現(xiàn)場總線技術在水電站狀態(tài)監(jiān)測中的應用

　　一級主站：兩組PLC作為DP一級主站，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，它具有強大的處理能力，并集成了Profibus-DP現(xiàn)場總線接口裝置，直接掛接于Profibus—DP網(wǎng)絡。PLC程序在上位機的編程工具STEP7中編譯完成后下載到CPU3 1 5，并存儲在CPU315中，CPU315可自動運行該程序，根據(jù)程序內(nèi)容讀取所有I／O模塊的狀態(tài)字，控制硬件設備。
　　二級主站：上位機是DP類型二類主站。本系統(tǒng)采用研華工控機作為上位機，通過現(xiàn)場總線接口卡CP56 1 3使工控機接入DP網(wǎng)絡，這樣工控機與現(xiàn)場總線網(wǎng)段就連接為能完成組態(tài)、運行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)運用雙機冗余，兩臺工控機通過同樣的現(xiàn)場總線接口卡CP5613與現(xiàn)場總線相連，如果其中一臺工控機發(fā)生故障，另一臺可進行相應的監(jiān)控，保證系統(tǒng)正常運行。
3．2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計
　　本系統(tǒng)軟件設計主要包括三大部分，其一為上位機監(jiān)控程序的設計，主要包括系統(tǒng)運行需要的水力機組狀態(tài)監(jiān)控主界面、報表生成和數(shù)據(jù)查詢界面等人機界面的設 其二為PLC控制程序的設計，其中包括系統(tǒng)Profibus—DP網(wǎng)絡組態(tài)、系統(tǒng)硬件組態(tài)、控制程序設計等；其三為通信程序設計，通信程序主要包括上位機和PLC之間的通信，PLC對被控對象的控制程序，上位機和遠程調(diào)試的通信三個方面。
3．2．1 上位機監(jiān)控程序設計
　　本文利用監(jiān)控組態(tài)軟件開發(fā)上位機監(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)報表的形成，系統(tǒng)用戶管理等。
　　（1）監(jiān)控界面開發(fā)
本系統(tǒng)開發(fā)的人機界面主要有以下幾部分。l、水電廠實際運行主界面：根據(jù)運行現(xiàn)場的實際，動態(tài)顯示水電廠實際運行隋況。2、監(jiān)控界面：根據(jù)生產(chǎn)要求，組態(tài)監(jiān)控界面，包括運行方式（自動／手動）、溫度和壓力的越限報警、導葉開度、閥門開度、有功、無功、水頭等。3、報表生成以及數(shù)據(jù)查詢界面：根據(jù)要求，自動生成生產(chǎn)報表，包括值班報表、日報表、月報表，輸出查詢主要設置按時間隨機查詢?nèi)魏我粋€時間段內(nèi)的運行數(shù)據(jù)。
　　（2）數(shù)據(jù)庫的建立和用戶管理
　　實時數(shù)據(jù)庫是本系統(tǒng)的核心，也是應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各部分均以實時數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)公用區(qū)，進行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實現(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)對象的建立和數(shù)據(jù)對象屬性設置兩部分；用戶管理主要用于設置系統(tǒng)的操作權限，由于本監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，因此對系統(tǒng)的操作權限提出了較高的要求，操作權限分工程師和操作員等級別，系統(tǒng)啟動和退出、運行參數(shù)的給定等必須具有相應的操作權限。
3．2．2 PLC軟件設計
　　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)設置、PLC程序編制、測試、調(diào)試和文檔處理。
　?。?）網(wǎng)絡硬件組態(tài)[3]
　　本監(jiān)控系統(tǒng)是基于Profibus—DP的一個通信網(wǎng)絡，在STEP7中，必須進行硬件網(wǎng)絡組態(tài)。如本系統(tǒng)的兩個SIMATIC 300站，兩個SIMATIC PC Station，還要插入對象Profibus-DP，對于每個不同的對象，可以打開本對象的屙陛對話框，設置相應的屬性。對于每個對象，還必須進行硬件組態(tài)，如SIMATIC 300的機架、CPU模塊、電源模塊和輸入輸出模塊（I／O）等；
　　（2）PLC控制程序設計
　　通常，用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數(shù)據(jù)塊（DB）構成。其中，OB是系統(tǒng)操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行，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)的存儲區(qū)，本系統(tǒng)中它是上位機監(jiān)控軟件與STEP7程序的數(shù)據(jù)接口點。
　　基于$7-300 PLC的編程軟件STEP7是利用模塊化程序設計方法，由于其中許多模塊功能相近，只是參數(shù)不同，因此將高級語言中的面向對象程序設計方法應用到了此監(jiān)控系統(tǒng)的程序設計中，實現(xiàn)了代碼重用，大大簡化了軟件的開發(fā)和維護。
3．2．3 通信程序的設計
　　通信程序主要包括上位機和PLC之間的通信，PLC對被控對象的控制程序，上位機和遠程調(diào)試的通信三個方面。
　?。?）上位機和PLC之間的通信
　　根據(jù)前面的硬件設計，上位機和PLC之間通過網(wǎng)卡CP5613進行通信，因此在WINCC軟件設計中，進行設備組態(tài)。從設備箱中選擇相應的設備，進行屬性設置，主要包括基本屬性、通道連接、設備調(diào)試、數(shù)據(jù)處理四個屬性頁，編寫響應的腳本程序，實現(xiàn)上位機和PLC之間的通信。
　?。?）PLC對被控對象的控制程序
　　為了實現(xiàn)對被控對象的控制，必須對PLC編寫相應的控制程序，實現(xiàn)PLC和被控對象之間的數(shù)據(jù)傳輸，在STEP7中完成硬件網(wǎng)絡組態(tài)，為被控對象分配網(wǎng)絡地址；在組織塊OB中選用SFC14“DPRD-DAT”系統(tǒng)功能塊，編寫程序，實現(xiàn)PLC對被控對象數(shù)據(jù)的讀?。煌ㄟ^調(diào)用SFC15“DPWR-DAT”系統(tǒng)功能塊實現(xiàn)向與被控對象相應的模塊寫數(shù)據(jù)。
　?。?）上位機和遠程調(diào)度的通信
　　為了把機組的實際隋況及時傳送到遠程調(diào)試部門，以及把遠程調(diào)度的命令及時傳送到上位機，需要將t位機和遠程調(diào)度聯(lián)系起來。本系統(tǒng)中采用工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)上位機和遠程調(diào)度間的通[4]。
4 結束語
　　目前，PROFIBUS現(xiàn)場總線技術以它先進的技術優(yōu)勢，得到了廣泛地應用，本文就是對現(xiàn)場總線技術使用的嘗試。在系統(tǒng)軟件設計中，利用了當前比較流行的監(jiān)控組態(tài)軟件WINCC進行上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計，大大節(jié)省了系統(tǒng)的開發(fā)時間，提高了系統(tǒng)的可靠性、通用性及可擴充性；利用順序控制設計方法進行PLC控制程序設計，大大簡化了軟件的開發(fā)和維護工作。
　　通過Profibus-DP總線，主站（工控機）與從站機（機組控制系統(tǒng)）構成了一個結構簡單、應用靈活的工業(yè)控制網(wǎng)絡。本系統(tǒng)具有較高的性能價格比，并能根據(jù)實際要求進行擴充。