現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備／儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置／系統(tǒng)之間的一種串行,、數(shù)字式,、多點、雙向通信的數(shù)據(jù)總線,。其中“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類,。或者說,，現(xiàn)場總線是以單個分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息,，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng),。Profibus支持Type3現(xiàn)場總線是一種國際化、開放式,、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),，用于工廠自動化系統(tǒng)三級網(wǎng)絡(luò)中的底層，即車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制,，適用于分散的,、具有通訊接口的現(xiàn)場受控設(shè)備對底層設(shè)備有較高的數(shù)據(jù)集成和遠(yuǎn)程診斷、故障報警及數(shù)字化要求的系統(tǒng),。
2 Profibus-DP及其主要特性
Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）：是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速便宜的通信連接,，專為自動化控制系統(tǒng)與分散的I／0設(shè)備級之間通信使用而設(shè)計的,。它可取代24VDC或4～20mA信號傳輸。Profibus-DP使用物理層,，數(shù)據(jù)鏈接層（第1,，2層）和用戶接口，用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送,。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息,。總線循環(huán)時間必須要比主站（PIE）程序循環(huán)時間短,。此外,，Profibus-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理及復(fù)雜設(shè)備在運行中參數(shù)的確定,。
Profibus-DP的基本功能和特性如下：
?。?）遠(yuǎn)距離高速通信：波特率從9．6kbit／s～12Mbit／s；最大距離12Mbps時100m,，1．5Mbps時200m,，還可以用中繼器加長。
?。?）分布式結(jié)構(gòu)：各主站間令牌傳遞，主站與從站為主一從傳送,。每段可達(dá)32個站,，用連接器連接段，最多可達(dá)126個從站,。
?。?）易于安裝：總線結(jié)構(gòu)使得一個站點的裝卸載不影響其它站點的正常工作，系統(tǒng)的安裝還可以分別進(jìn)行,，后期安裝的系統(tǒng)不會對前期安裝的系統(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),。
?。?）可靠性和保護(hù)機(jī)制。
每個系統(tǒng)包括3種類型的設(shè)備：
?。?）一級DP主站,，即中央控制器（如PC、PLC）,，可與其它站交換信息,。
?。?）二級DP主站，指組態(tài)設(shè)備,、編程器,、或操作面板，完成各站點的數(shù)據(jù)讀寫,、系統(tǒng)配置,、故障診斷等。
?。?）DP從站,，指進(jìn)行輸入輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（如PIE，分散式I／O,，驅(qū)動器,、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）
3 Profibus-DP現(xiàn)場總線用于水電廠監(jiān)控的優(yōu)越性
實現(xiàn)了系統(tǒng)的全開放性,，而開放自動化系統(tǒng)是現(xiàn)場總線發(fā)展的必然趨勢,；實現(xiàn)了真正的分散控制，把控制功能下放到現(xiàn)場,，每個控制回路完全由分散安裝的現(xiàn)場智能儀表來實現(xiàn),，增強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的就地化；實現(xiàn)了全數(shù)字化通信,，使系統(tǒng)抗干擾性和檢測精度大為提高,；安全可靠、組態(tài)靈活,、簡單易用,，現(xiàn)場總線充分利用了用戶層規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的“功能模塊”來組態(tài)成為系統(tǒng)，使控制策略的組態(tài)操作非常簡單,；經(jīng)濟(jì)效益高,，現(xiàn)場總線構(gòu)成的水電廠監(jiān)控系統(tǒng)共用一條數(shù)據(jù)總線傳遞信息，總線介質(zhì)豐富,，節(jié)省電纜和控制設(shè)備等,。
4 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案
4.1 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求
水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī),、變壓器,、母線、饋電線路,、廠用變,、開關(guān)柜、公用設(shè)備等,。根據(jù)需要,，一般要求監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：（1）數(shù)據(jù)采集與處理功能,；（2）運行監(jiān)視、事件報警與事故處理指導(dǎo)功能,；（3）生產(chǎn)過程的控制操作功能,；（4）統(tǒng)計記錄和制表打印功能；（5）智能報警功能,；（6）事故分析及故障診斷功能,；（7）通信功能；（8）實時在線診斷功能,。
4.2 硬件構(gòu)成
根據(jù)水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的特點和要求,，設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，各個功能相互獨立,，分別由系統(tǒng)不同部分結(jié)合相應(yīng)的軟件來實現(xiàn),。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示,，下面對各組成部分作具體說明,。
4.2.1 主站
一級主站采用西門子S7—300系列的CPU315—2DPPIE作為中央控制器，由其運行整個控制程序,，且實現(xiàn)于其它站的信息交換,。
二級主站采用研華工控機(jī)，通過CP一5613DP卡與總線相連,，工程師站對整個系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和編程,；操作員站對整個系統(tǒng)進(jìn)行操作、運行和監(jiān)控,，但不能修改組態(tài)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)程序，同時還兼作局域網(wǎng)的服務(wù)器使用,。
觸摸屏采用西門子TP170A,，通過MPI與S‘／一300 PIg：的MPI通訊H相連，安裝于現(xiàn)場實現(xiàn)對S7 300的簡單操作與顯示相關(guān)運行參數(shù),。
4.2.2 從站
從站的形式多種多樣,，從站1為 EI200M IM一153帶模擬量輸入輸出模塊；從站2為S7—200 PIE
CPU224通過EM277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—300PIE交換信息,；從站3為智能儀表,、智能模塊直接掛在總線上，它們的CPU與PIE的CPU并行工作,，占用主機(jī)的時間很少,，有利于提高PIE的掃描速度和完成特殊功能,。當(dāng)然也可以連接其它的更多的從站。
4.2.3 局域網(wǎng)
由操作員站作服務(wù)器通過網(wǎng)卡,、交換機(jī),、其他計算機(jī)組成局域網(wǎng)，客戶機(jī)可以實現(xiàn)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(tǒng),。
從整個組成部分來看,，主站實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控，從站實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制動作,，局域網(wǎng)則與操作員站一起實現(xiàn)了信息管理功能,。因此，硬件組成與系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)是一致的,。
4.3 軟件方案
軟件設(shè)計部分包括組態(tài)編程軟件和監(jiān)控軟件,。
4.3.1 組態(tài)編程軟件
系統(tǒng)采用SIMATIC S7—300的配套軟件包SrEP 7 V5．2完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置,、PIE程序編制,、測試、調(diào)試等,。STEP7運行于 Windows環(huán)境下,，界面友好，組態(tài)編程方便,，在線調(diào)試直觀,、便捷，有梯形圖（LAj）,、語句表（STL）和功能圖（FBD）3種編程形式可隨意切換和組合使用,。根據(jù)硬件參數(shù)首先進(jìn)行硬件配置和網(wǎng)絡(luò)配置，然后編制PIE程序,，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PIE的主監(jiān)控掃描程序，用于控制程序的運行,，F(xiàn)B,、Fc是各個功能子程序塊，DB數(shù)據(jù)塊為存儲各運行數(shù)據(jù)的區(qū)域。
對s7—200 PIE采用西門子編程工具SIEP 7一MicmWIN32V3．1編程,，方法與上述大同小異,，只是要注意S7—300和S7—200是通過v區(qū)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的。采用西門子專用觸摸屏組態(tài)工具Protool V6．0對TP170A組態(tài),。
4.3.2 監(jiān)控軟件
操作員站由于還充當(dāng)局域網(wǎng)的服務(wù)器,，故操作系統(tǒng)為 n．dows2000服務(wù)器版，采用西門子公司的組態(tài)監(jiān)控軟件SIMATICWinCC．WinCC包括圖形設(shè)計器,、報警記錄,、標(biāo)記記錄、報告設(shè)計器,、全局腳本,、控制中心、用戶管理等功能,，它集控制技術(shù),、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù),、數(shù)據(jù)庫技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身，含有實時數(shù)據(jù)報表,、歷史數(shù)據(jù)報表,、實時曲線、歷史曲線,、報表查詢等控件,，為工程技術(shù)人員提供一個很好的二次開發(fā)平臺。
5 結(jié)束語
該監(jiān)控系統(tǒng)采用Profibus —DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)分布式控制,，網(wǎng)絡(luò)速度快,、可靠性高、開放性好,、抗干擾能力強(qiáng),，給安裝、調(diào)試和設(shè)備維護(hù)帶來方便,，提高了生產(chǎn)效率和管理水平。這種網(wǎng)絡(luò)體系具有較高的性能價格比,，并能根據(jù)用戶要求擴(kuò)展至各種形式和規(guī)模,。