基于PLC與PROFIBUS-DP總線的電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言
現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線種類繁多，還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，每種總線都有其獨(dú)特的產(chǎn)生背景和應(yīng)用領(lǐng)域，影響比較大的有CAN總線、lonworks總線、hart總線、FF總線、rpofibus總線等。Profibus-dp主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)，它的響應(yīng)時(shí)間從幾百微秒到幾百毫秒，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps～12mbps。在濟(jì)南國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓的電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)變量較多，位置分散，且對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)性和抗干擾能力都要求較高，一般的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)很難滿足系統(tǒng)要求，因此在系統(tǒng)的監(jiān)控層選用profibus-dp通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)的主控設(shè)備s7-300 PLC與分布的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信工作。在s7-300 plc與帶通訊卡的上位機(jī)之間采用了mpi通信方式。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
根據(jù)在工業(yè)控制實(shí)際需要及其經(jīng)費(fèi)情況，系統(tǒng)的硬件組成通常有以下幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案。
(1)以plc或控制器作為一類主站，不設(shè)監(jiān)控站，但調(diào)試階段配置一臺(tái)編程設(shè)備。該方案的plc或控制器完成通信管理、從站數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、從站遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。
(2)以plc或控制器作為一類主站，監(jiān)控站通過(guò)串口與plc一對(duì)一連接。該結(jié)構(gòu)方案的監(jiān)控站不在profibus總線網(wǎng)絡(luò)上，不是二類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)合完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的數(shù)據(jù)只能在plc控制器中讀取。
(3)以plc或控制器作為一類主站，監(jiān)控站即二類主站連接到profibus總線網(wǎng)絡(luò)上。該方案的監(jiān)控站可以完成遠(yuǎn)程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。
(4)使用pc機(jī)加profibus網(wǎng)卡作為一類主站，監(jiān)控站與一類主站一體化。該方案成本較低，但要求pc機(jī)具有高可靠性、能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，如果pc 機(jī)出現(xiàn)故障，將影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。另外，通信廠商通常只提供一個(gè)模板的驅(qū)動(dòng)程序，總線控制、監(jiān)控程序可能需要用戶自己開(kāi)發(fā)。
(5)緊湊式pc機(jī)(compact computer)加profibus網(wǎng)卡加soft plc的結(jié)構(gòu)形式。該方案中用緊湊式pc機(jī)取代了一般的pc機(jī)，使系統(tǒng)的可靠性大大增強(qiáng)。soft plc是將通用型pc機(jī)改造成一臺(tái)由軟件(軟邏輯)實(shí)現(xiàn)的plc，這種軟件將plc的編程及其應(yīng)用程序運(yùn)行功能，操作員監(jiān)控站的圖形監(jiān)控開(kāi)發(fā)、在線監(jiān)控功能集成到一臺(tái)緊湊式pc機(jī)上，形成一個(gè)plc與監(jiān)控站一體的控制器工作站。
(6)充分考慮未來(lái)擴(kuò)展需要，如增加幾條生產(chǎn)線和擴(kuò)展出幾條dp網(wǎng)絡(luò)，車間要增加幾個(gè)監(jiān)控站等，最好采用兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 硬件組成
在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)濟(jì)南國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程中，根據(jù)系統(tǒng)本身性能的要求及其各種方案的優(yōu)劣及其性價(jià)比，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案2的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)，不再采用監(jiān)控站通過(guò)串口與plc一對(duì)一連接，而是在監(jiān)控站與plc之間采用通訊速率更高，更穩(wěn)定的mpi通信方式，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩層，上層為管理層，下沉為數(shù)據(jù)監(jiān)控層。兩層之間采用mpi-多點(diǎn)接口訪問(wèn)方式。上層管理層主要功能是從plc控制器中讀取從站參數(shù)數(shù)據(jù)，利用力控上位機(jī)組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)友好的人機(jī)界面，連接讀取的數(shù)據(jù)變量來(lái)完成對(duì)從站的監(jiān)控工作。另外在管理層中，可以生成各種需要的數(shù)據(jù)報(bào)表、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等工作。下層監(jiān)控層在本實(shí)例系統(tǒng)中由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的s7-300plc控制系統(tǒng)，每個(gè)控制系統(tǒng)由一個(gè)cpu314模塊，cpu314上連接了四個(gè)通信模塊cp342 -5，以及在每個(gè)cp342-5模塊上連接的36個(gè)智能從站儀表構(gòu)成，數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用profibus網(wǎng)絡(luò)通信方式，簡(jiǎn)單的分布結(jié)構(gòu)，監(jiān)控層主要完成與分布在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)從站之間的數(shù)據(jù)通信，讀取各個(gè)從站儀表的數(shù)據(jù)參數(shù)，存放在plc控制器的數(shù)據(jù)區(qū)中，供上位機(jī)讀取訪問(wèn)。