基于PLC与PROFIBUS-DP总线的电力参数监控系统

1 引言
现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。目前，现场总线种类繁多，还没有统一的标准，每种总线都有其独特的产生背景和应用领域，影响比较大的有CAN总线、lonworks总线、hart总线、FF总线、rpofibus总线等。Profibus-dp主要应用于现场设备级，它的响应时间从几百微秒到几百毫秒，数据传输速率为9.6 kbps～12mbps。在济南国际机场航站楼的电力参数监控系统设计时，考虑到现场参数变量较多，位置分散，且对信号的实时性和抗干扰能力都要求较高，一般的监控网络很难满足系统要求，因此在系统的监控层选用profibus-dp通信网络完成系统的主控设备s7-300 PLC与分布的现场设备之间的数据通信工作。在s7-300 plc与带通讯卡的上位机之间采用了mpi通信方式。

2 系统网络拓扑结构
根据在工业控制实际需要及其经费情况，系统的硬件组成通常有以下几种网络拓扑结构方案。
(1)以plc或控制器作为一类主站，不设监控站，但调试阶段配置一台编程设备。该方案的plc或控制器完成通信管理、从站数据读写、从站远程参数化工作。
(2)以plc或控制器作为一类主站，监控站通过串口与plc一对一连接。该结构方案的监控站不在profibus总线网络上，不是二类主站，不能直接读取从站数据合完成远程参数化工作。监控站所需的数据只能在plc控制器中读取。
(3)以plc或控制器作为一类主站，监控站即二类主站连接到profibus总线网络上。该方案的监控站可以完成远程编程、参数化及在线监控功能。
(4)使用pc机加profibus网卡作为一类主站，监控站与一类主站一体化。该方案成本较低，但要求pc机具有高可靠性、能长时间连续运行，如果pc 机出现故障，将影响整个系统的正常工作。另外，通信厂商通常只提供一个模板的驱动程序，总线控制、监控程序可能需要用户自己开发。
(5)紧凑式pc机(compact computer)加profibus网卡加soft plc的结构形式。该方案中用紧凑式pc机取代了一般的pc机，使系统的可靠性大大增强。soft plc是将通用型pc机改造成一台由软件(软逻辑)实现的plc，这种软件将plc的编程及其应用程序运行功能，操作员监控站的图形监控开发、在线监控功能集成到一台紧凑式pc机上，形成一个plc与监控站一体的控制器工作站。
(6)充分考虑未来扩展需要，如增加几条生产线和扩展出几条dp网络，车间要增加几个监控站等，最好采用两级网络结构。

3 硬件组成
在开发设计济南国际机场航站楼电力参数监控系统的过程中，根据系统本身性能的要求及其各种方案的优劣及其性价比，我们在网络拓扑结构方案2的基础上，加以改进，不再采用监控站通过串口与plc一对一连接，而是在监控站与plc之间采用通讯速率更高，更稳定的mpi通信方式，系统网络结构如图1所示。网络结构分为两层，上层为管理层，下沉为数据监控层。两层之间采用mpi-多点接口访问方式。上层管理层主要功能是从plc控制器中读取从站参数数据，利用力控上位机组态软件，设计友好的人机界面，连接读取的数据变量来完成对从站的监控工作。另外在管理层中，可以生成各种需要的数据报表、进行数据分析等工作。下层监控层在本实例系统中由两个相对独立的s7-300plc控制系统，每个控制系统由一个cpu314模块，cpu314上连接了四个通信模块cp342 -5，以及在每个cp342-5模块上连接的36个智能从站仪表构成，数据监控网络采用profibus网络通信方式，简单的分布结构，监控层主要完成与分布在工业现场的各个从站之间的数据通信，读取各个从站仪表的数据参数，存放在plc控制器的数据区中，供上位机读取访问。