摘要：介紹了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)和功能刷桐，結(jié)合水電廠監(jiān)控的特點(diǎn)和要求慢逾，論述了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線在水電廠監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中的硬件和軟件設(shè)計(jì)歧强。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線反番；Profibus．DP沙热；水電廠；PLC恬口；監(jiān)控系統(tǒng)

1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述
　　現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備／儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置／系統(tǒng)之間的一種串行校读、數(shù)字式、多點(diǎn)裂蝉、雙向通信的數(shù)據(jù)總線绳练。其中“生產(chǎn)過(guò)程” 包括斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程和連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程兩類(lèi)÷潜樱或者說(shuō)枫昏，現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的數(shù)字化智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接光丢，實(shí)現(xiàn)相互交換信息旋蝎，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)冶习。Profibus支持Type 3現(xiàn)場(chǎng)總線是一種國(guó)際化、開(kāi)放式孕序、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)琐幔，用于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的底層，即車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制递市，適用于分散的为稽、具有通訊接口的現(xiàn)場(chǎng)受控設(shè)備對(duì)底層設(shè)備有較高的數(shù)據(jù)集成和遠(yuǎn)程診斷、故障報(bào)警及數(shù)字化要求的系統(tǒng)唁情。
2 Profibus-DP及其主要特性
　　Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）：是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速便宜的通信連接疑苔，專為自動(dòng)化控制系統(tǒng)與分散的I／0 設(shè)備級(jí)之間通信使用而設(shè)計(jì)的。它可取代24VDC或4～20mA信號(hào)傳輸甸鸟。Profibus-DP使用物理層惦费，數(shù)據(jù)鏈接層（第1，2層）和用戶接口抢韭，用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送薪贫。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息±捍拢總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PIE）程序循環(huán)時(shí)間短后雷。此外，Profibus-DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)吠各、診斷和報(bào)警處理及復(fù)雜設(shè)備在運(yùn)行中參數(shù)的確定。
　　 Profibus-DP的基本功能和特性如下：
　∶阕ァ（1）遠(yuǎn)距離高速通信：波特率從9．6kbit／s～12Mbit／s贾漏；最大距離12Mbps 時(shí)100m，1．5Mbps時(shí)200m藕筋，還可以用中繼器加長(zhǎng)键腹。
　　（2）分布式結(jié)構(gòu)：各主站間令牌傳遞蒂抒，主站與從站為主一從傳送溪客。每段可達(dá)32個(gè)站，用連接器連接段先兆，最多可達(dá)126個(gè)從站肢箕。
　　（3）易于安裝：總線結(jié)構(gòu)使得一個(gè)站點(diǎn)的裝卸載不影響其它站點(diǎn)的正常工作爵例，系統(tǒng)的安裝還可以分別進(jìn)行牲支，后期安裝的系統(tǒng)不會(huì)對(duì)前期安裝的系統(tǒng)造成妨礙。
　⊥阊汀（4）診斷功能：經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的Profibus-DP的診斷功能能對(duì)故障進(jìn)行快速定位窥血，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集婶耕。
　　（5）開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)牢辣。
　±堤（6）可靠性和保護(hù)機(jī)制。
　　每個(gè)系統(tǒng)包括3種類(lèi)型的設(shè)備：
　×肋洹（1）一級(jí)DP主站收擦，即中央控制器（如PC、PLC）禀酱，可與其它站交換信息炬守。
　　（2）二級(jí)DP主站剂跟，指組態(tài)設(shè)備减途、編程器、或操作面板曹洽，完成各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)鳍置、系統(tǒng)配置、故障診斷等送淆。
　∷安（3）DP從站，指進(jìn)行輸入輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（如PIE偷崩，分散式I／O辟拷，驅(qū)動(dòng)器、傳感器欣挠、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）
3 Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線用于水電廠監(jiān)控的優(yōu)越性
　　實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全開(kāi)放性卒亩，而開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的必然趨勢(shì)；實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制怕枣，把控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)划万，每個(gè)控制回路完全由分散安裝的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的就地化庸既；實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化通信招蠕，使系統(tǒng)抗干擾性和檢測(cè)精度大為提高；安全可靠技熊、組態(tài)靈活倾莽、簡(jiǎn)單易用，現(xiàn)場(chǎng)總線充分利用了用戶層規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的 “功能模塊”來(lái)組態(tài)成為系統(tǒng)锤距，使控制策略的組態(tài)操作非常簡(jiǎn)單巡软；經(jīng)濟(jì)效益高，現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的水電廠監(jiān)控系統(tǒng)共用一條數(shù)據(jù)總線傳遞信息脸夜，總線介質(zhì)豐富菌劲，節(jié)省電纜和控制設(shè)備等干跛。
4 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
4.1 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求
　　水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)祟绊、變壓器楼入、母線、饋電線路牧抽、廠用變嘉熊、開(kāi)關(guān)柜、公用設(shè)備等扬舒。根據(jù)需要阐肤，一般要求監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：（1）數(shù)據(jù)采集與處理功能；（2）運(yùn)行監(jiān)視讲坎、事件報(bào)警與事故處理指導(dǎo)功能孕惜；（3）生產(chǎn)過(guò)程的控制操作功能；（4）統(tǒng)計(jì)記錄和制表打印功能晨炕；（5）智能報(bào)警功能衫画；（6）事故分析及故障診斷功能；（7）通信功能瓮栗；（8）實(shí)時(shí)在線診斷功能树季。
4.2 硬件構(gòu)成
　　根據(jù)水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示番链，各個(gè)功能相互獨(dú)立令叉，分別由系統(tǒng)不同部分結(jié)合相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖蝉齐，設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示见撵，下面對(duì)各組成部分作具體說(shuō)明

4.2.1 主站
　　一級(jí)主站采用西門(mén)子S7—300系列的 CPU315—2DPPIE作為中央控制器，由其運(yùn)行整個(gè)控制程序方蜡，且實(shí)現(xiàn)于其它站的信息交換。
　　二級(jí)主站采用研華工控機(jī)键羡，通過(guò)CP一 5613DP卡與總線相連锚拳，工程師站對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和編程；操作員站對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作慰奉、運(yùn)行和監(jiān)控销泽，但不能修改組態(tài)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)程序，同時(shí)還兼作局域網(wǎng)的服務(wù)器使用证森。
　　觸摸屏采用西門(mén)子TP170A辰令，通過(guò)MPI與S‘／一300 PIg：的MPI通訊H相連，安裝于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)S7 300的簡(jiǎn)單操作與顯示相關(guān)運(yùn)行參數(shù)节值。
4.2.2 從站
　　從站的形式多種多樣徙硅，從站1為 EI200M IM一153帶模擬量輸入輸出模塊榜聂；從站2為S7—200 PIE CPU224通過(guò)EM277與總線相連，s7—200PLC可運(yùn)行自身程序嗓蘑，連接I／O輸入輸出须肆。又可與s7—300PIE交換信息；從站3為智能儀表桩皿、智能模塊直接掛在總線上豌汇，它們的 CPU與PIE的CPU并行工作，占用主機(jī)的時(shí)間很少泄隔，有利于提高PIE的掃描速度和完成特殊功能拒贱。當(dāng)然也可以連接其它的更多的從站。
4.2.3 局域網(wǎng)
　　由操作員站作服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)卡佛嬉、交換機(jī)逻澳、其他計(jì)算機(jī)組成局域網(wǎng)，客戶機(jī)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)巷燥、查看報(bào)表触擎、打印等功能，但不能操作運(yùn)行系統(tǒng)的闹。
　　從整個(gè)組成部分來(lái)看博旬，主站實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控，從站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制動(dòng)作翼养，局域網(wǎng)則與操作員站一起實(shí)現(xiàn)了信息管理功能剪妥。因此，硬件組成與系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)是一致的缘嗦。
4.3 軟件方案
　　軟件設(shè)計(jì)部分包括組態(tài)編程軟件和監(jiān)控軟件蝇居。
4.3.1 組態(tài)編程軟件
　　系統(tǒng)采用SIMATIC S7—300的配套軟件包SrEP 7 V5．2完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置烦草、PIE程序編制刮锹、測(cè)試、調(diào)試等幽摔。STEP7運(yùn)行于 Windows環(huán)境下惯狠，界面友好，組態(tài)編程方便刮便，在線調(diào)試直觀空猜、便捷，有梯形圖（LAj）恨旱、語(yǔ)句表（STL）和功能圖（FBD）3種編程形式可隨意切換和組合使用辈毯。根據(jù)硬件參數(shù)首先進(jìn)行硬件配置和網(wǎng)絡(luò)配置，然后編制PIE程序搜贤，程序由組織塊（OB）谆沃、功能塊（FB钝凶、FC）和數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成。其中管毙，OB 是PIE的主監(jiān)控掃描程序腿椎，用于控制程序的運(yùn)行，F(xiàn)B夭咬、Fc是各個(gè)功能子程序塊啃炸，DB數(shù)據(jù)塊為存儲(chǔ)各運(yùn)行數(shù)據(jù)的區(qū)域。
　　對(duì)s7—200 PIE采用西門(mén)子編程工具SIEP 7一MicmWIN32V3．1編程卓舵，方法與上述大同小異南用，只是要注意S7—300和S7—200是通過(guò)v區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的。
　　采用西門(mén)子專用觸摸屏組態(tài)工具Protool V6．0對(duì)TP170A組態(tài)秫废。
4.3.2 監(jiān)控軟件
　　操作員站由于還充當(dāng)局域網(wǎng)的服務(wù)器末径，故操作系統(tǒng)為 n．dows2000服務(wù)器版，采用西門(mén)子公司的組態(tài)監(jiān)控軟件 SIMATICWinCC．WinCC包括圖形設(shè)計(jì)器情丛、報(bào)警記錄肉棕、標(biāo)記記錄、報(bào)告設(shè)計(jì)器暂铭、全局腳本披腻、控制中心、用戶管理等功能底咳，它集控制技術(shù)唱撩、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)珍霉、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)殃倒、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身，含有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表嘿杖、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表梁泞、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線趾痘、報(bào)表查詢等控件搪泳，為工程技術(shù)人員提供一個(gè)很好的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)。
5 結(jié)束語(yǔ)
　　該監(jiān)控系統(tǒng)采用Profibus —DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式控制扼脐，網(wǎng)絡(luò)速度快、可靠性高奋刽、開(kāi)放性好瓦侮、抗干擾能力強(qiáng)，給安裝佣谐、調(diào)試和設(shè)備維護(hù)帶來(lái)方便肚吏，提高了生產(chǎn)效率和管理水平方妖。這種網(wǎng)絡(luò)體系具有較高的性能價(jià)格比，并能根據(jù)用戶要求擴(kuò)展至各種形式和規(guī)模罚攀。

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