ABB AC450系统

ABB AC450控制系统
--------满建江2012-12-19
一、AC450 概括说明
高级控制器AC450是一款高终端、高性能的过程控制器。

它的高的过程处理能力和灵活的通讯接口，使AC450控制器成为工业控制应用中的的理想选择。

此款控制器可以进行冗余配置，使得具有更高的可靠性。

产品特点：
·逻辑和顺序控制
·数据和文本处理
·运算处理，报表和定位功能
·调节控制功能包含模糊控制，高级PID和自整定控制
·硬件和软件具有灵活的扩展性
·基于FB+的系统总线具有完全模块化的控制器机架
·当控制器满负荷工作时，自动配置功能使得额外增加的单元成为可能
·可以扩展到最多5700个模拟和数字I/O点
·支持现场和本地的人机界面操作，事件和报警处理，趋势显示功能等
·具有很强的总线扩展能力
·在Advent Fieldbus100 支持冗余总线通讯
·Advent Fieldbus100 总线的最大长度可达13300米
二、功能描述
2.1控制器介绍
控制器模块，具有8或16Mbyte的动态RAM，内存中含有正在应用的系统程序和控制器系统配置和应用程序。

微控制器是Motorola 68040，运行在25MHz。

系统程序备份在flash PROM 中，当系统启动时会装载在RAM中。

实际上标准的系统程序存储在一个程序卡中，此程序卡安装在MB100板上。

应用程序可以通过工程师站重新加载或则通过一个FLASH卡。

RAM的数据保存可以通过SB510或SB511电源单元。

CPU前面板上有4种工作模式分别为 1.清除内存2.停止3.自动启动4.离线
2.2过程控制
过程控制语言AMPL是以图形显示的功能块语言，我们将所建立的块叫做过程控制单元（PC elements）。

系统本身含有从简单到复杂的标准的功能块，除此之外，用户可以自定义功能块。

过程分布式I/O模块支持S100I/O和S800I/O 。

经光纤可以使S100I/O扩展的长度达500米，S800I/O同AC450的通讯通过Advent Fieldbus100总线进行。

数字量输入的时间标记可以在控制器的系统软件记录。

数字量产生时间标记是高精度的。

AC450可以通过装配相关的功能卡件和通讯卡件完成脉冲定位（DSDP140A卡），脉冲计数，马达控制（CI572 LON BUS），变频器和直流传动的控制（Advent Fieldbus100总线）等。

例如驱动控制可以通过Advent Fieldbus100总线连接ACS600，DCS600和DCS500B驱动器，每个通讯节点通过S800I/O现场通讯最多可连接24个驱动器，一系列的控制单元用于数据的收发。

其大致配置如下：
图1 AC400系统驱动器控制配置图
2.3通讯
AC450具有很强的通讯扩展性，其中Advent Fieldbus100支持冗余功能。

其支持通讯协议如下：
控制网络
·Masterbus 300总线
·Masterbud 300E总线
现场总线：
·Advent Fieldbus100
·Profibus-DP
·RCOM/RCOM+
·Master fieldbus
·LonWorks Network Interface
扩展的通讯协议
·FXCOM
多厂商的接口
-modbus(CI532V02模块)
-modbus(CI534V02模块)
西门子3964R（CI532V03模块)
-AB的DF1（CI534V04模块)
-自由口协议（CI535模块)
-自由口协议（CI538模块)
·GCOM
·HART
远程控制或SPA总线
·RCS协议RP570/RP570主站
·RTU协议RP570从站
·RTU协议IEC870-5-101不均衡的辅站
·SPA总线服务协议
2.4其他介绍
本地操作员站Masterview 320可以显示用户定的过程数据，可通过键盘输入数据，显示AC450控制器应用程序产生的事件列表。

三、软件成分
AC450包含基本的程序块和可选择的程序块，基本功能块都在DC07-BAS41块中。

用户可根据实际进行选择相应的程序块。

在一个常规的过程控制项目中有以下设备：
热电偶，热电阻，温度变送器，流量计，风机，截止阀，调节阀，搅拌器，加热器和分析仪表。

程序模块将需要基本程序块DC07-BAS41进行基本的逻辑控制和数值转换，将需要选择功能块QC07-LIB42来进行高级的PID闭环控制调节。

将需要本地操作员站Masterview 320进行操作和控制，同时需要QC07-LOS41程序块支持相关功能。

四、硬件成分
AC450硬件组成主要有，控制器机架，控制器，程序卡，通讯子模块，系统单元（电压调节器和监控单元），I/O系统，和电源系统等。

控制器模块PM511V的一个端口由于连接S100I/O站，一个端口连接Advant station。

一个指定的槽中装程序卡。

两个控制器可以配置为冗余，并且可以实现S100 I/0冗余。

PM511V08为8M的内存，PM511V16为16M内存。

控制器机架上的子模块槽SC510可以装载所有的通讯子模块，SC520主要用于CS513通讯模块，为MasterBus300或MasterBus300E通讯使用。

机架单元RF533分为3部分。

PartA有8个槽，主要用于控制器模块和通讯模块使用；Part B和C含有5个插槽为电压调节器SR511，电源充电装置和监控单元TC520。

I/O系统包含S100 I/O系统和S800I/O系统。

S100 I/O系统直接连接到CPU511V中。

S800 I/O 系统通过Advent Fieldbus100同AC450控制器进行连接。

五、机械设计
分布式SI/O的AC450控制系统安装在一个控制柜中。

根据柜内I/O板件，解调器，电源等实际元件的不同，柜内可以进行灵活的改动。

柜体分为RM500V1和RM500V2两种。

其IP等级分为IP21，IP41和IP54。

RM500V1柜是双门结构，RM500V2是双门结构。

其装配电气柜有一定的标准规则如下。

·柜子相互之间紧靠放置
·单柜和双柜作为一个整体进行配送
·一个I/O机架的模块数量不得多于18个，两个空槽应用作备用。

·在每个双柜或单柜的左边预留一个安装柜机位置，以便以后的扩展。

六﹑电气数据和性能
6.1扩展能力
最多可以建99过程控制程序，可以设定3种优先级，10ms-2的循环时间。

最多可以出现910AI，963个AO，2340个DI，1489个DO。

此外对I/O板的数量，功能块单元的数量，通讯总线和通讯模块的数量都有一定的限制。

具体数量请查看相关章节。

6.2控制器负荷计算
预估AC450控制器的负荷水平，可通过以下方面进行考虑：
·大约4%的处理能力用于循环执行系统功能，优先级处理和系统监控等
·大约20%的处理能力用于时间控制功能，高级控制功能和通讯等
·大约76%的处理能力用于循环执行功能，过程程序，过程I/O，记录和数据设置等
通常在许多相关功能的情况下，我们计算CPU的负荷使用以下公式：
CPU的负荷率=（N*T/Tc）*100
N为功能的数量，T为功能的执行时间，T c为功能循环时间。

每个输入/输出通道和功能块单元都有一定的执行时间，用户可以根据输入/输出数量和功能块的数量来预估出控制器负荷。

例如一个AI输入通道处理执行的时间为0.25ms,一个PID 控制执行时间为0.8ms。

同时主从站中的CPU之间的数据通讯，根据交换数据的大小，主从站分别占用的不同的负荷量。

七﹑环境
AC450为特定的工业环境而设计。

机柜有不同的防护等级（IP21，IP4和IP54）。

当柜内温度比较高时，为了避免过高的温度，必须考虑热量的释放。

八﹑AC450与S800-I/O冗余通讯介绍
AC450与S800-I/O冗余通讯，主站是CI522A通讯模块，从站是CI820通讯模块。

通过总线连接单元TB815将两块CI820进行冗余连接。

结构图中有3个Advent Fieldbus100从站，8个DI模块，5个DO模块，12个AI模块和6个AO模块。

结构图见附1。

附1：AC450与S800-I/O冗余通讯结构图。