基于Profibus-DP的現場(chǎng)總線(xiàn)水電廠(chǎng)監控系統

　　現場(chǎng)總線(xiàn)是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區域的現場(chǎng)設備／儀表與控制室內的自動(dòng)控制裝置／系統之間的一種串行、數字式、多點(diǎn)、雙向通信的數據總線(xiàn)。其中“生產(chǎn)過(guò)程”包括斷續生產(chǎn)過(guò)程和連續生產(chǎn)過(guò)程兩類(lèi)?；蛘哒f(shuō)，現場(chǎng)總線(xiàn)是以單個(gè)分散的數字化智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，用總線(xiàn)相連接，實(shí)現相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò )系統與控制系統。Profibus支持Type3現場(chǎng)總線(xiàn)是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，用于工廠(chǎng)自動(dòng)化系統三級網(wǎng)絡(luò )中的底層，即車(chē)間級監控和現場(chǎng)設備層數據通信與控制，適用于分散的、具有通訊接口的現場(chǎng)受控設備對底層設備有較高的數據集成和遠程診斷、故障報警及數字化要求的系統。

　　2 Profibus-DP及其主要特性

　　Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）：是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速便宜的通信連接，專(zhuān)為自動(dòng)化控制系統與分散的I／0設備級之間通信使用而設計的。它可取代24VDC或4～20mA信號傳輸。Profibus-DP使用物理層，數據鏈接層（第1，2層）和用戶(hù)接口，用于現場(chǎng)層的高速數據傳送。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€(xiàn)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還提供智能化現場(chǎng)設備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理及復雜設備在運行中參數的確定。

　　Profibus-DP的基本功能和特性如下：

　?。?）遠距離高速通信：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(cháng)。

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

　?。?）易于安裝：總線(xiàn)結構使得一個(gè)站點(diǎn)的裝卸載不影響其它站點(diǎn)的正常工作，系統的安裝還可以分別進(jìn)行，后期安裝的系統不會(huì )對前期安裝的系統造成妨礙。

　?。?）診斷功能：經(jīng)過(guò)擴展的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(xiàn)上傳輸并由主站采集。

　?。?）開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò )。

　?。?）可靠性和保護機制。

　　每個(gè)系統包括3種類(lèi)型的設備：

　?。?）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)設備、編程器、或操作面板，完成各站點(diǎn)的數據讀寫(xiě)、系統配置、故障診斷等。

　?。?）DP從站，指進(jìn)行輸入輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備（如PIE，分散式I／O，驅動(dòng)器、傳感器、執行機構等）

　　3 Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)用于水電廠(chǎng)監控的優(yōu)越性

　　實(shí)現了系統的全開(kāi)放性，而開(kāi)放自動(dòng)化系統是現場(chǎng)總線(xiàn)發(fā)展的必然趨勢；實(shí)現了真正的分散控制，把控制功能下放到現場(chǎng)，每個(gè)控制回路完全由分散安裝的現場(chǎng)智能儀表來(lái)實(shí)現，增強了系統數據處理的就地化；實(shí)現了全數字化通信，使系統抗干擾性和檢測精度大為提高；安全可靠、組態(tài)靈活、簡(jiǎn)單易用，現場(chǎng)總線(xiàn)充分利用了用戶(hù)層規定的標準的“功能模塊”來(lái)組態(tài)成為系統，使控制策略的組態(tài)操作非常簡(jiǎn)單；經(jīng)濟效益高，現場(chǎng)總線(xiàn)構成的水電廠(chǎng)監控系統共用一條數據總線(xiàn)傳遞信息，總線(xiàn)介質(zhì)豐富，節省電纜和控制設備等。

　　4 水電廠(chǎng)監控系統的設計方案

　　4.1 水電廠(chǎng)監控系統的功能要求

　　水電廠(chǎng)計算機監控系統的監控對象包括水輪機、發(fā)電機、變壓器、母線(xiàn)、饋電線(xiàn)路、廠(chǎng)用變、開(kāi)關(guān)柜、公用設備等。根據需要，一般要求監控系統應具有以下功能：（1）數據采集與處理功能；（2）運行監視、事件報警與事故處理指導功能；（3）生產(chǎn)過(guò)程的控制操作功能；（4）統計記錄和制表打印功能；（5）智能報警功能；（6）事故分析及故障診斷功能；（7）通信功能；（8）實(shí)時(shí)在線(xiàn)診斷功能。

　　4.2 硬件構成

　　根據水電廠(chǎng)監控系統的特點(diǎn)和要求，設計系統結構如圖1所示，各個(gè)功能相互獨立，分別由系統不同部分結合相應的軟件來(lái)實(shí)現。根據系統結構圖，設計硬件結構如圖2所示，下面對各組成部分作具體說(shuō)明。