現(xiàn)場總線技術在水電站狀態(tài)監(jiān)測中的應用

引言
水力機組的狀態(tài)監(jiān)測就是根據(jù)對表征機組運行狀況特性的參量跟蹤監(jiān)測值（如振動和位移量）是否超出正常運行范圍來判斷運行設備的狀態(tài)是正常、異?；蚬收希苊夂蜏p少更嚴重的機組損壞和無計劃的停產(chǎn)檢修。狀態(tài)監(jiān)測的主要目的是使機器良性運轉的時間達到最大化，將停機時間降為最低，為設備的狀態(tài)檢修、實現(xiàn)“無人值班”（少人值守）提供可靠的依據(jù)。而“無人值班”（少人值守）是水電廠現(xiàn)代化管理的發(fā)展方向，如何保證設備在“無人值班”（少人值守）的管理模式下安全、經(jīng)濟、可靠地運行，是國內(nèi)外近幾年來亟待解決的技術問題解決這一問題的有效途徑在于及時了解設備的運行狀態(tài)，有針對性地維護設備，減少設備的突發(fā)性故障和提高設備利用率，并逐步實現(xiàn)由定期維修體制向狀態(tài)檢修體制的轉變。因此，水力機組的狀態(tài)監(jiān)測與診斷是實現(xiàn)“無人值班”（少人值守）的重要保證。
　　目前常用的一對一模式通常是把傳感器或執(zhí)行機構一對一的接入PLC或其他數(shù)據(jù)采集模塊，因此，一個設備就要有一組電源、一組信號，需要龐大的電源與信號電纜從而使系統(tǒng)復雜化。而且很多水力機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的兼容性、容錯性、靈活性等方面還存在很多局限性．使得系統(tǒng)功能擴充、升級比較困難，缺少可移植性和通用性；監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)周期長，成本高，可靠性不夠好．由于缺乏統(tǒng)一、標準、開放的接口，監(jiān)測系統(tǒng)與生產(chǎn)過程管理及全場運行調(diào)度決策管理等信息系統(tǒng)的集成，以及與其它監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的信息交流也都較困難．而現(xiàn)場總線技術，可以使傳感器、執(zhí)行器直接接入網(wǎng)絡，一條網(wǎng)線可以連接多個傳感器和執(zhí)行元件，省去大量電纜。這對于遠端設備的數(shù)據(jù)采集與控制尤其適合。此外，總線技術與智能設備配合使用，可以使遠端設備獨立工作，在網(wǎng)絡故障時能獨立運行。本文作者開發(fā)了一套基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術的、性能價格比較高、適用于中小型水電廠、使用和維護方便的監(jiān)測分析系統(tǒng)。
2 Profi bus現(xiàn)場總線技術
2．1 概述[1]
　　Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，廣泛應用于工業(yè)自動化。Profibus根據(jù)應用特點分為以下三個兼容版本：Profibus— FMS（fieldbus messagespecification，現(xiàn)場總線報文規(guī)范）、Profibus-DP（decentralizedperiphery，分散型外圍設備）、Profibus— PA（processautomation，過程自動化）。
　　本文使用的Profibus— DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設備級分散I／0設備之間通信設計，使用Profibus— DP模塊可以取代價格昂貴的24V或0-20mA并行信號線，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率可達12Mbit／s，一般構成單主站系統(tǒng)；
2．2 通信協(xié)議
　　Profibus通信協(xié)議通過ISO／OSI參考模型第2層實現(xiàn)，在Profibus中第2層被稱為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路FDL（fieldbusdatatink），Profibus總線上的設備包括主站和從站。主站在一個限定時間（令牌持有時間tokenhold time）內(nèi)對總線有控制權，這時主站可以向從站發(fā)送數(shù)據(jù)或請求從站的數(shù)據(jù)，從站對總線沒有控制權，只是響應一個主站的請求或確認主站發(fā)送的數(shù)據(jù)。因此Profibus通信協(xié)議包括主站之間的令牌傳遞協(xié)議和主、從站之間的主從協(xié)議。令牌傳遞協(xié)議確保每個主站有足夠的時間履行它的通信任務，令牌在所有主站中循環(huán)一周的最長時間是一定的，主從協(xié)議保證主站在令牌持有時間內(nèi)與從站的通信。
2．3 PrOf1bus—DP的傳輸技術[2]
Profibus提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型!：用于DP和FMS的RS485傳輸、用于PA的IECll58—2傳輸和光纖傳輸技術。RS485傳輸是Profibus最常用的一種傳輸技術，這種技術通常稱之為H2，采用的電纜是屏蔽雙絞銅線，RS485傳輸技術基本特征如下：（1）網(wǎng)絡拓撲：線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；（2）傳輸速率：9．6k‘12Mbit／s：（3）介質(zhì)：雙絞屏蔽電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMc）：（4）站點數(shù)：不帶中繼器每分段32個站，帶中繼器可多達127個站；（5）插頭連接：使用9針D型插頭；
2．4 Profi bus-DP的設備類型
　　Profibus-DP#tA,～：構成單主站或多主站系統(tǒng)，系統(tǒng)配置的描述包括站數(shù)、站地址、輸入／輸出地址、輸人數(shù)， Profilms-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設備。
　?。?）一級DP主站（DPM1）。一級DP主站是中央控制器，它在預定的信息周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息，典型的DPM1如PLC或PC。
　?。?）二級DP主站（DPM2）。二級DP主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。
　?。?）DP從站。DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備（I／0設備、驅(qū)動器、HMI、閥門等）。
2．5 Profi bus-DP系統(tǒng)行為
　　系統(tǒng)行為主要取決于DMPl的操作狀態(tài)，這些狀態(tài)由本地或總線的配置設備所控制，主要有以下三種狀態(tài)。運行：輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳送，DPM l由DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息。清除．DMPl讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持為故障或安全狀態(tài)。停止：只能進行主一主數(shù)據(jù)傳送，DMP1和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳送。
3 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術在水力機組狀態(tài)監(jiān)測中的應用