Profibus-DP現(xiàn)場總線技術在水電廠監(jiān)控中的應用

1 現(xiàn)場總線技術概述

現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設備/儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點、雙向通信的數(shù)據(jù)總線。其中“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類?；蛘哒f，現(xiàn)場總線是以單個分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。Profibus支持Type3現(xiàn)場總線是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，用于工廠自動化系統(tǒng)三級網(wǎng)絡中的底層，即車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制，適用于分散的、具有通訊接口的現(xiàn)場受控設備對底層設備有較高的數(shù)據(jù)集成和遠程診斷、故障報警及數(shù)字化要求的系統(tǒng)。

2 Profibus-DP及其主要特性

Profibus-DP(DecentralizedPeriphery)：是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速便宜的通信連接，專為自動化控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)鏈接層(第1，2層)和用戶接口，用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)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€循環(huán)時間必須要比主站(PIE)程序循環(huán)時間短。此外，Profibus-DP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理及復雜設備在運行中參數(shù)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(jié)構(gòu)：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(jié)構(gòu)使得一個站點的裝卸載不影響其它站點的正常工作，系統(tǒng)的安裝還可以分別進行，后期安裝的系統(tǒng)不會對前期安裝的系統(tǒng)造成妨礙。

(4)診斷功能：經(jīng)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(wǎng)絡。

(6)可靠性和保護機制。

每個系統(tǒng)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(tài)設備、編程器、或操作面板，完成各站點的數(shù)據(jù)讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等。

(3)DP從站，指進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(qū)動器、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等)

3 Profibus-DP現(xiàn)場總線用于水電廠監(jiān)控的優(yōu)越性

實現(xiàn)了系統(tǒng)的全開放性，而開放自動化系統(tǒng)是現(xiàn)場總線發(fā)展的必然趨勢;實現(xiàn)了真正的分散控制，把控制功能下放到現(xiàn)場，每個控制回路完全由分散安裝的現(xiàn)場智能儀表來實現(xiàn)，增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的就地化;實現(xiàn)了全數(shù)字化通信，使系統(tǒng)抗干擾性和檢測精度大為提高;安全可靠、組態(tài)靈活、簡單易用，現(xiàn)場總線充分利用了用戶層規(guī)定的標準的“功能模塊”來組態(tài)成為系統(tǒng)，使控制策略的組態(tài)操作非常簡單;經(jīng)濟效益高，現(xiàn)場總線構(gòu)成的水電廠監(jiān)控系統(tǒng)共用一條數(shù)據(jù)總線傳遞信息，總線介質(zhì)豐富，節(jié)省電纜和控制設備等。

4 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案

4.1 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求

水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括水輪機、發(fā)電機、變壓器、母線、饋電線路、廠用變、開關柜、公用設備等。根據(jù)需要，一般要求監(jiān)控系統(tǒng)應具有以下功能：(1)數(shù)據(jù)采集與處理功能;(2)運行監(jiān)視、事件報警與事故處理指導功能;(3)生產(chǎn)過程的控制操作功能;(4)統(tǒng)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(gòu)成

根據(jù)水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的特點和要求，設計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，各個功能相互獨立，分別由系統(tǒng)不同部分結(jié)合相應的軟件來實現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，設計硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，下面對各組成部分作具體說明