1 概述
在諸多的總線標準中，各種總線都稱是標準的，但在市場競爭不能劃地為界的行業(yè)或領(lǐng)域，各種總線都互相滲透。例如DeviceNet廣泛應用于汽車、物料搬運和制造加工業(yè)，但在歐洲，Profibus標準也是這些領(lǐng)域的有力競爭者且占據(jù)了絕對的份額。此外，Profibus標準在一些特定行業(yè)的應用也非常廣泛，像Profibus DP在汽車工廠中的應用就是如此。然而，有一個很有趣的現(xiàn)象是，德國的CANopen總線本身也用在汽車行業(yè)。但是，不管怎么看，整個市場基本上可以劃分為過程工業(yè)和制造工業(yè)兩類。
隨著工業(yè)企業(yè)為實現(xiàn)更快捷、高效的生產(chǎn)和運行而不斷地投資，掛在這些不同總線上的智能化裝置正在迅速增加。總線的應用的確能夠給終端用戶企業(yè)帶來生命力和強大的業(yè)務處理能力，但同時也給智能化裝置供應商帶來一個難題：他們必須根據(jù)眾多的總線分別設(shè)計出不同的總線產(chǎn)品，以滿足各種總線的需要；但產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口都是硬件化的，一個產(chǎn)品設(shè)計成多種硬件在制造成本上是不可取的。此外，現(xiàn)場總線中的控制布線是一項很費時間的工作，而且在安裝工程中不太容易成功。這種工作復雜度顯然與今天設(shè)備操作更簡便的趨勢是背道而馳的。系統(tǒng)集成商期盼有一種能夠即插即用（plug & produce）的解決方案，不用再辛苦地查閱供應商提供的厚厚的產(chǎn)品參數(shù)說明書。這其實就是一種對工業(yè)通信柔性化、簡單化的需求。由此，ABB設(shè)計生產(chǎn)一種可以簡單快速連接任何總線系統(tǒng)的產(chǎn)品(FieldBusPlug-FBP)來簡化整個現(xiàn)場總線,如圖1所示。實際上FBP就是總線適配器。
圖 1 現(xiàn)場總線適配器(FBP)
2 FBP系統(tǒng)的功能
FBP系統(tǒng)可以通過任何一種協(xié)議的總線適配器，與通常的自動化系統(tǒng)（PLCs），用一種簡單而有效的方式，把開關(guān)設(shè)備和其它類似的元件連接起來,如電動機保護和控制設(shè)備到傳感器等。這些開關(guān)設(shè)備與所用的總線相互獨立。通過選定的總線電纜（FBP電纜），就可以建立與各類總線適配器的連接。
ABB FBP總線適配器可支持Profibus-DP、CANopen、Modbus-RTU、DeviceNet和AS-i五種總線適配器，這五種總線適配器的外形和連接方式是相同的。為統(tǒng)一的使用和選型提供了方便，如圖2所示，選用DeviceNet總線適配器進行通信。
圖 2 多子站設(shè)備和PLC系統(tǒng)連接圖
3 FBP系統(tǒng)的特點
今天的自動化應用不僅需要智能化的產(chǎn)品，還需要能夠互相通信實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化功能，而總線無疑是當前很多自動化設(shè)備所選擇的通信手段。當走進任何一個制造加工廠、過程企業(yè)或者能源企業(yè)，你不難發(fā)現(xiàn)成百上千的執(zhí)行器和傳感器都通過一根總線與它們的控制器進行通信。
3.1 簡單、靈活的總線系統(tǒng)
一種設(shè)備適用所有總線類型，在產(chǎn)品線內(nèi)的每一種設(shè)備和每一個功能模塊，含有一個中性的總線適配器接口。用選定的總線適配器和電纜接頭和預連接電纜，非常容易建立起可靠的，可塑性強的通訊和連接,如圖3所示。
無須改變通訊接口便可按用戶的需求改變通訊總線，這就是建立在ABB獨有的FBP總線技術(shù)上的靈活選擇。在同一個FBP總線適配器（中性總線接口）上只需改變不同種類總線（總線類型）的FBP總線適配器，便可改變不同的總線協(xié)議。例如Profibus或DeviceNet。而這種改變并不需用戶作任何特殊的設(shè)置，只需要更換為相應的FBP總線適配器和在軟件中作一些簡單的配置，而控制系統(tǒng)對所連接電氣設(shè)備的通訊協(xié)議改變均是自動識別。這為用戶在標準現(xiàn)場總線間的變化帶來了便捷性。ABB公司的AC500系列PLC也可通過FBP適配器作為現(xiàn)場總線的從站運行。
圖 3
3.2 簡化整個現(xiàn)場總線
FBP總線適配器可以簡單快速連接任何總線系統(tǒng)來簡化整個現(xiàn)場總線。ABB公司如今已能夠提供帶有一個具有總線無關(guān)性的接口插件，這就意味著供應商今后不再需要根據(jù)不同目標總線市場重新設(shè)計產(chǎn)品。每種自動化設(shè)備都可以通過相應的總線插件連接到總線上，而一種總線協(xié)議對應有一種總線插件。例如，要將一臺電機起動器連接到DeviceNet總線上，就只需要將DeviceNet 總線插件與一般標準的電機起動器連接即可。
這種現(xiàn)場總線插件能夠滿足所有的電子數(shù)據(jù)傳輸需要，它將所連接的總線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準自動化設(shè)備能夠識別的中立數(shù)據(jù)格式或反之。
ABB公司的電機控制器和電機起動器都帶有一個總線無關(guān)性的FBP接口。所有安裝工程師只需要將已準備好的對應相應總線接口的FBP連接線纜直接掛到現(xiàn)場總線上面。
FBP現(xiàn)場總線插頭可以完成一些特殊的開關(guān)和自動化設(shè)備與過程控制器的連接。插件的設(shè)計也非常簡單，一端是具有通用性質(zhì)的與總線種類無關(guān)的接口，另一端則是符合具體某一種總線標準的接口。緊湊型的接口里面帶有智能化的電子轉(zhuǎn)化裝置，可以將中立設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為AS-i或者DeviceNet等總線能夠理解的語言形式。
4 FBP總線適配器應用于智能電機控制器（UMC）中的硬件配置
為了更好地說明ABB FBP現(xiàn)場總線適配器在智能電機控制器中的靈活應用，我們采用ABB公司的AC500系列可編程控制器及Profibus總線適配器進行說明。
ABB FBP總線適配器在智能電機控制器中的應用一:
圖4 FBP總線適配器在智能電機中的應用
圖4中，自動化控制管理單元(PLCs)采用ABB公司AC500系列PM581作為可編程控制器CPU，在CPU上帶有：LCD顯示屏、一組操作按鍵、一個SD卡的擴展口和兩個集成的串行通訊口，CPU底板集成以太網(wǎng)接口，并保留CS31通訊接口，具有與AC31系列PLC兼容性好等特點。
FBP現(xiàn)場總線適配器：；相關(guān)電纜及附件：及PDR11-FBP.150終端電阻器。PLC通訊主站通過FBP總線適配器與帶中性接口的智能電機控制器UMC22、軟起動器等現(xiàn)場設(shè)備進行簡單而快速的連接,從而實現(xiàn)了從控制層到現(xiàn)場層的無縫連接。FBP總線適配器也廣泛應用于設(shè)備分布比較分散的場合，某些站點之間相距較遠，尤其一些現(xiàn)場站點，相距離超過100米，因此所有網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率都設(shè)為一致，以確保通訊可靠。除了分布式I/O，斷路器和傳感器等站點位于生產(chǎn)現(xiàn)場外，智能電機控制器、變頻器的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分布在馬達控制中心（IMCC）室，這就實現(xiàn)了對電動機的集中控制，統(tǒng)一管理。
FBP總線適配器在智能電機控制器中的使用體會：
(1) 現(xiàn)場總線可以節(jié)省大量費用
從安裝階段來看，只通過一根通訊纜，就實現(xiàn)了對整個網(wǎng)絡(luò)上名站點供電及通訊，相對于點對點的控制方式，節(jié)省大量的電纜、橋架等，不但縮短了安裝時間，而且降低了安裝費用。
從控制上來看，利用網(wǎng)絡(luò)通訊及“軟”I/O方式，節(jié)約了I/O模塊，尤其是模擬量模塊。如對智能電機控制器UMC22或變頻器等工作站，啟動/停止，啟動方式，加速/減速等命令；電壓、電流、溫度、運行時間等參數(shù)，都可從總線網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)。
(2) 設(shè)備故障率大大降低，且診斷方便，排除迅速。
FBP系統(tǒng)由于僅用一條通訊電纜控制整個設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，使設(shè)備故障率大大降低。采用數(shù)據(jù)通訊方式來控制各站，不但極大減少了傳統(tǒng)點對點方式的電纜數(shù)量，也使故障環(huán)節(jié)大大減少，系統(tǒng)穩(wěn)定性進一步提高。
通過FBP系統(tǒng)使電動機的集中控制的形式十分有效，極大方便了設(shè)備故障的診斷。例如當某臺智能電機控制器UMC22發(fā)生故障時，不但可以從中控室看到報警信息，還可以從UMC22的操作面板上獲得報警信息，方便快捷。
工程實踐表明：總線中80%的故障問題出現(xiàn)在總線電纜本身,而FBP系統(tǒng)提供預安裝的帶有金屬接觸的電纜，使因為電纜的問題導致的故障可能性最小化。
(3) 系統(tǒng)監(jiān)控更加方便、智能化。
FBP系統(tǒng)使操作人員更加方便地隨時訪問現(xiàn)場站工作狀態(tài)及調(diào)整控制參數(shù)等。如電機電流、溫度等參數(shù)，以確保電機正常工作。
(4) 即插即用(P&P)的系統(tǒng)擴展。
因FBP采用“手拉手”的連接方式，用戶可根據(jù)需要在任何環(huán)節(jié)擴展插入所需的監(jiān)控對象。
ABB FBP總線適配器在智能電機控制器中的應用二:
圖 5 FBP及PDQ22在智能電機中的應用
圖5中，F(xiàn)BP系統(tǒng)中采用集成Profibus協(xié)議的PDQ22裝置，Profibus和其它現(xiàn)場總線都采用標準RS485方式，每段限制32臺的主/從站數(shù)量,如果需要連接更多的設(shè)備則需要加中繼器。使用PDQ22可以每個連接4臺設(shè)備到Profibus DP總線，但是在總線中作為一個節(jié)點，可節(jié)省總線節(jié)點數(shù)量。具有以下特點：
在一個總線節(jié)點處可使用多達4個FBP適配器；
可靠的系統(tǒng)理念：檢測設(shè)備故障，指示總線和設(shè)備狀態(tài)；
簡單的系統(tǒng)集成：自由訪問連接設(shè)備的參數(shù)、運行和診斷數(shù)據(jù)；集成維護管理。
5 ABB FBP總線適配器應用于智能電機控制器中的軟件配置
在本系統(tǒng)中采用PS501編程軟件，它是以ABB Codesys V2.3編程軟件為開發(fā)環(huán)境，符合ICE61131-3的國際標準，可支持語句表(IL)、梯形圖（LD）、功能塊（FBD）、順序功能圖（SFC）、結(jié)構(gòu)文本（ST）、連續(xù)功能圖（CFC）六種編程語言?？赏瓿葾C500系統(tǒng)的全部設(shè)置，包括所有的現(xiàn)場總線和接口，而且還有全面的診斷功能、報警處理、集成可視化功能和開放的數(shù)據(jù)接口。
圖6 FBP總線適配器在PS501軟件中組態(tài)圖
圖7 UMC22監(jiān)控界面（PS501可視化功能）
6 結(jié)束語
由于FBP的概念并沒有再造出一種總線來，而是將現(xiàn)有的多種現(xiàn)場總線都利用起來，是一個開放的系統(tǒng)，所以FBP能夠適合任何PLC系統(tǒng)。在將自動化設(shè)備連接到現(xiàn)場總線和供電總線的時候，所用的連接器都是已經(jīng)準備好的，可插入的標準產(chǎn)品，因而也無需驚醒線纜的切割、隔離和準備工作。FBP概念的引入把電氣設(shè)備和通訊功能有效地分開，實現(xiàn)了PLC系統(tǒng)與電氣設(shè)備之間的無障礙通訊。電氣工程師再也不需要為通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計而煩惱，甚至可以不用考慮不同DCS供應商所要求的不同的總線接口，而這些都緣于FBP即插即用的總線預制型插頭和豐富的總線類型。
（轉(zhuǎn)載）
