袁媛
（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452）
摘要：变频配电系统是海上钻采平台提高采收率的重要环节。变频控制柜内部包含逆变整流模块、进线电抗器、输出滤波器、断路器等功率器件，同时包含PLC、PROFIBUS-DP通讯卡、CI通讯卡、COM通讯卡、CANOPEN通讯卡等数据采集传输配件。PLC与通讯卡配合，将变频功率模块数据传输到触摸屏、中央控制柜及平台中控系统，使数据依据存储地址有序共享。中央控制系统按照PROFIBUS、TCP/IP或CANOPEN等通讯协议进行数据采集、分析及发送控制命令等工作。因各平台中央控制现场总线的通讯协议不同，控制柜内PLC的型号差异，变频功率模块接口不尽相同，导致变频控制系统工业现场总线的选型工作非常繁琐。本文设计了一种总线选型软件，输入功率模块型号及中央控制系统通讯方式后可自动生成总线选型清单，极大方便了总线选型的工作，提高了选型的准确性。
关键字：PROFIBUS-DP、海洋平台中控系统、C程序开发
一、硬件系统分析
海洋平台潜油电泵变频控制系统依靠现场总线传输方式，、PLC、触摸屏等设备作为控制网络上的一个节点。依据总线传输协议，以内存寻址的方式传输数据。总线可传输井口变频器、中央控制柜的运行状态、参数值、故障信息、维护指令等信号。总线传输方式不需要传统集散控系统的模/数或数/模传转换卡件。电潜泵变频控制系统采用现场总线传输方式，可以几月卡件等硬件器件、节约线缆、节省维护费用。中央控制柜、PLC300/400、PLC SMART200、触摸屏等硬件的总线连接方式见下图。
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图1 电潜泵变频系统总线连接方式
任意一台变频器VFD-N的电能通过变压器后经井口接线箱接入潜油电机，在VFD系统启动前，中央控制柜将读取本台变频器VFD-N的运行状态参数，以确定当前井的电机所对应的变频器是否处于安全准备启动状态。当确认无故障后，VFD-N变频器经总线接收来自中央控制柜计算机发来三维启停指令及控制参数，VFD-N依照设定的数据启动电机，同时实行电机综合保护。中央控制柜的上位机通过CANOPEN、PROFIBUS-DP或TCP/IP协议对整个井口变频系统的运行进行控制。平台人员可以在中央控制柜的WinCC监控画面上进行泵的启动、运行操作、实时监测运行数据，按需要进行停机保护等操作。
由中央控制柜计算机和PLC300/400构成监控系统，通过现场总线经PLC向变频器发送控制指令，监视整个电潜泵变频系统的运行。上位机中的总线还可以接到平台DCS系统中，与DCS系统进行通讯，在平台中控室可以监测到油井的运行状态，如井号、故障信号、电机电压、电机电流、井下温度压力等泵工况数据，可以在中控室实现对变频系统的ESD紧急关断功能。
海洋平台的中央控制柜的总线传输协议不尽相同，变频控制柜的PLC的型号不同，变频模块接口不同，导致变频控制系统工业现场总线的选型工作非常繁琐。
下文研究各类硬件插口的差异，分析各类的传输方式的共性及不同之处。为现场总线选型软件的设计提供依据。
二、设备硬件接口分析
各类现场总线通讯协议的物理层协议不同，因此对电缆进行选型时，首要任务是确定通选端口。
2.1触摸屏接口
变频控制柜常用的触摸屏为威纶通品牌，该触摸屏幕集成了LAN接口及COM1、COM2、COM3端口。COM1端口为9-pin公接头，COM2/COM3端口为9-pin母接头。 PLC与触摸屏进行通常使用以太网LAN端口，因此威纶通触摸屏与PLC SMART 200使用网络端口LAN进行连接。通讯线选择双头RJ45网线。
2.2变频器接口分析
2.2.1施耐德ATV61变频器接口
ATV61变频模块上配备CI卡，CI卡上带有RJ45连接器，用于通过RS485串行链接连接其它设备。CI卡上9路SUB-D公接头，支持连接CANopen总线。
2.2.2国产变频器接口
汇川MD290变频模块，具有 RS485 通讯接口，采用 MODBUS 通讯协议进行的主从通讯。英威腾GD800变频模块，具有 RS485 物理连接形式。
2.3 PLC SMART200接口
PLC SMART200 CPU 模块具PROFINET、RS485等物理连接方式，使用扩展通讯卡可以增加通讯端口的型式及数量。
用PROFIBUS-DP通讯卡将 PLC SMART200 CPU作为DP从站连接到 PROFIBUS-DP网络，模块上的旋转开关可设置 DP 从站地址。通常使用本端口与 PLC300/400进行 PROFIBUS-DP协议 通讯，使上位机监控变频器运行状态。
2.4中央控制柜通讯协议
中央控制柜通讯协议通常包括ICP/IP,DP,CANOPEN三类。各变频模块通过PLC与中央控制柜上位机进行通讯。因此，PLC的接口形式及配线规则应以中央控制柜通讯协议作为参照。
下图为三类中央控制柜通讯方式比较
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图2 中央控制柜通讯方式比较
三、总线选型
根据上文分析的各设备接口，对现场总线进行选型。当中央控制柜选择DP通讯时，施耐德ATV61、GD800、MD290变频模块均需要配备DP01通通讯模块。PLC至变频模块选用DB9-DB25通讯线。PLC至触摸屏选用RJ45-RJ45通讯线。当中央控制柜选择TCP/IP通讯方式时，需配备CM01 MODBUS通讯卡。当中央控制柜选择CANOPEN通讯方式时,需增配MCC-425网管。将各类通选线材选型汇总，统一输入选型程序中，见本文第四部分C程序内。
四、选型程序开发
根据上文分析的通讯线类型，使用C语言设计以下程序。经编译、汇编后形成选型程序文件。双击选型程序，在屏幕录入相应硬件信息，程序会走动输出总线选型清单。
#include<stdio.h>
void main()
｛int a,b;
printf("请输入变频器型号，通讯方式
型号ATV61输入1\MD290输入2\GD800输入3
通选方式DP输入4\TCP/IP输入5\CANOPEN输入6)
scanf（“%d，%d,"&a,&b);
if(a=1)
if(b=4)
printf("1、6ES7288-7DP01通讯模块;2、PLC至变频模块通讯线DB9-DB25;3、PLC至触摸屏通讯线RJ45-RJ45 ");
else if(b=5)
printf("1、CM01 MODBUS通讯卡 ;2、DB-9触摸膜屏通讯线");
else
("输入错误，请重新输入")；
else if(a=2)
if(b=4)
printf("1、6ES7288-7DP01通讯模块;2、PLC至变频模块通讯线DB9-DB25;3、PLC至触摸屏通讯线RJ45-RJ45 ");
else if(b=5)
printf("1、CM01 MODBUS通讯卡 ;2、DB-9触摸膜屏通讯线");
else
("输入错误，请重新输入")；
else if(a=3)
if(b=4)
printf("1、6ES7288-7DP01通讯模块;2、PLC至变频模块通讯线DB9-DB25;3、PLC至触摸屏通讯线RJ45-RJ45 ");
else if(b=6)
printf("1、CM01 MODBUS通讯卡;2、CANOPEN网关\MCC-425;3、触摸屏通讯线\RJ45-RJ45;2、PLC至变频模块通讯线DB-9 ");
else
("输入错误，请重新输入")；
else
("输入错误，请重新输入")；
｝
五、程序测试及结论
经测试本程序可实现总线选型的功能。当输入功率模块型号及中央控制系统通讯方式，可以自动生成总线选型清单，极大方便了总线选型的工作，提高了选型的准确性。目前在多像个项目中推广使用，具有一定的应用前景。
参考文献：
[1]陈静. Profibus现场总线技术在新建电厂中的应用[D].华北电力大学(北京),2016.
[2]赵磊. PROFIBUS-DP现场总线的从站研究[D].江苏科技大学,2015.