Profibus在水电站状态监测中的应用

现场总线技术是当今工业测控领域的新技术。本文通过分析现场总线的核心技术与使用特点，提出了一种基于现场总线技术的水电厂计算机监控系统网络结构，说明了此结构的优越性。论文以现场总线PROFIBUS为例，深入分析现场总线的通讯协议、网络模型和连接方式，介绍了PROFIBUS-DP在某电厂的实际应用案例，并探讨了现场总线在水电厂监控系统应用发展。

水力机组的状态监测就是根据对表征机组运行状况特性的参量跟踪监测值是否超出正常运行范围来判断运行设备的状态是正常、异常或故障，避免和减少更严重的机组损坏和无计划的停产检修。状态监测的主要目的是使机器良性运转的时间达到最大化，将停机时间降为最低，为设备的状态检修、实现"无人值班"（少人值守）提供可靠的依据。是国内外近几年来亟待解决的技术问题解决这一问题的有效途径在于及时了解设备的运行状态，有针对性地维护设备，减少设备的突发性故障和提高设备利用率，并逐步实现由定期维修体制向状态检修体制的转变。因此，水力机组的状态监测与诊断是实现"无人值班"（少人值守）的重要保证。

目前常用的一对一模式通常是把传感器或执行机构一对一的接入PLC或其他数据采集模块，因此，一个设备就要有一组电源、一组信号，需要庞大的电源与信号电缆从而使系统复杂化。而且很多水力机组状态监测系统的兼容性、容错性、灵活性等方面还存在很多局限性。使得系统功能扩充、升级比较困难，缺少可移植性和通用性；监测系统的开发周期长，成本高，可靠性不够好。此外，总线技术与智能设备配合使用，可以使远端设备独立工作，在网络故障时能独立运行。本文作者开发了一套基于PROFIBUS现场总线技术的、性能价格比较高、适用于中小型水电厂、使用和维护方便的监测分析系统。

Profibus现场总线技术

概述

PROFIBUS,是一种国际化。开放式。不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

PROFIBUS–DP:是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。专为现场级分散IO节点设计；PORFIBUS-PA:专为过程自动化设计，适合于本质安全的场合，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。PROFIBUS-FMS:用于车间级监控网络，是一个令牌结构。实时多主网络。为车间级通信任务提供了大量的通信服务。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

本文使用的Profibus- DP是一种经过优化的高速、廉价通信连接，专为自动控制系统和设备级分散I/0设备之间通信设计，使用Profibus- DP模块可以取代价格昂贵的24V或0-20mA并行信号线，用于分布式控制系统的高速数据传输，其传输速率可达12Mbit/s,一般构成单主站系统；

通信协议

通信协议（communications protocol）是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。

Profibus通信协议通过ISO/OSI参考模型第2层实现，在Profibus中第2层被称为现场总线数据链路FDL（fieldbusdatatink），Profibus总线上的设备包括主站和从站。因此Profibus通信协议包括主站之间的令牌传递协议和主、从站之间的主从协议。令牌传递协议确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务，主从协议保证主站在令牌持有时间内与从站的通信。

PrOf1bus-DP的传输技术

此网关PROFIBUS-DP部分采用协议芯片VPC3+C,其内部含有4KB RAM,用户可根据需要对其进行设置；有两种微处理器接口，数据/地址总线复用或单独操作。因为ARM核对外部RAM操作的速度较快，时序不能满足VPC3+C的操作时序，因此这里不采用数据/地址总线复用的方式，而是用ARM的GPIO口来模拟VPC3+C的操作时序。

Profibus提供了三种数据传输类型！：用于DP和FMS的RS485传