現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在水電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

　　一級(jí)主站：兩組PLC作為DP一級(jí)主站，CPU位于控制中心，本系統(tǒng)的PLC采用Siemens公司的S7—300，處理器均為CPU3l5—2DP，它具有強(qiáng)大的處理能力，并集成了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口裝置，直接掛接于Profibus—DP網(wǎng)絡(luò)。PLC程序在上位機(jī)的編程工具STEP7中編譯完成后下載到CPU3 1 5，并存儲(chǔ)在CPU315中，CPU315可自動(dòng)運(yùn)行該程序，根據(jù)程序內(nèi)容讀取所有I／O模塊的狀態(tài)字，控制硬件設(shè)備。
　　二級(jí)主站：上位機(jī)是DP類型二類主站。本系統(tǒng)采用研華工控機(jī)作為上位機(jī)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡CP56 1 3使工控機(jī)接入DP網(wǎng)絡(luò)，這樣工控機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段就連接為能完成組態(tài)、運(yùn)行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)運(yùn)用雙機(jī)冗余，兩臺(tái)工控機(jī)通過同樣的現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡CP5613與現(xiàn)場(chǎng)總線相連，如果其中一臺(tái)工控機(jī)發(fā)生故障，另一臺(tái)可進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。
3．2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括三大部分，其一為上位機(jī)監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)運(yùn)行需要的水力機(jī)組狀態(tài)監(jiān)控主界面、報(bào)表生成和數(shù)據(jù)查詢界面等人機(jī)界面的設(shè) 其二為PLC控制程序的設(shè)計(jì)，其中包括系統(tǒng)Profibus—DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、系統(tǒng)硬件組態(tài)、控制程序設(shè)計(jì)等；其三為通信程序設(shè)計(jì)，通信程序主要包括上位機(jī)和PLC之間的通信，PLC對(duì)被控對(duì)象的控制程序，上位機(jī)和遠(yuǎn)程調(diào)試的通信三個(gè)方面。
3．2．1 上位機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)
　　本文利用監(jiān)控組態(tài)軟件開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控程序，監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的軟件平臺(tái)工具，本系統(tǒng)選用西門子公司的WINCC組態(tài)軟件來完成監(jiān)控畫面的組態(tài)，數(shù)據(jù)庫的建立以及生產(chǎn)報(bào)表的形成，系統(tǒng)用戶管理等。
　?。?）監(jiān)控界面開發(fā)
本系統(tǒng)開發(fā)的人機(jī)界面主要有以下幾部分。l、水電廠實(shí)際運(yùn)行主界面：根據(jù)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，動(dòng)態(tài)顯示水電廠實(shí)際運(yùn)行隋況。2、監(jiān)控界面：根據(jù)生產(chǎn)要求，組態(tài)監(jiān)控界面，包括運(yùn)行方式（自動(dòng)／手動(dòng)）、溫度和壓力的越限報(bào)警、導(dǎo)葉開度、閥門開度、有功、無功、水頭等。3、報(bào)表生成以及數(shù)據(jù)查詢界面：根據(jù)要求，自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表，包括值班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表，輸出查詢主要設(shè)置按時(shí)間隨機(jī)查詢?nèi)魏我粋€(gè)時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
　?。?）數(shù)據(jù)庫的建立和用戶管理
　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是本系統(tǒng)的核心，也是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各部分均以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)公用區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。數(shù)據(jù)庫的建立主要包括數(shù)據(jù)對(duì)象的建立和數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置兩部分；用戶管理主要用于設(shè)置系統(tǒng)的操作權(quán)限，由于本監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，因此對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限提出了較高的要求，操作權(quán)限分工程師和操作員等級(jí)別，系統(tǒng)啟動(dòng)和退出、運(yùn)行參數(shù)的給定等必須具有相應(yīng)的操作權(quán)限。
3．2．2 PLC軟件設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)采用SIMATICS7—300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、PLC程序編制、測(cè)試、調(diào)試和文檔處理。
　?。?）網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)[3]
　　本監(jiān)控系統(tǒng)是基于Profibus—DP的一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，在STEP7中，必須進(jìn)行硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。如本系統(tǒng)的兩個(gè)SIMATIC 300站，兩個(gè)SIMATIC PC Station，還要插入對(duì)象Profibus-DP，對(duì)于每個(gè)不同的對(duì)象，可以打開本對(duì)象的屙陛對(duì)話框，設(shè)置相應(yīng)的屬性。對(duì)于每個(gè)對(duì)象，還必須進(jìn)行硬件組態(tài)，如SIMATIC 300的機(jī)架、CPU模塊、電源模塊和輸入輸出模塊（I／O）等；
　　（2）PLC控制程序設(shè)計(jì)
　　通常，用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成。其中，OB是系統(tǒng)操作程序與應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行，F(xiàn)B、FC是用戶子程序，DB是用戶定義的用于存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)，本系統(tǒng)中它是上位機(jī)監(jiān)控軟件與STEP7程序的數(shù)據(jù)接口點(diǎn)。
　　基于$7-300 PLC的編程軟件STEP7是利用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，由于其中許多模塊功能相近，只是參數(shù)不同，因此將高級(jí)語言中的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法應(yīng)用到了此監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了代碼重用，大大簡(jiǎn)化了軟件的開發(fā)和維護(hù)。
3．2．3 通信程序的設(shè)計(jì)
　　通信程序主要包括上位機(jī)和PLC之間的通信，PLC對(duì)被控對(duì)象的控制程序，上位機(jī)和遠(yuǎn)程調(diào)試的通信三個(gè)方面。
　?。?）上位機(jī)和PLC之間的通信
　　根據(jù)前面的硬件設(shè)計(jì)，上位機(jī)和PLC之間通過網(wǎng)卡CP5613進(jìn)行通信，因此在WINCC軟件設(shè)計(jì)中，進(jìn)行設(shè)備組態(tài)。從設(shè)備箱中選擇相應(yīng)的設(shè)備，進(jìn)行屬性設(shè)置，主要包括基本屬性、通道連接、設(shè)備調(diào)試、數(shù)據(jù)處理四個(gè)屬性頁，編寫響應(yīng)的腳本程序，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和PLC之間的通信。
　?。?）PLC對(duì)被控對(duì)象的控制程序
　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制，必須對(duì)PLC編寫相應(yīng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)PLC和被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)傳輸，在STEP7中完成硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，為被控對(duì)象分配網(wǎng)絡(luò)地址；在組織塊OB中選用SFC14“DPRD-DAT”系統(tǒng)功能塊，編寫程序，實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)被控對(duì)象數(shù)據(jù)的讀取；通過調(diào)用SFC15“DPWR-DAT”系統(tǒng)功能塊實(shí)現(xiàn)向與被控對(duì)象相應(yīng)的模塊寫數(shù)據(jù)。
　?。?）上位機(jī)和遠(yuǎn)程調(diào)度的通信
　　為了把機(jī)組的實(shí)際隋況及時(shí)傳送到遠(yuǎn)程調(diào)試部門，以及把遠(yuǎn)程調(diào)度的命令及時(shí)傳送到上位機(jī)，需要將t位機(jī)和遠(yuǎn)程調(diào)度聯(lián)系起來。本系統(tǒng)中采用工業(yè)以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和遠(yuǎn)程調(diào)度間的通[4]。
4 結(jié)束語
　　目前，PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以它先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛地應(yīng)用，本文就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使用的嘗試。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，利用了當(dāng)前比較流行的監(jiān)控組態(tài)軟件WINCC進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大大節(jié)省了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可靠性、通用性及可擴(kuò)充性；利用順序控制設(shè)計(jì)方法進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)，大大簡(jiǎn)化了軟件的開發(fā)和維護(hù)工作。
　　通過Profibus-DP總線，主站（工控機(jī)）與從站機(jī)（機(jī)組控制系統(tǒng)）構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比，并能根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行擴(kuò)充。