現(xiàn)場總線是安裝在生產過程區(qū)域的現(xiàn)場設備／儀表與控制室內的自動控制裝置／系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點、雙向通信的數(shù)據總線。其中“生產過程”包括斷續(xù)生產過程和連續(xù)生產過程兩類?；蛘哒f，現(xiàn)場總線是以單個分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設備作為網絡節(jié)點，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。Profibus支持Type3現(xiàn)場總線是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現(xiàn)場總線標準，用于工廠自動化系統(tǒng)三級網絡中的底層，即車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據通信與控制，適用于分散的、具有通訊接口的現(xiàn)場受控設備對底層設備有較高的數(shù)據集成和遠程診斷、故障報警及數(shù)字化要求的系統(tǒng)。
2 Profibus-DP及其主要特性
Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）：是一種經過優(yōu)化的高速便宜的通信連接，專為自動化控制系統(tǒng)與分散的I／0設備級之間通信使用而設計的。它可取代24VDC或4～20mA信號傳輸。Profibus-DP使用物理層，數(shù)據鏈接層（第1，2層）和用戶接口，用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時間必須要比主站（PIE）程序循環(huán)時間短。此外，Profibus-DP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理及復雜設備在運行中參數(shù)的確定。
Profibus-DP的基本功能和特性如下：
（1）遠距離高速通信：波特率從9．6kbit／s～12Mbit／s；最大距離12Mbps時100m，1．5Mbps時200m，還可以用中繼器加長。
（2）分布式結構：各主站間令牌傳遞，主站與從站為主一從傳送。每段可達32個站，用連接器連接段，最多可達126個從站。
?。?）易于安裝：總線結構使得一個站點的裝卸載不影響其它站點的正常工作，系統(tǒng)的安裝還可以分別進行，后期安裝的系統(tǒng)不會對前期安裝的系統(tǒng)造成妨礙。
?。?）診斷功能：經過擴展的Profibus-DP的診斷功能能對故障進行快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。
?。?）開放式通信網絡。
?。?）可靠性和保護機制。
每個系統(tǒng)包括3種類型的設備：
?。?）一級DP主站，即中央控制器（如PC、PLC），可與其它站交換信息。
?。?）二級DP主站，指組態(tài)設備、編程器、或操作面板，完成各站點的數(shù)據讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等。
?。?）DP從站，指進行輸入輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備（如PIE，分散式I／O，驅動器、傳感器、執(zhí)行機構等）
3 Profibus-DP現(xiàn)場總線用于水電廠監(jiān)控的優(yōu)越性
實現(xiàn)了系統(tǒng)的全開放性，而開放自動化系統(tǒng)是現(xiàn)場總線發(fā)展的必然趨勢；實現(xiàn)了真正的分散控制，把控制功能下放到現(xiàn)場，每個控制回路完全由分散安裝的現(xiàn)場智能儀表來實現(xiàn)，增強了系統(tǒng)數(shù)據處理的就地化；實現(xiàn)了全數(shù)字化通信，使系統(tǒng)抗干擾性和檢測精度大為提高；安全可靠、組態(tài)靈活、簡單易用，現(xiàn)場總線充分利用了用戶層規(guī)定的標準的“功能模塊”來組態(tài)成為系統(tǒng)，使控制策略的組態(tài)操作非常簡單；經濟效益高，現(xiàn)場總線構成的水電廠監(jiān)控系統(tǒng)共用一條數(shù)據總線傳遞信息，總線介質豐富，節(jié)省電纜和控制設備等。
4 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案
4.1 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求
水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括水輪機、發(fā)電機、變壓器、母線、饋電線路、廠用變、開關柜、公用設備等。根據需要，一般要求監(jiān)控系統(tǒng)應具有以下功能：（1）數(shù)據采集與處理功能；（2）運行監(jiān)視、事件報警與事故處理指導功能；（3）生產過程的控制操作功能；（4）統(tǒng)計記錄和制表打印功能；（5）智能報警功能；（6）事故分析及故障診斷功能；（7）通信功能；（8）實時在線診斷功能。
4.2 硬件構成
根據水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的特點和要求，設計系統(tǒng)結構如圖1所示，各個功能相互獨立，分別由系統(tǒng)不同部分結合相應的軟件來實現(xiàn)。根據系統(tǒng)結構圖，設計硬件結構如圖2所示，下面對各組成部分作具體說明。
4.2.1 主站
一級主站采用西門子S7—300系列的CPU315—2DPPIE作為中央控制器，由其運行整個控制程序，且實現(xiàn)于其它站的信息交換。
二級主站采用研華工控機，通過CP一5613DP卡與總線相連，工程師站對整個系統(tǒng)進行組態(tài)和編程；操作員站對整個系統(tǒng)進行操作、運行和監(jiān)控，但不能修改組態(tài)數(shù)據和系統(tǒng)程序，同時還兼作局域網的服務器使用。
觸摸屏采用西門子TP170A，通過MPI與S‘／一300 PIg：的MPI通訊H相連，安裝于現(xiàn)場實現(xiàn)對S7 300的簡單操作與顯示相關運行參數(shù)。
4.2.2 從站
從站的形式多種多樣，從站1為 EI200M IM一153帶模擬量輸入輸出模塊；從站2為S7—200 PIE
CPU224通過EM277與總線相連，s7—200PLC可運行自身程序，連接I／O輸入輸出。又可與s7—300PIE交換信息；從站3為智能儀表、智能模塊直接掛在總線上，它們的CPU與PIE的CPU并行工作，占用主機的時間很少，有利于提高PIE的掃描速度和完成特殊功能。當然也可以連接其它的更多的從站。
4.2.3 局域網
由操作員站作服務器通過網卡、交換機、其他計算機組成局域網，客戶機可以實現(xiàn)監(jiān)視運行狀態(tài)、查看報表、打印等功能，但不能操作運行系統(tǒng)。
從整個組成部分來看，主站實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控，從站實現(xiàn)數(shù)據的采集和驅動相應執(zhí)行機構完成控制動作，局域網則與操作員站一起實現(xiàn)了信息管理功能。因此，硬件組成與系統(tǒng)的功能結構是一致的。
4.3 軟件方案
軟件設計部分包括組態(tài)編程軟件和監(jiān)控軟件。
4.3.1 組態(tài)編程軟件
系統(tǒng)采用SIMATIC S7—300的配套軟件包SrEP 7 V5．2完成硬件組態(tài)、參數(shù)設置、PIE程序編制、測試、調試等。STEP7運行于 Windows環(huán)境下，界面友好，組態(tài)編程方便，在線調試直觀、便捷，有梯形圖（LAj）、語句表（STL）和功能圖（FBD）3種編程形式可隨意切換和組合使用。根據硬件參數(shù)首先進行硬件配置和網絡配置，然后編制PIE程序，程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數(shù)據塊（DB）構成。其中，OB 是PIE的主監(jiān)控掃描程序，用于控制程序的運行，F(xiàn)B、Fc是各個功能子程序塊，DB數(shù)據塊為存儲各運行數(shù)據的區(qū)域。
對s7—200 PIE采用西門子編程工具SIEP 7一MicmWIN32V3．1編程，方法與上述大同小異，只是要注意S7—300和S7—200是通過v區(qū)實現(xiàn)數(shù)據交換的。采用西門子專用觸摸屏組態(tài)工具Protool V6．0對TP170A組態(tài)。
4.3.2 監(jiān)控軟件
操作員站由于還充當局域網的服務器，故操作系統(tǒng)為 n．dows2000服務器版，采用西門子公司的組態(tài)監(jiān)控軟件SIMATICWinCC．WinCC包括圖形設計器、報警記錄、標記記錄、報告設計器、全局腳本、控制中心、用戶管理等功能，它集控制技術、人機界面技術、圖形技術、數(shù)據庫技術、網絡技術于一身，含有實時數(shù)據報表、歷史數(shù)據報表、實時曲線、歷史曲線、報表查詢等控件，為工程技術人員提供一個很好的二次開發(fā)平臺。
5 結束語
該監(jiān)控系統(tǒng)采用Profibus —DP現(xiàn)場總線網絡技術實現(xiàn)分布式控制，網絡速度快、可靠性高、開放性好、抗干擾能力強，給安裝、調試和設備維護帶來方便，提高了生產效率和管理水平。這種網絡體系具有較高的性能價格比，并能根據用戶要求擴展至各種形式和規(guī)模。