現(xiàn)場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臺固定卷揚式啟閉機，啟閉機型號QPQ,啟閉能力1×80，設(shè)計引水流量100m3/s，設(shè)計引水水位26.72m,設(shè)計灌溉面積267萬畝。為了解決引黃渠的水文狀況的及時監(jiān)控和統(tǒng)一管理的問題，設(shè)計了李家岸水文監(jiān)控管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

李家岸水文監(jiān)控管理系統(tǒng)是一套集現(xiàn)場檢測儀表、現(xiàn)場控制單元、現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)、上位監(jiān)控管理及遠程監(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)控計算機及遠程上級管理單位進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，配合各種檢測設(shè)備對各個檢測量進行數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制。為了保證控制的可靠性，與上級中心PLC通訊選用Profibus-DP擴展模塊EM277，采用PROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議進行閘房與控制室之間的通訊。為了增強現(xiàn)場單元的信息導(dǎo)出，在現(xiàn)場使用了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。主要完成實時監(jiān)控，參數(shù)的修改，報警記錄及各個單元的數(shù)據(jù)采集、匯總，生成報表等功能。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閘門的啟閉狀況和實時高度。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)，具有實時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)的時間段在三個月內(nèi)可自由選擇。報表打印畫面能夠按照完成統(tǒng)一要求的格式進行歷史及在線的數(shù)據(jù)報表及曲線打印，對于報警信息可實現(xiàn)在線打印。報警畫面可以提供最近一千次的報警信息內(nèi)容查詢，包括報警時間、故障地點及部分故障原因。此外在該系統(tǒng)中報警信息條及操作權(quán)限信息及更改按鈕貫穿于每個操作界面，使操作員在每個畫面操作時，都不會錯過任何重要信息。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)運行時的操作過程。

WinCC集成的視頻監(jiān)視功能為在上位機上實現(xiàn)實時監(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，通過上位機進行視頻采集，可以充分利用大硬盤的優(yōu)勢進行硬盤錄像，可以長時間的保存影像資料。

3 現(xiàn)場總線在系統(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)化為中國國家標準（GB/T20540-2006 PROFIBUS規(guī)范）的國際性的開放式的工業(yè)現(xiàn)場總線標準，目前世界上許多自動化生產(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)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力、等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點分為： PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個兼容版本。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

Profibus-DP采用RS-485進行傳輸，通常稱為H2，采用屏蔽雙絞銅線電纜，共用一根導(dǎo)線對。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，分布投入不會影響到其他站點的操作。PROFIBUS-DP的基本功能和特性如下：

（1）遠距離高速通訊：波特率從96kbps到12Mbps;最大距離，12Mbps時100m,15Mbps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/從傳遞。每段可達32個站，用連接器連接段，最多可達126個站；
（3）易于安裝：因為RS-485的傳輸技術(shù)簡單，雙絞線的敷設(shè)不需要專業(yè)知識，總線結(jié)構(gòu)使得一個站點的裝卸不影響其它站點的正常的工作，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(luò)；
（6）可靠性和保護機制。