現(xiàn)場(chǎng)總線在李家岸引黃涵閘通訊中的應(yīng)用

1 引言

李家岸引黃涵閘是黃河下游的一座大型自流引水閘，該引黃閘位于齊河縣晏城鎮(zhèn)李家岸村，相應(yīng)臨黃堤左岸樁號(hào)123+210，三連九孔，鋼筋混凝土箱式涵洞結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土平板閘門，9臺(tái)固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，啟閉機(jī)型號(hào)QPQ,啟閉能力1×80，設(shè)計(jì)引水流量100m3/s，設(shè)計(jì)引水水位26.72m,設(shè)計(jì)灌溉面積267萬畝。為了解決引黃渠的水文狀況的及時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)一管理的問題，設(shè)計(jì)了李家岸水文監(jiān)控管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李家岸水文監(jiān)控管理系統(tǒng)是一套集現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)控制單元、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、上位監(jiān)控管理及遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的現(xiàn)代化綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主站采用Siemens的Simatic S7-300，主要完成與下位采集單元、上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)及遠(yuǎn)程上級(jí)管理單位進(jìn)行有線及無線的通訊任務(wù)。主控制器采用雙通訊口的S7-200系列PLC的CPU-226，作為終端采集單元及控制器，配合各種檢測(cè)設(shè)備對(duì)各個(gè)檢測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制。為了保證控制的可靠性，與上級(jí)中心PLC通訊選用Profibus-DP擴(kuò)展模塊EM277，采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議進(jìn)行閘房與控制室之間的通訊。為了增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)單元的信息導(dǎo)出，在現(xiàn)場(chǎng)使用了SIEMENS公司的TD200液晶觸摸顯示屏。

系統(tǒng)采用西門子WINCC5.1作為上位監(jiān)控軟件。主要完成實(shí)時(shí)監(jiān)控，參數(shù)的修改，報(bào)警記錄及各個(gè)單元的數(shù)據(jù)采集、匯總，生成報(bào)表等功能。上位監(jiān)控系統(tǒng)有5部分組成。閘門監(jiān)控畫面作為主畫面模擬顯示涵閘概貌及各個(gè)閘門的啟閉狀況和實(shí)時(shí)高度。數(shù)據(jù)歸檔畫面主要表格及曲線的形式顯示從下位單元采集上來的數(shù)據(jù)，具有實(shí)時(shí)及歷史曲線打印和歷史數(shù)據(jù)查詢的功能，歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間段在三個(gè)月內(nèi)可自由選擇。報(bào)表打印畫面能夠按照完成統(tǒng)一要求的格式進(jìn)行歷史及在線的數(shù)據(jù)報(bào)表及曲線打印，對(duì)于報(bào)警信息可實(shí)現(xiàn)在線打印。報(bào)警畫面可以提供最近一千次的報(bào)警信息內(nèi)容查詢，包括報(bào)警時(shí)間、故障地點(diǎn)及部分故障原因。此外在該系統(tǒng)中報(bào)警信息條及操作權(quán)限信息及更改按鈕貫穿于每個(gè)操作界面，使操作員在每個(gè)畫面操作時(shí)，都不會(huì)錯(cuò)過任何重要信息。操作權(quán)限可根據(jù)操作員身份的不同而設(shè)定，并可以在在線狀態(tài)下修改個(gè)人密碼，工程師應(yīng)具有最高權(quán)限。此系統(tǒng)可以用日期、時(shí)間、操作員姓名以及新舊數(shù)據(jù)之間的比較來記錄系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的操作過程。

WinCC集成的視頻監(jiān)視功能為在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了可能，通過視頻采集卡監(jiān)控畫面可以嵌入監(jiān)控界面，為統(tǒng)一的管理提供了方便。此外，通過上位機(jī)進(jìn)行視頻采集，可以充分利用大硬盤的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行硬盤錄像，可以長(zhǎng)時(shí)間的保存影像資料。

3 現(xiàn)場(chǎng)總線在系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 關(guān)于Profibus總線

Profibus是Process Fieldbus的縮寫，是一種已經(jīng)轉(zhuǎn)化為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T20540-2006 PROFIBUS規(guī)范）的國(guó)際性的開放式的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，目前世界上許多自動(dòng)化生產(chǎn)廠家都為它們生產(chǎn)的設(shè)備提供PROFIBUS接口，廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力、等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為： PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個(gè)兼容版本。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

Profibus-DP采用RS-485進(jìn)行傳輸，通常稱為H2，采用屏蔽雙絞銅線電纜，共用一根導(dǎo)線對(duì)。波特率從9.6kbit/s到12Mbit/s。RS485操作容易，總線結(jié)構(gòu)允許增加和減少站點(diǎn)，分布投入不會(huì)影響到其他站點(diǎn)的操作。PROFIBUS-DP的基本功能和特性如下：

（1）遠(yuǎn)距離高速通訊：波特率從96kbps到12Mbps;最大距離，12Mbps時(shí)100m,15Mbps時(shí)200m,還可以用中繼器加長(zhǎng)；
（2）分布式結(jié)構(gòu)：各主站間令牌傳遞，主站與從站為主/從傳遞。每段可達(dá)32個(gè)站，用連接器連接段，最多可達(dá)126個(gè)站；
（3）易于安裝：因?yàn)镽S-485的傳輸技術(shù)簡(jiǎn)單，雙絞線的敷設(shè)不需要專業(yè)知識(shí)，總線結(jié)構(gòu)使得一個(gè)站點(diǎn)的裝卸不影響其它站點(diǎn)的正常的工作，系統(tǒng)的安裝還可以分別進(jìn)行，后期安裝的系統(tǒng)不會(huì)對(duì)前期安裝的系統(tǒng)造成妨礙；
（4）診斷功能：經(jīng)過擴(kuò)展的Profibus-DP的診斷功能能對(duì)故障進(jìn)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(luò)；
（6）可靠性和保護(hù)機(jī)制。