基于現(xiàn)場(chǎng)總線和西門子PLC器件實(shí)現(xiàn)電廠閘壩監(jiān)控系統(tǒng)的改造

1．引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用范圍的日益拓展，以及分布式控制產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的要求和趨勢(shì)，使近幾年現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得以迅速發(fā)展。它較完整地實(shí)現(xiàn)了控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的集成，其特點(diǎn)是可靠性高，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)及系統(tǒng)擴(kuò)充成本低。本文介紹了西門子Profibus—bp現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠閘壩監(jiān)控系統(tǒng)改造中的應(yīng)用及特點(diǎn)。

2．Profibus—bD的功能特點(diǎn)

目前現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品有多種，其中Profibus是由西門子公司提出并極力倡導(dǎo)， 已經(jīng)先后成為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EU50170．是一種開放而獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，其協(xié)議結(jié)構(gòu)是以ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI（Open System Intereonnection）參考模型為基礎(chǔ)．在機(jī)械制造、工業(yè)過(guò)程控制、智能建筑中充當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)。Profibus由Profibus—PA、Profibus—DP和Profibus—FMS三個(gè)系列組成。

Profibus—DP（Distributed Peripherals）使用了第一層、第二層和用戶接口．第三層到第七層未加定義，這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俣行У剡M(jìn)行．直接數(shù)據(jù)鏈路映象（Direct Data Link Mapper-DDLM）使用戶接口易于進(jìn)入第二層。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)甩的系統(tǒng)功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同Profibus—DP設(shè)備的設(shè)備行為，還提供了傳輸可選用的RS-485傳輸技術(shù)或光纖傳輸技術(shù)。

Profibus—DP是一種高速而廉價(jià)的通信連接，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和在設(shè)備級(jí)分散的I／O之間的通信。介質(zhì)存取控制的基本方式為主站之間的令牌方式和主站與從站之間的主從方式，以及綜合這兩種方式的混合方式。不帶中繼器時(shí)每個(gè)分段最多32個(gè)站．帶中繼器時(shí)最多127個(gè)站。

3．基于profibus—dD的閘壩監(jiān)控系統(tǒng)改造

3．1原系統(tǒng)概述

趙山渡電廠的閘壩監(jiān)控系統(tǒng)是在2000年建立的，淺灘區(qū)采用一套MODICON COMPACT E984—265 PLC站控制1攤～9#閘門．主槽區(qū)采用一套MODICON COMPACT E984—265 PLC站控制10#～16#閘門，兩套PLC以MB+方式連網(wǎng)．由一臺(tái)工控機(jī)監(jiān)控。系統(tǒng)經(jīng)5年多的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)原系統(tǒng)存在一些問題：系統(tǒng)過(guò)于風(fēng)險(xiǎn)集中，閘門現(xiàn)地操作不方便，可靠性差等問題，已影響到了電廠的防汛和安全生產(chǎn)。

3．2新系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

針對(duì)原系統(tǒng)存在的問題，根據(jù)防汛要求及閘壩的實(shí)際情況，決定在新的閘壩監(jiān)控系統(tǒng)中采用基于profibus—dp網(wǎng)絡(luò)和西門子S7—20OPLC、s7—3～PLC實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理的智能集成控制系統(tǒng)。新的閘壩監(jiān)控系統(tǒng)分三級(jí)控制．即上層監(jiān)控管理級(jí)、集中控制級(jí)以及現(xiàn)地控制級(jí)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。

現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)分為17個(gè)獨(dú)立控制單元，其中16個(gè)控制單元分別控制16個(gè)閘門的液壓閥組．第17個(gè)控制單元對(duì)閘壩配電參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。每個(gè)控制單元主要由一臺(tái)西門子S7—200PLC及一臺(tái)觸摸屏組成。其主要功能為：提供操作界面、并負(fù)責(zé)處理、存儲(chǔ)、管理從本地控制系統(tǒng)傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)為集中控制級(jí)PLC提供數(shù)據(jù)．同時(shí)控制液壓閥組提升／下降閘門，執(zhí)行故障狀態(tài)保護(hù)及報(bào)警。集中控制級(jí)有兩個(gè)控制單元．分別控制淺灘區(qū)、主槽區(qū)的液壓站及各自的現(xiàn)場(chǎng)控制單元。每個(gè)控制單元主要由一臺(tái)西門子S7—300PLC及一臺(tái)觸摸屏組成。其主要功能為：提供操作界面、并負(fù)責(zé)處理、存儲(chǔ)、管理從現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)控制單元傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為上層監(jiān)控管理級(jí)的服務(wù)器提供數(shù)據(jù)．同時(shí)控制本系統(tǒng)中的液壓設(shè)備，也可對(duì)本系統(tǒng)中的閘門進(jìn)行集中調(diào)度．執(zhí)行故障狀態(tài)保護(hù)。

上層監(jiān)控管理級(jí)的主要任務(wù)是對(duì)整個(gè)閘門運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度．?dāng)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，報(bào)表打印等一系列任務(wù)。

3．3 新系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊

改造后監(jiān)控系統(tǒng)中．集中控制級(jí)與上層監(jiān)控管理級(jí)采用10／100bps快速交換式以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行通訊。集中控制級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊采用1．5mbps profibus總線形式。集中控制級(jí)的S7—300PLC控制器CPU 用CPU315—2DP．配置一個(gè)通信處理器CP342—5作為Profibus—DP系統(tǒng)的主站，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的S7—200PLC控）制器中，配備一個(gè)EM277模塊作為PROFIBUS—DP協(xié)議下的從站．實(shí)現(xiàn)集中控制級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)通信功能。

4．系統(tǒng)特點(diǎn)

自新的閘壩監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試投運(yùn)至今已一年多，Profibus—DP網(wǎng)絡(luò)無(wú)故障，系統(tǒng)運(yùn)行正常。新系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

1）具有良好的擴(kuò)展性。由于現(xiàn)場(chǎng)總線的開放性，可隨意增設(shè)工位；

2）安裝簡(jiǎn)單、快捷。采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)省去了大量的柜間互聯(lián)線，縮短了控制系統(tǒng)的生產(chǎn)、安裝周期；

3）調(diào)試、維修方便。從站的劃分以及PROFIBUS強(qiáng)大的故障診斷能力使調(diào)試和維護(hù)更方便：

4）成本降低。使用PROFIBUS技術(shù)，節(jié)省了大量的電纜、橋架以及培訓(xùn)和維護(hù)費(fèi)用。

5）風(fēng)險(xiǎn)分散，提高了系統(tǒng)的整體可靠性?？偩€上某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，仍可維持其余設(shè)備的正常運(yùn)行，檢修時(shí)只需斷開故障設(shè)備即可。

5．結(jié)束語(yǔ)

Profibus-bp現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將會(huì)在電力自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化等方面獲得更加廣泛的應(yīng)用。

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