基于Profibus的海上油田注聚控制系统设计与应用

谢祥恩+邹万勤

摘 要：本文介绍了基于Profibus-DP 总线的海上石油平台注聚控制系统。该系统以组态王为上位机，S7-300为主站，8台变频器为从站，通过Profibus-DP总线控制多台ABB ACS800变频器。

关键词：Profibus-DP通讯；西门子PLC；ABB变频器

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

海上石油平台注聚控制系统位于一个具有正压防爆功能的集装箱内，是一个中型的PLC控制系统，采用西门子S7-300 315-2DP作为中央控制单元。有8台变频器，每个变频器有启停控制、频率给定、运行状态、运行频率等4个控制运行信号，如果采用常规的方式PLC+硬线控制，则需要8个DI、8个DO、8个AI、8个AO， PLC需增加扩展模块DI一块、DO一块、AI一块、AO两块、IM365一块，还需要增加输出继电器、输入继电器、线槽空间等。导致控制系统占用空间增加，集装箱布置不下、布线系统复杂，、故障率高等一系列问题。而采用PROFIBUS总线控制方式可以规避以上问题。

1 PROFIBUS总线简介

常用的Profibus-DP 是总线技术应用的一种，基本特征是：全部设备均与总线连接，每个分段上最多可接32 个站（主站或从站），每段的总线终端电阻确保操作运行不发生误差，两个总线终端电阻必须一直有电源；采用拓朴结构，保证在运行期间，接入或断开一个或多个站时，不会影响其它站的工作。

2 系统的设计

2.1 硬件设计

上位机软件：组态王，与下位机MPI通讯。

主站：西门子315-2DP一个，带两个通讯口，一个口是MPI，与上位机进行通讯。一个口为DP通讯。

从站：ABB ACS800变频器 8台，由于ACS800变频器不带DP通讯，每个变频器需要增加ABB RPBA01 DP适配器模块。

总线连接器：9个。

2.2 西门子S7-300概述

S7-300 PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-300的标准轨道上。此项目使用的是CPU315-2DP，有两个通讯接口。

2.3 ACS800变频器及参数设置

ACS800变频器与CPU S7-300通过现场总线连接成网络后，除了在STEP7软件进行硬件组态、编写控制程序以外，在变频器上也要进行适当的参数设置。除了常用的参数外，还需要进行通讯参数的设置。其中99组参数为电机参数，按照铭牌数据进行设置。PROFIBUS-DP通讯需要设置的参数。

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 硬件组态

运行STEP7软件包，进行S7-300硬件组态，首先对计算机参数做相应设置，如通信端口设定，波特率设定、MPI地址设定，然后通过MPI端口对S7-300进行硬件组态，新建一机架，在机架上配置电源，CPU、AI模块，其中在CPU中设定MPI地址为2，DP主站地址为2。然后对变频器进行组态，步骤如下：

（1）安装ABB变频器GSD文件 ABB_0812.GSD；

（2）在系统PROFIBUS-DP硬件配置的中添加从站ABB Drives RPBA-01 站號为3、4、5、6、7、8、9、10（或其它地址号）。

（3）插入PPO Type Module为4；

最后编译无误后，下载到PLC确认。

4 软件组态

通过硬件的组态，主站对从站的输出区（OUTPUT）的数据结构为：Output的第一个字是用于ABB传动通信协议的控制字CW；Output的第二个字是变频器的给定值REF1；控制字为16位，16#47E表示变频器准备合闸，16#47F表示变频器开始运行。频率值为0-50HZ，需要按比例转换成0-20000的对应值，并送入对应的PIW值。主站对从站的输入区（INPUT）的数据结构为：Input的第一个字是用于ABB传动通信协议的状态字SW；Input的第二个字是变频器的实际值ACT1（由ACS800参数92.02决定）； 返回的状态字内容可以根据状态字表进行查询，常见的状态有准备运行，运行、报警、跳闸等。反馈回的变频器速度值是0-20000，需要按比例转换成0-50HZ的频率值进行显示。

5 调试

在step7软件中，硬件配置完成后，编译并下载到CPU300之中，在线诊断各个从站的状态。有出现变频器从站不在线的情况。需要从以下几个方面进行检查：

（1）终端的总线连接器终端电阻是否处于On状态和带电，中间的总线连接器终端电阻是否处于OFF状态。（2）终端的总线连接器进线必须从进线孔处进入。（3）DP地址设置是否与配置的一致，是否有重复地址。（4）因为变频器的谐波干扰比较严重，保证屏蔽线接地良好。

所有变频器都在线后，在组态王运行界面中，点击运行、停止，输入频率，观察变频器的工作是否与命令一致，反馈的状态是否与变频器的状态一致。经过调试，实现了PLC与多台变频器的通讯，PLC和变频器都运行正常。

6 结论

将Profibus-DP通讯技术用于海上注聚控制系统，实现了对多台ACS800变频器的控制，改变了传统I/O方式，减少了现场电缆的数量和接线工作量，减少了对控制系统的空间要求，实现了注聚控制系统小型化要求，并成功的安装于正压防爆集装箱中。

参考文献：

[1]黄敦华，崔月芬.现场总线PROFIBUS_DP主-从站技术在变频调速系统中的应用[J].实验室研究与探索，2015（05）.

[2石灵丹，槐博超.华斌，康乐.基于Profibus-DP的西门子PLC与伟肯变频器通讯的实现[J].船电技术，2010（10）.

作者简介：谢祥恩（1975-），男，本科，工程师，主要从事海洋石油油气水装备研发方面工作。