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1 引 言 控制網絡的出現，導致了傳統控制系統結構的深刻變革，信息技術的飛速發展，使得控制系統逐步演化成全分布式的網絡集成式控制系統，即現場總線控制系統(FCS)。PROFIBUS-DP總線技術是FCS中的新技術，將PROFI-BUS-DP總線技術運用于電力電子技術產品正是順應這一形勢發展的新潮流。本文介紹了PROFIBUS-DP總線中中高壓電動機固態軟起動器的實現和應用，將中高壓固態軟起動器開發成PROFIBUS-DP總線中的一個智能從站，徹底解決了傳統中高壓固態軟起動器單獨控制中高壓電動機，其信息不能反饋到上位機，而構成"信息孤島"的現狀。 2 PROFIBUS-DP技術簡介 PROFIBUS-DP是PROFIBUS(FMS，DP，PA)3部分組成中的重要部分，PROFIBUS協議基礎為ISO/OSI的網絡參考模型。在PROFIBUS-DP中沒有第3層至第7層，直接數據鏈路映像(DDLM)為用戶接口提供第2層功能映像。物理層(第1層)采用EIARS-485雙絞線或光纜，連接器采用按RS 485標準制定的9針D型插座。數據鏈路層(第2層)提供了介質存取控制功能，數據的完整性檢查以及傳輸執行的協議稱為FDL，采用混合介質存取協議，對應于DIN(E)19245，支持單主或多主系統、主或從設備。PROFIBUS-DP中主站間采用令牌環方式和從站間的主一從方式。主站的令牌方式使得得到令牌的站點可在一個事先規定的時間段內獲得總線控制權，主站與從站之間的數據交換，要求盡可能快并且擁有總線控制權時可以與從站通信，每一個主站均可向從站發送及索取信息。這種組態提供了最短的總線周期，系統的開放性好，第三方的系統也能連到PROFIBUS-DP現場總線，可進行模塊化擴展，能適合各種生產設備的規模和要求，保證了高的靈活性。PROFIBUS-DP的綜合診斷功能能夠對故障快速定位，總線上從站的故障不影響其他站的數據通信量，在操作期間，I/O站和其他現場器件可以被激活或禁活。本文的中高壓固態軟起動器為PROFIBUS-DP總線中的一個智能從站。 3 中高壓軟起動器簡介 中高壓電動機固態軟起動裝置中，弱電部分采用DSP作為控制芯片、單片機作為管理芯片、SPC3作為通信芯片；高壓部分由幾組串/并聯的可控硅、真空接觸器、電壓互感器和電流互感器構成。其中DSP中產生的PWM觸發脈沖經光纖通過儲能管和短路變壓器實現高壓側脈沖變壓器對晶閘管的觸發；為了確保每相中多組(一對反并聯可控硅串聯)可控硅分壓均衡，每組可控硅并聯一組動、靜態均壓板。軟起動器起動時，控制器DSP控制真空接觸器接通，通過控制可控硅的導通角，使電機按-定的斜率逐漸增加電壓，平穩起動；當達到額定轉速時加上全電壓，同時旁路真空接觸器接通，然后關閉可控硅觸發信號停止可控硅供電。電機起動完畢。之后，軟起動器繼續監視電機的運行狀態，并提供多種故障保護。其適用對象主要是鼠籠式異步中高壓電動機的起動、運行和停止的控制與保護。其負載主要為風機、離心泵、空氣壓縮機、皮帶輸送機、破碎機、攪拌機等。軟起動器的起動、運行、停止均可通過PROFIBUS-DP總線由上位機控制和顯示，在PROFIBUS-DP總線中，中高壓固態軟起動器作為一個智能從站參入系統組態。 4 系統硬件的配置 QB-H系列中高壓軟起動器將晶閘管、DSP、PROFI-BUS-DP總線有機地聯系起來。 具體分析：P89C52通過UART口與TMS320F2407芯片進行控制、顯示信號的通信，同時與SPC3芯片的P0口進行通信和讀寫DG-2064顯示模塊。SPC3芯片中使用Intel模式和同步模式，因其內部有地址解碼電路，故不要外部地址鎖存器，SPC3的AB0～AB4與P89C52的P2口相連，其中AB4與P2.7相連避免了與P89C52內的RAM沖突。P89C52的P1.6，P1.7對SPC3和DG2064進行片選。為防止程序跑飛而采用7705芯片作為看門狗。SPC3通過光耦、RS 485總線驅動構成PROFIBUS-DP頭。 5 系統軟件設計 由于PROFIBUS-DP的通信協議由SPC3芯片完成，系統程序主要包括SPC3初始化程序、中斷程序、具體狀態的顯示程序與DSP的通信程序。 SPC3初始化程序主要包括：設置SPC3允許的中斷、從站地址識別號、方式寄存器、診斷緩沖區、參數緩沖區、配置緩沖區、地址緩沖區，PRM報文、CFG報文、SSA報文、初始化數據長度、初始化用戶數據長度，設定輸入、輸出緩沖區指針、診斷緩沖區指針、CFG緩沖區指針、PRM緩沖區指針等。 與SPC3通信的程序全部用中斷實現，這種方式對實時通信要求較高的系統比較實用。 6 應用分析 在中高壓軟起動器的DP頭的開發過程中，硬件設計上由于控制量多、運算速度快、實時性強，故使用TMS320F2407作為控制芯片，P89C52單片機作為管理芯片，SPC3作為PROFIBUS-DP協議轉化芯片，運用雙CPU(DSP、P89C52)將控制與管理分開，提高了系統的穩定性和可靠性；在軟件設計上，考慮到系統通信的實時性要求較高，故與SPC3通信有關的程序全部用中斷實現。 在長沙奧托技術開發中心，利用PLC作為主站、PC機(監控軟件為winCC)作為監控機、中高壓電動機固態軟起動器作為從站，電機型號為增安型無刷勵磁同步電動機(電壓6 000 V、電流445.5 A、容量4 000 kW、轉速300 r/min))，勵磁機(電壓181 V、電流192 A、容量60 kVA、轉速300 r/min)；通過PROFIBUS-DP總線，在WinCC監控界面得到了中高壓電動機軟起動(負載為空載)過程中電動機的電流的波形。 實際使用表明，該系統運行良好，實時性控制強，PROFIBUS-DP通信快速、穩定、可靠。 |
