基于PLC與PROFIBUS-DP總線(xiàn)的電力參數監控系統

1 引言
現場(chǎng)總線(xiàn)是用于現場(chǎng)儀表與控制系統和控制室之間的一種全分散、全數字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò )。目前，現場(chǎng)總線(xiàn)種類(lèi)繁多，還沒(méi)有統一的標準，每種總線(xiàn)都有其獨特的產(chǎn)生背景和應用領(lǐng)域，影響比較大的有CAN總線(xiàn)、lonworks總線(xiàn)、hart總線(xiàn)、FF總線(xiàn)、rpofibus總線(xiàn)等。Profibus-dp主要應用于現場(chǎng)設備級，它的響應時(shí)間從幾百微秒到幾百毫秒，數據傳輸速率為9.6 kbps～12mbps。在濟南國際機場(chǎng)航站樓的電力參數監控系統設計時(shí)，考慮到現場(chǎng)參數變量較多，位置分散，且對信號的實(shí)時(shí)性和抗干擾能力都要求較高，一般的監控網(wǎng)絡(luò )很難滿(mǎn)足系統要求，因此在系統的監控層選用profibus-dp通信網(wǎng)絡(luò )完成系統的主控設備s7-300 PLC與分布的現場(chǎng)設備之間的數據通信工作。在s7-300 plc與帶通訊卡的上位機之間采用了mpi通信方式。

2 系統網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
根據在工業(yè)控制實(shí)際需要及其經(jīng)費情況，系統的硬件組成通常有以下幾種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構方案。
(1)以plc或控制器作為一類(lèi)主站，不設監控站，但調試階段配置一臺編程設備。該方案的plc或控制器完成通信管理、從站數據讀寫(xiě)、從站遠程參數化工作。
(2)以plc或控制器作為一類(lèi)主站，監控站通過(guò)串口與plc一對一連接。該結構方案的監控站不在profibus總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，不是二類(lèi)主站，不能直接讀取從站數據合完成遠程參數化工作。監控站所需的數據只能在plc控制器中讀取。
(3)以plc或控制器作為一類(lèi)主站，監控站即二類(lèi)主站連接到profibus總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上。該方案的監控站可以完成遠程編程、參數化及在線(xiàn)監控功能。
(4)使用pc機加profibus網(wǎng)卡作為一類(lèi)主站，監控站與一類(lèi)主站一體化。該方案成本較低，但要求pc機具有高可靠性、能長(cháng)時(shí)間連續運行，如果pc 機出現故障，將影響整個(gè)系統的正常工作。另外，通信廠(chǎng)商通常只提供一個(gè)模板的驅動(dòng)程序，總線(xiàn)控制、監控程序可能需要用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)。
(5)緊湊式pc機(compact computer)加profibus網(wǎng)卡加soft plc的結構形式。該方案中用緊湊式pc機取代了一般的pc機，使系統的可靠性大大增強。soft plc是將通用型pc機改造成一臺由軟件(軟邏輯)實(shí)現的plc，這種軟件將plc的編程及其應用程序運行功能，操作員監控站的圖形監控開(kāi)發(fā)、在線(xiàn)監控功能集成到一臺緊湊式pc機上，形成一個(gè)plc與監控站一體的控制器工作站。
(6)充分考慮未來(lái)擴展需要，如增加幾條生產(chǎn)線(xiàn)和擴展出幾條dp網(wǎng)絡(luò )，車(chē)間要增加幾個(gè)監控站等，最好采用兩級網(wǎng)絡(luò )結構。

3 硬件組成
在開(kāi)發(fā)設計濟南國際機場(chǎng)航站樓電力參數監控系統的過(guò)程中，根據系統本身性能的要求及其各種方案的優(yōu)劣及其性?xún)r(jià)比，我們在網(wǎng)絡(luò )拓撲結構方案2的基礎上，加以改進(jìn)，不再采用監控站通過(guò)串口與plc一對一連接，而是在監控站與plc之間采用通訊速率更高，更穩定的mpi通信方式，系統網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示。網(wǎng)絡(luò )結構分為兩層，上層為管理層，下沉為數據監控層。兩層之間采用mpi-多點(diǎn)接口訪(fǎng)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數據，利用力控上位機組態(tài)軟件，設計友好的人機界面，連接讀取的數據變量來(lái)完成對從站的監控工作。另外在管理層中，可以生成各種需要的數據報表、進(jìn)行數據分析等工作。下層監控層在本實(shí)例系統中由兩個(gè)相對獨立的s7-300plc控制系統，每個(gè)控制系統由一個(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)智能從站儀表構成，數據監控網(wǎng)絡(luò )采用profibus網(wǎng)絡(luò )通信方式，簡(jiǎn)單的分布結構，監控層主要完成與分布在工業(yè)現場(chǎng)的各個(gè)從站之間的數據通信，讀取各個(gè)從站儀表的數據參數，存放在plc控制器的數據區中，供上位機讀取訪(fǎng)問(wèn)。