現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(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,、數(shù)字式、多點(diǎn),、雙向通信的數(shù)據(jù)總線,。其中“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類?；蛘哒f,，現(xiàn)場總線是以單個(gè)分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接,，實(shí)現(xiàn)相互交換信息,，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)。Profibus支持Type3現(xiàn)場總線是一種國際化,、開放式,、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，用于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)三級網(wǎng)絡(luò)中的底層,，即車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制,，適用于分散的、具有通訊接口的現(xiàn)場受控設(shè)備對底層設(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),。

　　2 Profibus-DP及其主要特性

　　Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）：是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速便宜的通信連接，專為自動(dòng)化控制系統(tǒng)與分散的I／0設(shè)備級之間通信使用而設(shè)計(jì)的,。它可取代24VDC或4～20mA信號傳輸,。Profibus-DP使用物理層，數(shù)據(jù)鏈接層（第1,，2層）和用戶接口,，用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。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,?？偩€循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PIE）程序循環(huán)時(shí)間短,。此外，Profibus-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài),、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：

　　（1）遠(yuǎn)距離高速通信：波特率從9．6kbit／s～12Mbit／s,；最大距離12Mbps時(shí)100m,，1．5Mbps時(shí)200m,，還可以用中繼器加長,。

　　（2）分布式結(jié)構(gòu)：各主站間令牌傳遞,，主站與從站為主一從傳送,。每段可達(dá)32個(gè)站，用連接器連接段,，最多可達(dá)126個(gè)從站,。

　　（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,，系統(tǒng)的安裝還可以分別進(jìn)行,，后期安裝的系統(tǒng)不會對前期安裝的系統(tǒng)造成妨礙。

　?。?）診斷功能：經(jīng)過擴(kuò)展的Profibus-DP的診斷功能能對故障進(jìn)行快速定位,，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。

　?。?）開放式通信網(wǎng)絡(luò),。

　　（6）可靠性和保護(hù)機(jī)制,。

　　每個(gè)系統(tǒng)包括3種類型的設(shè)備：

　?。?）一級DP主站，即中央控制器（如PC,、PLC）,，可與其它站交換信息。

　?。?）二級DP主站,，指組態(tài)設(shè)備、編程器,、或操作面板,，完成各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀寫、系統(tǒng)配置,、故障診斷等,。

　?。?）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,，分散式I／O,，驅(qū)動(dòng)器、傳感器,、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）

　　3 Profibus-DP現(xiàn)場總線用于水電廠監(jiān)控的優(yōu)越性

　　實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全開放性,，而開放自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)場總線發(fā)展的必然趨勢；實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制,，把控制功能下放到現(xiàn)場,，每個(gè)控制回路完全由分散安裝的現(xiàn)場智能儀表來實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的就地化,；實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化通信,，使系統(tǒng)抗干擾性和檢測精度大為提高；安全可靠,、組態(tài)靈活,、簡單易用，現(xiàn)場總線充分利用了用戶層規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的“功能模塊”來組態(tài)成為系統(tǒng),，使控制策略的組態(tài)操作非常簡單,；經(jīng)濟(jì)效益高，現(xiàn)場總線構(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,，總線介質(zhì)豐富,，節(jié)省電纜和控制設(shè)備等。

　　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)控對象包括水輪機(jī),、發(fā)電機(jī),、變壓器、母線,、饋電線路,、廠用變、開關(guān)柜,、公用設(shè)備等,。根據(jù)需要，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,、事件報(bào)警與事故處理指導(dǎo)功能；（3）生產(chǎn)過程的控制操作功能,；（4）統(tǒng)計(jì)記錄和制表打印功能,；（5）智能報(bào)警功能；（6）事故分析及故障診斷功能；（7）通信功能,；（8）實(shí)時(shí)在線診斷功能,。

　　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,，各個(gè)功能相互獨(dú)立,，分別由系統(tǒng)不同部分結(jié)合相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,，設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示,，下面對各組成部分作具體說明。

　　4.2.1 主站

　　一級主站采用西門子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,，且實(shí)現(xiàn)于其它站的信息交換。

　　二級主站采用研華工控機(jī),，通過CP一5613DP卡與總線相連,，工程師站對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和編程,；操作員站對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作,、運(yùn)行和監(jiān)控，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,。

　　觸摸屏采用西門子TP170A，通過MPI與S‘／一300 PIg：的MPI通訊H相連,，安裝于現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)對S7 300的簡單操作與顯示相關(guān)運(yùn)行參數(shù),。

　　4.2.2 從站

　　從站的形式多種多樣，從站1為 EI200M IM一153帶模擬量輸入輸出模塊,；從站2為S7—200 PIE

　　CPU224通過EM277與總線相連,，s7—200PLC可運(yùn)行自身程序，連接I／O輸入輸出,。又可與s7—300PIE交換信息,；從站3為智能儀表、智能模塊直接掛在總線上,，它們的CPU與PIE的CPU并行工作,，占用主機(jī)的時(shí)間很少，有利于提高PIE的掃描速度和完成特殊功能,。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)器通過網(wǎng)卡、交換機(jī),、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)、查看報(bào)表、打印等功能,，但不能操作運(yùn)行系統(tǒng),。

　　從整個(gè)組成部分來看，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,，局域網(wǎng)則與操作員站一起實(shí)現(xiàn)了信息管理功能。因此,，硬件組成與系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)是一致的,。

　　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。

　　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,、PIE程序編制、測試,、調(diào)試等,。STEP7運(yùn)行于 Windows環(huán)境下，界面友好,，組態(tài)編程方便,，在線調(diào)試直觀、便捷,，有梯形圖（LAj）,、語句表（STL）和功能圖（FBD）3種編程形式可隨意切換和組合使用。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,，程序由組織塊（OB）、功能塊（FB,、FC）和數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成,。其中，OB 是PIE的主監(jiān)控掃描程序,，用于控制程序的運(yùn)行,，F(xiàn)B、Fc是各個(gè)功能子程序塊,，DB數(shù)據(jù)塊為存儲各運(yùn)行數(shù)據(jù)的區(qū)域,。

　　對s7—200 PIE采用西門子編程工具SIEP 7一MicmWIN32V3．1編程，方法與上述大同小異,，只是要注意S7—300和S7—200是通過v區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的,。采用西門子專用觸摸屏組態(tài)工具Protool V6．0對TP170A組態(tài)。

　　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,，故操作系統(tǒng)為 n．dows2000服務(wù)器版,，采用西門子公司的組態(tài)監(jiān)控軟件SIMATICWinCC．WinCC包括圖形設(shè)計(jì)器,、報(bào)警記錄、標(biāo)記記錄,、報(bào)告設(shè)計(jì)器,、全局腳本、控制中心,、用戶管理等功能,，它集控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù),、圖形技術(shù),、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身,，含有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表,、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、實(shí)時(shí)曲線,、歷史曲線,、報(bào)表查詢等控件，為工程技術(shù)人員提供一個(gè)很好的二次開發(fā)平臺,。

　　5 結(jié)束語

　　該監(jiān)控系統(tǒng)采用Profibus —DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式控制,，網(wǎng)絡(luò)速度快、可靠性高,、開放性好,、抗干擾能力強(qiáng)，給安裝,、調(diào)試和設(shè)備維護(hù)帶來方便，提高了生產(chǎn)效率和管理水平,。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。