基于現(xiàn)場總線和西門子PLC器件實現(xiàn)電廠閘壩監(jiān)控系統(tǒng)的改造

1．引言

隨著計算機技術在工業(yè)控制領域應用范圍的日益拓展，以及分布式控制產(chǎn)品標準化的要求和趨勢，使近幾年現(xiàn)場總線技術得以迅速發(fā)展。它較完整地實現(xiàn)了控制技術，計算機技術與通信技術的集成，其特點是可靠性高，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，維護及系統(tǒng)擴充成本低。本文介紹了西門子Profibus—bp現(xiàn)場總線技術在電廠閘壩監(jiān)控系統(tǒng)改造中的應用及特點。

2．Profibus—bD的功能特點

目前現(xiàn)場總線產(chǎn)品有多種，其中Profibus是由西門子公司提出并極力倡導， 已經(jīng)先后成為德國國家標準DIN19245和歐洲標準EU50170．是一種開放而獨立的現(xiàn)場總線標準，其協(xié)議結構是以ISO7498國際標準開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI（Open System Intereonnection）參考模型為基礎．在機械制造、工業(yè)過程控制、智能建筑中充當通信網(wǎng)絡。Profibus由Profibus—PA、Profibus—DP和Profibus—FMS三個系列組成。

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，這種流體型結構確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俣行У剡M行．直接數(shù)據(jù)鏈路映象（Direct Data Link Mapper-DDLM）使用戶接口易于進入第二層。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調(diào)甩的系統(tǒng)功能，并詳細說明了各種不同Profibus—DP設備的設備行為，還提供了傳輸可選用的RS-485傳輸技術或光纖傳輸技術。

Profibus—DP是一種高速而廉價的通信連接，可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于自動控制系統(tǒng)和在設備級分散的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。不帶中繼器時每個分段最多32個站．帶中繼器時最多127個站。

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)．由一臺工控機監(jiān)控。系統(tǒng)經(jīng)5年多的運行，發(fā)現(xiàn)原系統(tǒng)存在一些問題：系統(tǒng)過于風險集中，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)的結構與組成

針對原系統(tǒng)存在的問題，根據(jù)防汛要求及閘壩的實際情況，決定在新的閘壩監(jiān)控系統(tǒng)中采用基于profibus—dp網(wǎng)絡和西門子S7—20OPLC、s7—3～PLC實現(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)分三級控制．即上層監(jiān)控管理級、集中控制級以及現(xiàn)地控制級。其拓撲結構如圖所示。

現(xiàn)場控制級分為17個獨立控制單元，其中16個控制單元分別控制16個閘門的液壓閥組．第17個控制單元對閘壩配電參數(shù)進行檢測。每個控制單元主要由一臺西門子S7—200PLC及一臺觸摸屏組成。其主要功能為：提供操作界面、并負責處理、存儲、管理從本地控制系統(tǒng)傳送來的實時數(shù)據(jù)，通過PROFIBUS網(wǎng)絡為集中控制級PLC提供數(shù)據(jù)．同時控制液壓閥組提升／下降閘門，執(zhí)行故障狀態(tài)保護及報警。集中控制級有兩個控制單元．分別控制淺灘區(qū)、主槽區(qū)的液壓站及各自的現(xiàn)場控制單元。每個控制單元主要由一臺西門子S7—300PLC及一臺觸摸屏組成。其主要功能為：提供操作界面、并負責處理、存儲、管理從現(xiàn)場控制級控制單元傳送來的實時數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡為上層監(jiān)控管理級的服務器提供數(shù)據(jù)．同時控制本系統(tǒng)中的液壓設備，也可對本系統(tǒng)中的閘門進行集中調(diào)度．執(zhí)行故障狀態(tài)保護。

上層監(jiān)控管理級的主要任務是對整個閘門運行進行調(diào)度．數(shù)據(jù)采集、存儲，報表打印等一系列任務。

3．3 新系統(tǒng)的網(wǎng)絡通訊

改造后監(jiān)控系統(tǒng)中．集中控制級與上層監(jiān)控管理級采用10／100bps快速交換式以太網(wǎng)來進行通訊。集中控制級與現(xiàn)場控制級網(wǎng)絡通訊采用1．5mbps profibus總線形式。集中控制級的S7—300PLC控制器CPU 用CPU315—2DP．配置一個通信處理器CP342—5作為Profibus—DP系統(tǒng)的主站，現(xiàn)場控制級的S7—200PLC控）制器中，配備一個EM277模塊作為PROFIBUS—DP協(xié)議下的從站．實現(xiàn)集中控制級與現(xiàn)場控制級通信功能。

4．系統(tǒng)特點

自新的閘壩監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試投運至今已一年多，Profibus—DP網(wǎng)絡無故障，系統(tǒng)運行正常。新系統(tǒng)具有以下幾個方面的特點：

1）具有良好的擴展性。由于現(xiàn)場總線的開放性，可隨意增設工位；

2）安裝簡單、快捷。采用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術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強大的故障診斷能力使調(diào)試和維護更方便：

4）成本降低。使用PROFIBUS技術，節(jié)省了大量的電纜、橋架以及培訓和維護費用。

5）風險分散，提高了系統(tǒng)的整體可靠性。總線上某個設備出現(xiàn)故障，不會導致整個系統(tǒng)的癱瘓，仍可維持其余設備的正常運行，檢修時只需斷開故障設備即可。

5．結束語

Profibus-bp現(xiàn)場總線技術將會在電力自動化、過程自動化等方面獲得更加廣泛的應用。

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