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)的特點并詳細討論了如何構建新型總線式振打控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡。最后著重給出了總線式振打控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制箱實現(xiàn)方法。

【關鍵詞】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

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)場控制柜中基本都是機械型電器設備，這些設備在鍋爐周圍的高溫上升氣流沖刷下，經(jīng)常出現(xiàn)各種機械故障。由于可編程控制器需要24V直流電來對現(xiàn)場每一個振打電機進行控制和反饋信號的采集，這樣在現(xiàn)場控制柜中就造成了強弱電混用的情況，現(xiàn)場維修稍不注意就會造成重大損失，一般中型鍋爐振打錘的數(shù)量都在100個左右，這樣就有數(shù)量龐大的電纜分布在現(xiàn)場和控制室，為維修和現(xiàn)場管理帶來不便。熱繼電器對振打錘電機的保護動作不精確，受環(huán)境溫度影響較大，容易因熱疲勞而產(chǎn)生偏差，保護作用較差，在高溫環(huán)境中問題更加嚴重，大大增加了維修人員的勞動強度。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總線設備的特點

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BOSCH公司開發(fā)的，它是一種支持分布式實時控制系統(tǒng)的串行通信局域網(wǎng)。CAN總線以其高可靠性、實時性等優(yōu)點，而被廣范應用于工業(yè)控制領域。

Modbus是由Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議，Modbus協(xié)議是應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（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。

CAN+Modbus設備是以CAN總線的高可靠性、實時性為基礎結合了Modbus協(xié)議的通用性而研發(fā)的一種新型總線設備。

2、新型總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)的特點

新型總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)的特點是：采用一根CAN+Modbus總線將所有現(xiàn)場控制箱與邏輯控制器連接起來，電纜用量小、現(xiàn)場采用無觸點方式驅動振打電機避免了機械型電器設備在高溫粉塵環(huán)境易損壞的問題、系統(tǒng)通過電機的三相電流進行精確保護解決了熱繼電器對振打電機的保護動作不精確的缺陷并且結構簡單、維護方便。

3、如何構建新型總線式振打控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡

振打系統(tǒng)整體是一個分布式總線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，分布于現(xiàn)場的振打控制箱通過CAN現(xiàn)場總線以Modbus協(xié)議方式與控制室內PLC（邏輯控制器）進行數(shù)據(jù)交換，裝有組態(tài)軟件的工控機通過工業(yè)以太網(wǎng)與PLC互聯(lián)。操作人員通過工業(yè)控制機上的組態(tài)軟件對整個振打控制系統(tǒng)進行設置、啟動、停止、故障查看等操作。PLC主要完成對現(xiàn)場振打控制箱的分組、分時、啟停、復位等控制，并將振打控制箱檢測到的三相電流值、運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、電流記錄等各種信號反饋到組態(tài)軟件界面上。每個網(wǎng)絡最大可帶60個振打現(xiàn)場控制箱，每個振打現(xiàn)場控制箱可控制4路振打電機共計240個振打電機。系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡結構如圖

4、總線式振打控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制箱實現(xiàn)方法

現(xiàn)場控制箱內主要由振打保護和控制器（T1、P1、P2、P3、P4）、振打電機驅動器（D1、D2、D3、D4）組成。其中T1為通訊模塊，P1～P4為保護和驅動模塊，T1通過I2C總線與P1～P4進行數(shù)據(jù)交換、通過CAN總線與PLC進行通訊。T1實現(xiàn)了Modbus協(xié)議的讀位、寫位、讀寄存器、寫寄存器等命令，并實現(xiàn)了4個保護控制板的內存映射。PLC通過Modbus協(xié)議的這些命令來完成對保護和控制器的控制端口、配置參數(shù)、模擬量值的讀寫操作。振打保護和控制器通過集成在板上的精密霍爾電流傳感器對振打電機的三相電流進行檢測，通過對讀取電流的計算和比較來判斷電機的過流，缺相，三相不平衡等故障，當有故障發(fā)生時立即關閉控制端口，以完成對電機的精確即時保護，并記錄下故障時的三相電流值以備維修時故障分析。振打電機驅動部分由4個電機驅動器組成，電機驅動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閉來驅動電機，并對高低壓電進行隔離。圖2為總線式振打控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制箱的配電系統(tǒng)圖。

新型總線式余熱鍋爐振打控制系統(tǒng)已在現(xiàn)場良好的運轉多年。足以證明其設計合理、運行可靠，并得到了現(xiàn)場的使用和維護人員的一致肯定。