现场总线技术在水电站状态监测中的应用

　　一级主站：两组PLC作为DP一级主站，CPU位于控制中心，本系统的PLC采用Siemens公司的S7—300，处理器均为CPU3l5—2DP，它具有强大的处理能力，并集成了Profibus-DP现场总线接口装置，直接挂接于Profibus—DP网络。PLC程序在上位机的编程工具STEP7中编译完成后下载到CPU3 1 5，并存储在CPU315中，CPU315可自动运行该程序，根据程序内容读取所有I／O模块的状态字，控制硬件设备。
　　二级主站：上位机是DP类型二类主站。本系统采用研华工控机作为上位机，通过现场总线接口卡CP56 1 3使工控机接入DP网络，这样工控机与现场总线网段就连接为能完成组态、运行、操作等功能的完整的控制网络系统。为了保证系统的稳定性，系统运用双机冗余，两台工控机通过同样的现场总线接口卡CP5613与现场总线相连，如果其中一台工控机发生故障，另一台可进行相应的监控，保证系统正常运行。
3．2 监控系统软件设计
　　本系统软件设计主要包括三大部分，其一为上位机监控程序的设计，主要包括系统运行需要的水力机组状态监控主界面、报表生成和数据查询界面等人机界面的设 其二为PLC控制程序的设计，其中包括系统Profibus—DP网络组态、系统硬件组态、控制程序设计等；其三为通信程序设计，通信程序主要包括上位机和PLC之间的通信，PLC对被控对象的控制程序，上位机和远程调试的通信三个方面。
3．2．1 上位机监控程序设计
　　本文利用监控组态软件开发上位机监控程序，监控组态软件是面向监控和数据采集的软件平台工具，本系统选用西门子公司的WINCC组态软件来完成监控画面的组态，数据库的建立以及生产报表的形成，系统用户管理等。
　　（1）监控界面开发
本系统开发的人机界面主要有以下几部分。l、水电厂实际运行主界面：根据运行现场的实际，动态显示水电厂实际运行隋况。2、监控界面：根据生产要求，组态监控界面，包括运行方式（自动／手动）、温度和压力的越限报警、导叶开度、阀门开度、有功、无功、水头等。3、报表生成以及数据查询界面：根据要求，自动生成生产报表，包括值班报表、日报表、月报表，输出查询主要设置按时间随机查询任何一个时间段内的运行数据。
　　（2）数据库的建立和用户管理
　　实时数据库是本系统的核心，也是应用系统的数据处理中心，系统各部分均以实时数据库为数据公用区，进行数据交换、数据处理和实现数据的可视化处理。数据库的建立主要包括数据对象的建立和数据对象属性设置两部分；用户管理主要用于设置系统的操作权限，由于本监控系统实现了远程监控，因此对系统的操作权限提出了较高的要求，操作权限分工程师和操作员等级别，系统启动和退出、运行参数的给定等必须具有相应的操作权限。
3．2．2 PLC软件设计
　　本系统采用SIMATICS7—300的配套编程工具STEP7完成硬件组态、参数设置、PLC程序编制、测试、调试和文档处理。
　　（1）网络硬件组态[3]
　　本监控系统是基于Profibus—DP的一个通信网络，在STEP7中，必须进行硬件网络组态。如本系统的两个SIMATIC 300站，两个SIMATIC PC Station，还要插入对象Profibus-DP，对于每个不同的对象，可以打开本对象的屙陛对话框，设置相应的属性。对于每个对象，还必须进行硬件组态，如SIMATIC 300的机架、CPU模块、电源模块和输入输出模块（I／O）等；
　　（2）PLC控制程序设计
　　通常，用户程序由组织块（OB）、功能块（FB、FC）和数据块（DB）构成。其中，OB是系统操作程序与应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行，FB、FC是用户子程序，DB是用户定义的用于存取数据的存储区，本系统中它是上位机监控软件与STEP7程序的数据接口点。
　　基于$7-300 PLC的编程软件STEP7是利用模块化程序设计方法，由于其中许多模块功能相近，只是参数不同，因此将高级语言中的面向对象程序设计方法应用到了此监控系统的程序设计中，实现了代码重用，大大简化了软件的开发和维护。
3．2．3 通信程序的设计
　　通信程序主要包括上位机和PLC之间的通信，PLC对被控对象的控制程序，上位机和远程调试的通信三个方面。
　　（1）上位机和PLC之间的通信
　　根据前面的硬件设计，上位机和PLC之间通过网卡CP5613进行通信，因此在WINCC软件设计中，进行设备组态。从设备箱中选择相应的设备，进行属性设置，主要包括基本属性、通道连接、设备调试、数据处理四个属性页，编写响应的脚本程序，实现上位机和PLC之间的通信。
　　（2）PLC对被控对象的控制程序
　　为了实现对被控对象的控制，必须对PLC编写相应的控制程序，实现PLC和被控对象之间的数据传输，在STEP7中完成硬件网络组态，为被控对象分配网络地址；在组织块OB中选用SFC14“DPRD-DAT”系统功能块，编写程序，实现PLC对被控对象数据的读取；通过调用SFC15“DPWR-DAT”系统功能块实现向与被控对象相应的模块写数据。
　　（3）上位机和远程调度的通信
　　为了把机组的实际隋况及时传送到远程调试部门，以及把远程调度的命令及时传送到上位机，需要将t位机和远程调度联系起来。本系统中采用工业以太网来实现上位机和远程调度间的通[4]。
4 结束语
　　目前，PROFIBUS现场总线技术以它先进的技术优势，得到了广泛地应用，本文就是对现场总线技术使用的尝试。在系统软件设计中，利用了当前比较流行的监控组态软件WINCC进行上位机监控系统设计，大大节省了系统的开发时间，提高了系统的可靠性、通用性及可扩充性；利用顺序控制设计方法进行PLC控制程序设计，大大简化了软件的开发和维护工作。
　　通过Profibus-DP总线，主站（工控机）与从站机（机组控制系统）构成了一个结构简单、应用灵活的工业控制网络。本系统具有较高的性能价格比，并能根据实际要求进行扩充。