随着现代工业的高速发展,多电机交流控制系统已经被广泛地应用于造纸、化工、钢铁、食品等工业领域,而且形成了各自独特的变频器控制系统。在实际运行中,这样的控制系统具有可靠性强、抗干扰率高,但相应的维护费用却随着时日的推移而越来越高。比如,某类型的变频器采用其独特的通讯协议和通讯接口,一旦通讯故障所造成的通讯接口板烧毁将直接导致系统的崩溃,除非购买该型号的通讯接口;同样如果该变频器由于烧毁,亦需要购买同型号的变频器;另外,系统要升级换代,必须全面更换所有变频器。如此一来,采购费用巨大、备品库存积压等现象将不可避免地存在。
随着工业生产自动化程度的提高和生产规模的扩大,各种生产输送线的长度和输送功率不断增加。当输送线长度增加到一定程度时,采用单电机驱动就难以满足生产的要求,必须采用多电机同步驱动方式。在多电机同步驱动系统中,特别是各传动电机之间存在一定物理连接的系统中,实践证明,通过反馈调节改变控制量,能使控制电机的转速稳定在给定范围内。但在多电机同步调速系统中,由于各同步电机之间存在严重的耦合作用,某一传动电机转速的偏离往往与传输线上其它电机的转速密切相关,这时若按常规负反馈方法对这一电机施加调节,将可能导致该电机的转速偏离更加严重,最后造成整个传动系统不能正常工作。因而对多电机同步驱动系统,如何实现传动电机的高精度速度同步调速控制,是一个急待解决的实际工程问题。
1.现场总线Profibus
现场总线Profibus,即Processfieldbus,它自1984年开始研制现场总线产品,经过十多年的开发、生产和应用,Profibus已成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。目前PNO(Profibus用户组织)已拥有600多个成员,生产近千种产品。Profibus产品在欧洲市场占有率大于40%,广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。
Profibus以ISO7498为基础,以开放式系统互联网络(OSI,Opensysteminterconnection)作为参考模型,定义了物理传输特性,总线存取协议和应用功能。Profibus-DP,Profibus-PA和Profibus-FMS构成了Profibus家族。其中Profibus-DP(DecentralizedPeriphery)是一种高速和便宜的通信连接,它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用。使用Profibus-DP模块可取代24伏或4~20毫安的串联式信号传输。直接数据链路映像(DDLM)提供的用户接口,使得对数据链路层的存取变得简单方便,传输可使用RS-485传输技术或光纤媒体。本文介绍的就是DP部分。
标准现场总线ProfibusDP的硬件由主设备、从设备、网络网路等三部分组成。其中主设备用以控制总线上的数据传输,且在没有提供外部请求时发送信息和被授权可访问总线;从设备是相对于主设备而言较为简单的外部设备,且未被授权访问总线;网络网路如传输介质和网络链接器,前者如屏蔽双绞电缆构成电气网络、用塑料或玻璃纤维光缆构成的光纤网络、或是基于两种媒介之间由OLM转换的混合网络,后者如RS485总线连接器、RS485总线终端、RS485中继器、光链路模块OLM等。
在多电机交流控制系统中,存在着电机控制点、各交流变频器分布线长而且分散的特点,采用现场总线技术可以在控制室内和现场操作台各装设分布式I/O模块,联成总线网络,以数字方式来进行控制数据的串行传输,这样一来,控制系统将具有更佳的抗干扰能力,所提供给变频器的参考值亦比较精确。