1 現場總線技術概述

現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備／儀表與控制室內的自動控制裝置／系統之間的一種串行、數字式、多點、雙向通信的數據總線。其中“生產過程”包括斷續生產過程和連續生產過程兩類。或者說，現場總線是以單個分散的數字化智能化的測量和控制設備作為網絡節點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統。Profibus支持Type3現場總線是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，用于工廠自動化系統三級網絡中的底層，即車間級監控和現場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）：是一種經過優化的高速便宜的通信連接，專為自動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）和用戶接口，用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息。總線循環時間必須要比主站（PIE）程序循環時間短。此外，Profibus-DP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態、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：

（1）遠距離高速通信：波特率從9．6kbit／s～12Mbit／s；最大距離12Mbps時100m，1．5Mbps時200m，還可以用中繼器加長。

（2）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個站，用連接器連接段，最多可達126個從站。

（3）易于安裝：總線結構使得一個站點的裝卸載不影響其它站點的正常工作，系統的安裝還可以分別進行，后期安裝的系統不會對前期安裝的系統造成妨礙。

（4）診斷功能：經過擴展的Profibus-DP的診斷功能能對故障進行快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。

（5）開放式通信網絡。

（6）可靠性和保護機制。

每個系統包括3種類型的設備：

（1）一級DP主站，即中央控制器（如PC、PLC），可與其它站交換信息。

（2）二級DP主站，指組態設備、編程器、或操作面板，完成各站點的數據讀寫、系統配置、故障診斷等。

（3）DP從站，指進行輸入輸出信息采集和發送的外圍設備（如PIE，分散式I／O，驅動器、傳感器、執行機構等）

3 Profibus-DP現場總線用于水電廠監控的優越性

實現了系統的全開放性，而開放自動化系統是現場總線發展的必然趨勢；實現了真正的分散控制，把控制功能下放到現場，每個控制回路完全由分散安裝的現場智能儀表來實現，增強了系統數據處理的就地化；實現了全數字化通信，使系統抗干擾性和檢測精度大為提高；安全可靠、組態靈活、簡單易用，現場總線充分利用了用戶層規定的標準的“功能模塊”來組態成為系統，使控制策略的組態操作非常簡單；經濟效益高，現場總線構成的水電廠監控系統共用一條數據總線傳遞信息，總線介質豐富，節省電纜和控制設備等。

4 水電廠監控系統的設計方案

4.1 水電廠監控系統的功能要求

水電廠計算機監控系統的監控對象包括水輪機、發電機、變壓器、母線、饋電線路、廠用變、開關柜、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）生產過程的控制操作功能；

（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）實時在線診斷功能。

4.2 硬件構成

根據水電廠監控系統的特點和要求，設計系統結構如圖1所示，各個功能相互獨立，分別由系統不同部分結合相應的軟件來實現。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明。

4.2.1 主站

一級主站采用西門子S7—300系列的CPU315—2DPPIE作為中央控制器，由其運行整個控制程序，且實現于其它站的信息交換。

二級主站采用研華工控機，通過CP一5613DP卡與總線相連，工程師站對整個系統進行組態和編程；操作員站對整個系統進行操作、運行和監控，但不能修改組態數據和系統程序，同時還兼作局域網的服務器使用。

觸摸屏采用西門子TP170A，通過MPI與S‘／一300 PIg：的MPI通訊H相連，安裝于現場實現對S7 300的簡單操作與顯示相關運行參數。

4.2.2 從站

從站的形式多種多樣，從站1為 EI200M IM一153帶模擬量輸入輸出模塊；從站2為S7—200 PIE

CPU224通過EM277與總線相連，s7—200PLC可運行自身程序，連接I／O輸入輸出。又可與s7—300PIE交換信息；從站3為智能儀表、智能模塊直接掛在總線上，它們的CPU與PIE的CPU并行工作，占用主機的時間很少，有利于提高PIE的掃描速度和完成特殊功能。當然也可以連接其它的更多的從站。

4.2.3 局域網

由操作員站作服務器通過網卡、交換機、其他計算機組成局域網，客戶機可以實現監視運行狀態、查看報表、打印等功能，但不能操作運行系統。

從整個組成部分來看，主站實現系統的監控，從站實現數據的采集和驅動相應執行機構完成控制動作，局域網則與操作員站一起實現了信息管理功能。因此，硬件組成與系統的功能結構是一致的。

4.3 軟件方案

軟件設計部分包括組態編程軟件和監控軟件。

4.3.1 組態編程軟件

系統采用SIMATIC S7—300的配套軟件包SrEP 7 V5．2完成硬件組態、參數設置、PIE程序編制、測試、調試等。STEP7運行于 Windows環境下，界面友好，組態編程方便，在線調試直觀、便捷，有梯形圖（LAj）、語句表（STL）和功能圖（FBD）3種編程形式可隨意切換和組合使用。根據硬件參數首先進行硬件配置和網絡配置，然后編制PIE程序，程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數據塊（DB）構成。其中，OB 是PIE的主監控掃描程序，用于控制程序的運行，FB、Fc是各個功能子程序塊，DB數據塊為存儲各運行數據的區域。

對s7—200 PIE采用西門子編程工具SIEP 7一MicmWIN32V3．1編程，方法與上述大同小異，只是要注意S7—300和S7—200是通過v區實現數據交換的。采用西門子專用觸摸屏組態工具Protool V6．0對TP170A組態。

4.3.2 監控軟件

操作員站由于還充當局域網的服務器，故操作系統為 n．dows2000服務器版，采用西門子公司的組態監控軟件SIMATICWinCC．WinCC包括圖形設計器、報警記錄、標記記錄、報告設計器、全局腳本、控制中心、用戶管理等功能，它集控制技術、人機界面技術、圖形技術、數據庫技術、網絡技術于一身，含有實時數據報表、歷史數據報表、實時曲線、歷史曲線、報表查詢等控件，為工程技術人員提供一個很好的二次開發平臺。

5 結束語

該監控系統采用Profibus —DP現場總線網絡技術實現分布式控制，網絡速度快、可靠性高、開放性好、抗干擾能力強，給安裝、調試和設備維護帶來方便，提高了生產效率和管理水平。這種網絡體系具有較高的性能價格比，并能根據用戶要求擴展至各種形式和規模。