一種新型總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)

【摘要】本文首先介紹了CAN總線和Modbus協(xié)議，然后敘述了基于CAN+Modbus的總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)的特點(diǎn)并詳細(xì)討論了如何構(gòu)建新型總線式振打控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)。最后著重給出了總線式振打控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制箱實(shí)現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】CAN總線；Modbus協(xié)議；余熱鍋爐振打；總線式振打控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)

引言

目前，公知的振打控制系統(tǒng)是由PLC（可編程控制器）和現(xiàn)場(chǎng)控制柜（柜中包括：中間繼電器、交流接觸器、熱過載繼電器）組成?，F(xiàn)場(chǎng)控制柜中基本都是機(jī)械型電器設(shè)備，這些設(shè)備在鍋爐周圍的高溫上升氣流沖刷下，經(jīng)常出現(xiàn)各種機(jī)械故障。由于可編程控制器需要24V直流電來對(duì)現(xiàn)場(chǎng)每一個(gè)振打電機(jī)進(jìn)行控制和反饋信號(hào)的采集，這樣在現(xiàn)場(chǎng)控制柜中就造成了強(qiáng)弱電混用的情況，現(xiàn)場(chǎng)維修稍不注意就會(huì)造成重大損失，一般中型鍋爐振打錘的數(shù)量都在100個(gè)左右，這樣就有數(shù)量龐大的電纜分布在現(xiàn)場(chǎng)和控制室，為維修和現(xiàn)場(chǎng)管理帶來不便。熱繼電器對(duì)振打錘電機(jī)的保護(hù)動(dòng)作不精確，受環(huán)境溫度影響較大，容易因熱疲勞而產(chǎn)生偏差，保護(hù)作用較差，在高溫環(huán)境中問題更加嚴(yán)重，大大增加了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。為解決以上問題，本文提出了一種新型總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)，很好的解決了以上問題。

1、CAN+Modbus總線設(shè)備的特點(diǎn)

CAN（Controller Area Network）總線協(xié)議最初是以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的，它是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的串行通信局域網(wǎng)。CAN總線以其高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，而被廣范應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。

Modbus是由Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議，Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

CAN+Modbus設(shè)備是以CAN總線的高可靠性、實(shí)時(shí)性為基礎(chǔ)結(jié)合了Modbus協(xié)議的通用性而研發(fā)的一種新型總線設(shè)備。

2、新型總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

新型總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：采用一根CAN+Modbus總線將所有現(xiàn)場(chǎng)控制箱與邏輯控制器連接起來，電纜用量小、現(xiàn)場(chǎng)采用無觸點(diǎn)方式驅(qū)動(dòng)振打電機(jī)避免了機(jī)械型電器設(shè)備在高溫粉塵環(huán)境易損壞的問題、系統(tǒng)通過電機(jī)的三相電流進(jìn)行精確保護(hù)解決了熱繼電器對(duì)振打電機(jī)的保護(hù)動(dòng)作不精確的缺陷并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。

3、如何構(gòu)建新型總線式振打控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)

振打系統(tǒng)整體是一個(gè)分布式總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，分布于現(xiàn)場(chǎng)的振打控制箱通過CAN現(xiàn)場(chǎng)總線以Modbus協(xié)議方式與控制室內(nèi)PLC（邏輯控制器）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，裝有組態(tài)軟件的工控機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)與PLC互聯(lián)。操作人員通過工業(yè)控制機(jī)上的組態(tài)軟件對(duì)整個(gè)振打控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置、啟動(dòng)、停止、故障查看等操作。PLC主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振打控制箱的分組、分時(shí)、啟停、復(fù)位等控制，并將振打控制箱檢測(cè)到的三相電流值、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、電流記錄等各種信號(hào)反饋到組態(tài)軟件界面上。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)最大可帶60個(gè)振打現(xiàn)場(chǎng)控制箱，每個(gè)振打現(xiàn)場(chǎng)控制箱可控制4路振打電機(jī)共計(jì)240個(gè)振打電機(jī)。系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖

4、總線式振打控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制箱實(shí)現(xiàn)方法

現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)主要由振打保護(hù)和控制器（T1、P1、P2、P3、P4）、振打電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（D1、D2、D3、D4）組成。其中T1為通訊模塊，P1～P4為保護(hù)和驅(qū)動(dòng)模塊，T1通過I2C總線與P1～P4進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、通過CAN總線與PLC進(jìn)行通訊。T1實(shí)現(xiàn)了Modbus協(xié)議的讀位、寫位、讀寄存器、寫寄存器等命令，并實(shí)現(xiàn)了4個(gè)保護(hù)控制板的內(nèi)存映射。PLC通過Modbus協(xié)議的這些命令來完成對(duì)保護(hù)和控制器的控制端口、配置參數(shù)、模擬量值的讀寫操作。振打保護(hù)和控制器通過集成在板上的精密霍爾電流傳感器對(duì)振打電機(jī)的三相電流進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)讀取電流的計(jì)算和比較來判斷電機(jī)的過流，缺相，三相不平衡等故障，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)立即關(guān)閉控制端口，以完成對(duì)電機(jī)的精確即時(shí)保護(hù)，并記錄下故障時(shí)的三相電流值以備維修時(shí)故障分析。振打電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分由4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用大功率雙向可控硅作為功率元件，通過光電耦合器控制雙向可控硅的打開與關(guān)閉來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并對(duì)高低壓電進(jìn)行隔離。圖2為總線式振打控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制箱的配電系統(tǒng)圖。

新型總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)已在現(xiàn)場(chǎng)良好的運(yùn)轉(zhuǎn)多年。足以證明其設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠，并得到了現(xiàn)場(chǎng)的使用和維護(hù)人員的一致肯定。