如何進行基于現場總線的水電廠發(fā)電機組控制系統設計？

二級主站采用研華工控機，包括工程師站和操作員站，都通過CP-5613DP卡與總線相連，工程師站對整個系統進行組態(tài)和編程;操作員站對整個系統進行操作、運行和監(jiān)控，但不能修改組態(tài)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S7-300?PLC的MPI通訊口相連，安裝于現場，實現對S7-300的簡單操作與顯示相關運行參數。

(2)從站

從站的形式多種多樣，?ET200M從站IM-153帶模擬量輸入輸出模塊;?從站S7-200PLC?CPU224通過EM277?DP接口與總線相連，S7-200PLC可運行自身程序，連接I/O輸入輸出，又可與S7-300PLC交換信息;智能儀表、智能模塊直接掛在總線上，它們的CPU與 PLC的CPU并行工作，占用主機的時間很少,有利于提高PLC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。

(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(jiān)視運行狀態(tài)、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(jiān)控，從站實現數據的采集和驅動相應執(zhí)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。

3.2 軟件方案

軟件部分包括硬件組態(tài)、控制程序編制和組態(tài)監(jiān)控系統。

(1)硬件組態(tài)

硬件連好之后，根據硬件參數首先進行硬件配置和網絡配置也就是進行組態(tài)。硬件組態(tài)是系統實現的基礎，所謂“硬件組態(tài)”，就是模擬真實的PLC硬件系統，將CPU、電源和信號模塊的設備安裝到相應的機架上，并對PLC硬件模塊的參數進行設置和修改的過程。當用戶需要修改模塊的參數地址，需要設置網絡通訊，需要將分布式外設連接到主站，或者從主站卸掉某個設備時的時候，都必須要做硬件組態(tài)。

本系統采用SIMATIC?S7-300的配套軟件包STEP?7?V5.2完成硬件組態(tài)、參數設置、通訊測試、系統調試等。

(2)控制程序編制

編程軟件包括S7-300?PLC的STEP7和S7-200PLC的MicroWIN32V3.1，使用方便，在線調試直觀、便捷，有梯形圖(LAD)、語句表(STL)和功能圖(FBD)三種編程形式可隨意切換和組合使用。首先設置變量、分配I/O地址、編輯符號表，然后根據機組控制順序和要求繪制控制流程圖，最后是編制梯形圖控制程序。S7-300和S7-200編程方法上大同小異，它們之間是通過V區(qū)實現數據交換的。

(3)監(jiān)控系統組態(tài)

監(jiān)控軟件采用西門子公司的工控組態(tài)軟件SIMATIC?WinCC。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很好的二次開發(fā)平臺。WinCC與S7300?PLC之間的通訊也是基于Profibus-DP總線的物理連接。運用 WinCC我們可以很方便地組態(tài)出界面美觀、操作方便、功能強大的機組控制系統人機監(jiān)控畫面。

采用西門子專用觸摸屏組態(tài)工具ProtoolV6.0對TP170A組態(tài)，方法與WinCC類似，不過要簡單得多，觸摸屏一般安放于控制現場，實現簡單控制與顯示。

3.3 運行調試

系統設計的最后一步就是運行

調試，這里采用兩種方法：

(1)軟件仿真調試

STEP7軟件本身自帶仿真軟件組件，WinCC也自帶有變量模擬器，可模擬一些量的輸入，及時觀察程序執(zhí)行情況或者監(jiān)控畫面的實時情況，這種調試方法簡單易行，可隨時進行。缺點是與硬件有關的問題不能發(fā)現。

(2)硬件調試

在實驗室將各種傳感器與系統接好，模擬實際現場情況，進行調試，基本能排除大部分問題，如要使其更加完善，最好能到現場進行實地調試。

4 結束語

本系統采用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(guī)模，各水電廠逐步采用PROFIBUS-DP技術改造傳統監(jiān)控系統必將為我國的水電事業(yè)做出巨大貢獻。

本文作者創(chuàng)新點：PROFIBUS-DP現場總線網絡技術在工業(yè)當中已經應用很廣泛，但在水電廠中的應用還處于嘗試階段，本文針對這一現狀，設計出了基于Profibus-DP現場總線的水電廠機組控制系統。