基于Profibus-DP的現(xiàn)場(chǎng)總線水電廠監(jiān)控系統(tǒng)

　　現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過程區(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、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(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，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(chǎng)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(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，用于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的底層，即車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)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(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)。

　　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(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。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(chǎng)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。總線循環(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(chǎng)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：

　?。?）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(zhǎng)。

　　（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(huì)對(duì)前期安裝的系統(tǒng)造成妨礙。

　　（4）診斷功能：經(jīng)過擴(kuò)展的Profibus-DP的診斷功能能對(duì)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)。

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

　　（2）二級(jí)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(chǎng)總線用于水電廠監(jiān)控的優(yōu)越性

　　實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全開放性，而開放自動(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，把控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，每個(gè)控制回路完全由分散安裝的現(xiàn)場(chǎng)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(cè)精度大為提高；安全可靠、組態(tài)靈活、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”來組態(tài)成為系統(tǒng)，使控制策略的組態(tài)操作非常簡(jiǎn)單；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，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(duì)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(duì)各組成部分作具體說明。