误代码-6 :通讯故障代码-9 :灾难性总线故障代码-10 :冗余电缆中断图3 硬件配置图5.2 af100（adv
8、ant field）/mb90（master bus）总线af100/mb90的目的是提供在多个apc站点之间或在apc站点与abb工业系统设备之间的通讯，mb90支持两个不同类型的通讯、数据处理和信息发送，数据集是动态的数据，用来监视和控制某个处理过程，这个过程是服务信息用作参数化法，程序安装、诊断。af100/mb90是一个高性能的区域总线，能够最多连接79个apc站点。mb90最长可达300米，而如果装备了适当的信号电缆和信号中继器，并且在单个传动设备之间长距离的配置是可用的，最长可达2000米。总线的技术特点（1） 通讯速率1.5mbit/s（2） 衰减总线长度300m，增殖延迟200
9、0m（3） 电报长度2,4,6,8，32字节的用户数据（4） 识别编码（电报编码）范围4000（5） 周期时间2,4,8,16,32,64,1282048或4096msaf100/mb90依靠一个集中的总线管理器，总线管理器功能是比较复杂的，要求也较多，例如:apc站点不能用作总线管理器，它们不包含总线管理器的功能。为使通过af100/mb90的apc之间的如何通讯变为可能，每个解决方案（独立和嵌入）都可用来安排af100/mb90的总线主机，当apc开始执行它们的应用程序，总线主机必须是可操作的，否则，当本地配置的数据集在规定时间限制内没有被总线管理器确认，在apc支内的数据集功能块将进入错
10、误状态。，如果系统只有apc站点，没有masterpiece与mb90或ac450与af100相连，应安装一个独立的总线管理器。abb dcs与传动系统（如acv700dcv700）的通讯是依靠图4所示drrtra（drive transmit）元素和drrec（drive reciver）元素来实现的。图4 通讯元素drrtra（drive transmit）元素用来传给abb传动控制器给定的数据集和选择传动信号的控制字和命令字信号的定义在应用传动软件说明给出。drrtr元素能产生由传动通讯协议支持的周期信息的不同类型，发送信号的目的地由传动信号选择，drrtr元素也可以写参数，在正常阶段，
11、drrtr的过载可以被检测出来。drrec（drive reciver）元素用来接收来自abb传动控制器的信号和控制字值这些信号的定义在应用传动软件说明给出。drrec元素只是用传动连接协议支持的周期信息，接收数据源是通过元素输入参数确定传动信号和信号索引来选择的。drrec元素也能够访问参数，当配置阶段drrec的过载可以被检测到。6 结束语信息站、操作员站、mb300总线、af100（mb90）总线与控制站的相互联接，则具体形成了的abb网络控制系统，系统投入运行以来，工作稳定可靠，大大减少了原控制系统的现场布线，增加了系统的稳定性与可靠性，值得推广应用。现场总线技术在变电站自动化系统中的
12、典型应用作者: 2010-5-20 18:56:41 (阅467次)所属频道: 关键词: 【摘 要】 变电站自动化系统正朝着分散化、网络化的方向发展。变电站的环境特殊，需要一种可靠、实时性强、容易操作的通信网将上层的管理网和前端的测控网连接起来。主要用于低层设备通信的现场总线完全可以适用于这种场合。运用现场总线代替传统的串行通信，不仅能从根本上改善变电站自动化系统的性能，而且使系统可靠、灵活、易于扩展。文中介绍了现场总线概念、特点和现场总线在变电站自动化系统中的优越性以及几种典型的现场总线的介绍。【关键词】 变电站自动化 现场总线 FCS DCS 网络节点 IED设备 高速数据通信网0 引言变
13、电站自动化系统是在计算机技术和网络通信技术技术基础上发展起来的。纵观变电站自动化系统发展的历程，大致可分为三个阶段: 90年代初期开始出现“集中式”结构的变电站自动化产品; 90年代中期“分层分布式”系统走向市场; 目前则是“分散分布式”系统的天下13 。但是目前无论是国内还是国外的分散分布式变电站自动化系统，其各部件之间绝大部分采用串行通信方式（RS232, RS485, RS422总线等）4 。串行通信传输速率慢，易受干扰，通信距离受限制而且通信方式不灵活，故无法满足大量实时数据传输的要求。现场总线既是一个开放的通信网络，又是一种全分布的控制系统，它作为智能设备（IED）的联系纽带，把挂在
14、总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能5 。应用网络方式，特别是现场总线技术来解决变电站自动化系统的通信问题已成为发展的趋势。1 现场总线的概念现场总线 (Fieldbus)是 80年代末、 90年代初国际上发展形成的 ,用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础 ,沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络 ,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、
15、数字通讯等技术为主要内容的综合技术 ,已经受到世界范围的关注 ,成为自动化技术发展的热点 ,并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。电力系统作为历来自动化程度最高的生产部门当然的成为了应用现场总线的前沿阵地，尤其是在变电站自动化系统中应用更为广泛和深入。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层 ,作为工厂设备级基础通讯网络 ,要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点 ; 具有一定的时间确定性和较高的实时性要求 ; 还具有网络负载稳定 ,多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点 ,现场总线系统从网络结构到通讯技术 ,都具有不同上层高速数据通信网的特色。一般把现场总线系统称为第五代控制系统 ,也称作FCS现场总线控制系统。人们一般把 50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代 ,把 4 20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代 ,把数字计算机集中式控制系统称为第三代 ,而把 70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统 ,一方面 ,突破了DSC系统采用通信专用网络的局限 ,采用了基于公开化、标准化的解决方案 ,克服了封
