基于现场总线和西门子PLC器件实现电厂闸坝监控系统的改造

1．引言

随着计算机技术在工业控制领域应用范围的日益拓展，以及分布式控制产品标准化的要求和趋势，使近几年现场总线技术得以迅速发展。它较完整地实现了控制技术，计算机技术与通信技术的集成，其特点是可靠性高，性能稳定，抗干扰能力强，维护及系统扩充成本低。本文介绍了西门子Profibus—bp现场总线技术在电厂闸坝监控系统改造中的应用及特点。

2．Profibus—bD的功能特点

目前现场总线产品有多种，其中Profibus是由西门子公司提出并极力倡导， 已经先后成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EU50170．是一种开放而独立的现场总线标准，其协议结构是以ISO7498国际标准开放系统互联OSI（Open System Intereonnection）参考模型为基础．在机械制造、工业过程控制、智能建筑中充当通信网络。Profibus由Profibus—PA、Profibus—DP和Profibus—FMS三个系列组成。

Profibus—DP（Distributed Peripherals）使用了第一层、第二层和用户接口．第三层到第七层未加定义，这种流体型结构确保了数据传输的快速而有效地进行．直接数据链路映象（Direct Data Link Mapper-DDLM）使用户接口易于进入第二层。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调甩的系统功能，并详细说明了各种不同Profibus—DP设备的设备行为，还提供了传输可选用的RS-485传输技术或光纤传输技术。

Profibus—DP是一种高速而廉价的通信连接，可实现高速数据传输，适用于自动控制系统和在设备级分散的I／O之间的通信。介质存取控制的基本方式为主站之间的令牌方式和主站与从站之间的主从方式，以及综合这两种方式的混合方式。不带中继器时每个分段最多32个站．带中继器时最多127个站。

3．基于profibus—dD的闸坝监控系统改造

3．1原系统概述

赵山渡电厂的闸坝监控系统是在2000年建立的，浅滩区采用一套MODICON COMPACT E984—265 PLC站控制1摊～9#闸门．主槽区采用一套MODICON COMPACT E984—265 PLC站控制10#～16#闸门，两套PLC以MB+方式连网．由一台工控机监控。系统经5年多的运行，发现原系统存在一些问题：系统过于风险集中，闸门现地操作不方便，可靠性差等问题，已影响到了电厂的防汛和安全生产。

3．2新系统的结构与组成

针对原系统存在的问题，根据防汛要求及闸坝的实际情况，决定在新的闸坝监控系统中采用基于profibus—dp网络和西门子S7—20OPLC、s7—3～PLC实现分散控制、集中管理的智能集成控制系统。新的闸坝监控系统分三级控制．即上层监控管理级、集中控制级以及现地控制级。其拓扑结构如图所示。

现场控制级分为17个独立控制单元，其中16个控制单元分别控制16个闸门的液压阀组．第17个控制单元　　对闸坝配电参数进行检测。每个控制单元主要由一台西门子S7—200PLC及一台触摸屏组成。其主要功能为：提供操作界面、并负责处理、存储、管理从本地控制系统传送来的实时数据，通过PROFIBUS网络为集中控制级PLC提供数据．同时控制液压阀组提升／下降闸门，执行故障状态保护及报警。集中控制级有两个控制单元．分别控制浅滩区、主槽区的液压站及各自的现场控制单元。每个控制单元主要由一台西门子S7—300PLC及一台触摸屏组成。其主要功能为：提供操作界面、并负责处理、存储、管理从现场控制级控制单元传送来的实时数据，通过网络为上层监控管理级的服务器提供数据．同时控制本系统中的液压设备，也可对本系统中的闸门进行集中调度．执行故障状态保护。

上层监控管理级的主要任务是对整个闸门运行进行调度．数据采集、存储，报表打印等一系列任务。

3．3 新系统的网络通讯

改造后监控系统中．集中控制级与上层监控管理级采用10／100bps快速交换式以太网来进行通讯。集中控制级与现场控制级网络通讯采用1．5mbps profibus总线形式。集中控制级的S7—300PLC控制器CPU 用CPU315—2DP．配置一个通信处理器CP342—5作为Profibus—DP系统的主站，现场控制级的S7—200PLC控）制器中，配备一个EM277模块作为PROFIBUS—DP协议下的从站．实现集中控制级与现场控制级通信功能。

4．系统特点

自新的闸坝监控系统调试投运至今已一年多，Profibus—DP网络无故障，系统运行正常。新系统具有以下几个方面的特点：

1）具有良好的扩展性。由于现场总线的开放性，可随意增设工位；

2）安装简单、快捷。采用PROFIBUS现场总线技术省去了大量的柜间互联线，缩短了控制系统的生产、安装周期；

3）调试、维修方便。从站的划分以及PROFIBUS强大的故障诊断能力使调试和维护更方便：

4）成本降低。使用PROFIBUS技术，节省了大量的电缆、桥架以及培训和维护费用。

5）风险分散，提高了系统的整体可靠性。总线上某个设备出现故障，不会导致整个系统的瘫痪，仍可维持其余设备的正常运行，检修时只需断开故障设备即可。

5．结束语

Profibus-bp现场总线技术将会在电力自动化、过程自动化等方面获得更加广泛的应用。

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