現場(chǎng)總線(xiàn)在李家岸引黃涵閘通訊中的應用

1 引言

李家岸引黃涵閘是黃河下游的一座大型自流引水閘，該引黃閘位于齊河縣晏城鎮李家岸村，相應臨黃堤左岸樁號123+210，三連九孔，鋼筋混凝土箱式涵洞結構，鋼筋混凝土平板閘門(mén)，9臺固定卷?yè)P式啟閉機，啟閉機型號QPQ,啟閉能力1×80，設計引水流量100m3/s，設計引水水位26.72m,設計灌溉面積267萬(wàn)畝。為了解決引黃渠的水文狀況的及時(shí)監控和統一管理的問(wèn)題，設計了李家岸水文監控管理系統。

2 系統設計

李家岸水文監控管理系統是一套集現場(chǎng)檢測儀表、現場(chǎng)控制單元、現場(chǎng)執行機構、上位監控管理及遠程監控管理的現代化綜合監控管理系統。系統主站采用Siemens的Simatic S7-300，主要完成與下位采集單元、上位監控計算機及遠程上級管理單位進(jìn)行有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)的通訊任務(wù)。主控制器采用雙通訊口的S7-200系列PLC的CPU-226，作為終端采集單元及控制器，配合各種檢測設備對各個(gè)檢測量進(jìn)行數據采集和設備控制。為了保證控制的可靠性，與上級中心PLC通訊選用Profibus-DP擴展模塊EM277，采用PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行閘房與控制室之間的通訊。為了增強現場(chǎng)單元的信息導出，在現場(chǎng)使用了SIEMENS公司的TD200液晶觸摸顯示屏。

系統采用西門(mén)子WINCC5.1作為上位監控軟件。主要完成實(shí)時(shí)監控，參數的修改，報警記錄及各個(gè)單元的數據采集、匯總，生成報表等功能。上位監控系統有5部分組成。閘門(mén)監控畫(huà)面作為主畫(huà)面模擬顯示涵閘概貌及各個(gè)閘門(mén)的啟閉狀況和實(shí)時(shí)高度。數據歸檔畫(huà)面主要表格及曲線(xiàn)的形式顯示從下位單元采集上來(lái)的數據，具有實(shí)時(shí)及歷史曲線(xiàn)打印和歷史數據查詢(xún)的功能，歷史數據的時(shí)間段在三個(gè)月內可自由選擇。報表打印畫(huà)面能夠按照完成統一要求的格式進(jìn)行歷史及在線(xiàn)的數據報表及曲線(xiàn)打印，對于報警信息可實(shí)現在線(xiàn)打印。報警畫(huà)面可以提供最近一千次的報警信息內容查詢(xún)，包括報警時(shí)間、故障地點(diǎn)及部分故障原因。此外在該系統中報警信息條及操作權限信息及更改按鈕貫穿于每個(gè)操作界面，使操作員在每個(gè)畫(huà)面操作時(shí)，都不會(huì )錯過(guò)任何重要信息。操作權限可根據操作員身份的不同而設定，并可以在在線(xiàn)狀態(tài)下修改個(gè)人密碼，工程師應具有最高權限。此系統可以用日期、時(shí)間、操作員姓名以及新舊數據之間的比較來(lái)記錄系統運行時(shí)的操作過(guò)程。

WinCC集成的視頻監視功能為在上位機上實(shí)現實(shí)時(shí)監控提供了可能，通過(guò)視頻采集卡監控畫(huà)面可以嵌入監控界面，為統一的管理提供了方便。此外，通過(guò)上位機進(jìn)行視頻采集，可以充分利用大硬盤(pán)的優(yōu)勢進(jìn)行硬盤(pán)錄像，可以長(cháng)時(shí)間的保存影像資料。

3 現場(chǎng)總線(xiàn)在系統中的應用

3.1 關(guān)于Profibus總線(xiàn)

Profibus是Process Fieldbus的縮寫(xiě)，是一種已經(jīng)轉化為中國國家標準（GB/T20540-2006 PROFIBUS規范）的國際性的開(kāi)放式的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)標準，目前世界上許多自動(dòng)化生產(chǎn)廠(chǎng)家都為它們生產(chǎn)的設備提供PROFIBUS接口，廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力、等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS根據應用特點(diǎn)分為： PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個(gè)兼容版本。PROFIBUS是一種用于工廠(chǎng)自動(dòng)化車(chē)間級監控和現場(chǎng)設備層數據通信與控制的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)?？蓪?shí)現現場(chǎng)設備層到車(chē)間級監控的分散式數字控制和現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )，從而為實(shí)現工廠(chǎng)綜合自動(dòng)化和現場(chǎng)設備智能化提供了可行的解決方案。

Profibus-DP采用RS-485進(jìn)行傳輸，通常稱(chēng)為H2，采用屏蔽雙絞銅線(xiàn)電纜，共用一根導線(xiàn)對。波特率從9.6kbit/s到12Mbit/s。RS485操作容易，總線(xiàn)結構允許增加和減少站點(diǎn)，分布投入不會(huì )影響到其他站點(diǎn)的操作。PROFIBUS-DP的基本功能和特性如下：

（1）遠距離高速通訊：波特率從96kbps到12Mbps;最大距離，12Mbps時(shí)100m,15Mbps時(shí)200m,還可以用中繼器加長(cháng)；
（2）分布式結構：各主站間令牌傳遞，主站與從站為主/從傳遞。每段可達32個(gè)站，用連接器連接段，最多可達126個(gè)站；
（3）易于安裝：因為RS-485的傳輸技術(shù)簡(jiǎn)單，雙絞線(xiàn)的敷設不需要專(zhuān)業(yè)知識，總線(xiàn)結構使得一個(gè)站點(diǎn)的裝卸不影響其它站點(diǎn)的正常的工作，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；
（4）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；
（5）開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò )；
（6）可靠性和保護機制。