現(xiàn)場總線技術(shù)在水電站狀態(tài)監(jiān)測中的應用

引言
水力機組的狀態(tài)監(jiān)測就是根據(jù)對表征機組運行狀況特性的參量跟蹤監(jiān)測值（如振動和位移量）是否超出正常運行范圍來判斷運行設備的狀態(tài)是正常、異?；蚬收?，避免和減少更嚴重的機組損壞和無計劃的停產(chǎn)檢修。狀態(tài)監(jiān)測的主要目的是使機器良性運轉(zhuǎn)的時間達到最大化，將停機時間降為最低，為設備的狀態(tài)檢修、實現(xiàn)“無人值班”（少人值守）提供可靠的依據(jù)。而“無人值班”（少人值守）是水電廠現(xiàn)代化管理的發(fā)展方向，如何保證設備在“無人值班”（少人值守）的管理模式下安全、經(jīng)濟、可靠地運行，是國內(nèi)外近幾年來亟待解決的技術(shù)問題解決這一問題的有效途徑在于及時了解設備的運行狀態(tài)，有針對性地維護設備，減少設備的突發(fā)性故障和提高設備利用率，并逐步實現(xiàn)由定期維修體制向狀態(tài)檢修體制的轉(zhuǎn)變。因此，水力機組的狀態(tài)監(jiān)測與診斷是實現(xiàn)“無人值班”（少人值守）的重要保證。
　　目前常用的一對一模式通常是把傳感器或執(zhí)行機構(gòu)一對一的接入PLC或其他數(shù)據(jù)采集模塊，因此，一個設備就要有一組電源、一組信號，需要龐大的電源與信號電纜從而使系統(tǒng)復雜化。而且很多水力機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的兼容性、容錯性、靈活性等方面還存在很多局限性．使得系統(tǒng)功能擴充、升級比較困難，缺少可移植性和通用性；監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)周期長，成本高，可靠性不夠好．由于缺乏統(tǒng)一、標準、開放的接口，監(jiān)測系統(tǒng)與生產(chǎn)過程管理及全場運行調(diào)度決策管理等信息系統(tǒng)的集成，以及與其它監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的信息交流也都較困難．而現(xiàn)場總線技術(shù)，可以使傳感器、執(zhí)行器直接接入網(wǎng)絡，一條網(wǎng)線可以連接多個傳感器和執(zhí)行元件，省去大量電纜。這對于遠端設備的數(shù)據(jù)采集與控制尤其適合。此外，總線技術(shù)與智能設備配合使用，可以使遠端設備獨立工作，在網(wǎng)絡故障時能獨立運行。本文作者開發(fā)了一套基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的、性能價格比較高、適用于中小型水電廠、使用和維護方便的監(jiān)測分析系統(tǒng)。
2 Profi bus現(xiàn)場總線技術(shù)
2．1 概述[1]
　　Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，廣泛應用于工業(yè)自動化。Profibus根據(jù)應用特點分為以下三個兼容版本：Profibus— FMS（fieldbus messagespecification，現(xiàn)場總線報文規(guī)范）、Profibus-DP（decentralizedperiphery，分散型外圍設備）、Profibus— PA（processautomation，過程自動化）。
　　本文使用的Profibus— DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設備級分散I／0設備之間通信設計，使用Profibus— DP模塊可以取代價格昂貴的24V或0-20mA并行信號線，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率可達12Mbit／s，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)；
2．2 通信協(xié)議
　　Profibus通信協(xié)議通過ISO／OSI參考模型第2層實現(xiàn)，在Profibus中第2層被稱為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路FDL（fieldbusdatatink），Profibus總線上的設備包括主站和從站。主站在一個限定時間（令牌持有時間tokenhold time）內(nèi)對總線有控制權(quán)，這時主站可以向從站發(fā)送數(shù)據(jù)或請求從站的數(shù)據(jù)，從站對總線沒有控制權(quán)，只是響應一個主站的請求或確認主站發(fā)送的數(shù)據(jù)。因此Profibus通信協(xié)議包括主站之間的令牌傳遞協(xié)議和主、從站之間的主從協(xié)議。令牌傳遞協(xié)議確保每個主站有足夠的時間履行它的通信任務，令牌在所有主站中循環(huán)一周的最長時間是一定的，主從協(xié)議保證主站在令牌持有時間內(nèi)與從站的通信。
2．3 PrOf1bus—DP的傳輸技術(shù)[2]
Profibus提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型!：用于DP和FMS的RS485傳輸、用于PA的IECll58—2傳輸和光纖傳輸技術(shù)。RS485傳輸是Profibus最常用的一種傳輸技術(shù)，這種技術(shù)通常稱之為H2，采用的電纜是屏蔽雙絞銅線，RS485傳輸技術(shù)基本特征如下：（1）網(wǎng)絡拓撲：線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；（2）傳輸速率：9．6k‘12Mbit／s：（3）介質(zhì)：雙絞屏蔽電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMc）：（4）站點數(shù)：不帶中繼器每分段32個站，帶中繼器可多達127個站；（5）插頭連接：使用9針D型插頭；
2．4 Profi bus-DP的設備類型
　　Profibus-DP#tA,～：構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)，系統(tǒng)配置的描述包括站數(shù)、站地址、輸入／輸出地址、輸人數(shù)， Profilms-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設備。
　?。?）一級DP主站（DPM1）。一級DP主站是中央控制器，它在預定的信息周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息，典型的DPM1如PLC或PC。
　　（2）二級DP主站（DPM2）。二級DP主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。
　　（3）DP從站。DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備（I／0設備、驅(qū)動器、HMI、閥門等）。
2．5 Profi bus-DP系統(tǒng)行為
　　系統(tǒng)行為主要取決于DMPl的操作狀態(tài)，這些狀態(tài)由本地或總線的配置設備所控制，主要有以下三種狀態(tài)。運行：輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳送，DPM l由DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息。清除．DMPl讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持為故障或安全狀態(tài)。停止：只能進行主一主數(shù)據(jù)傳送，DMP1和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳送。
3 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)在水力機組狀態(tài)監(jiān)測中的應用