现场总线在李家岸引黄涵闸通讯中的应用

1 引言

李家岸引黄涵闸是黄河下游的一座大型自流引水闸，该引黄闸位于齐河县晏城镇李家岸村，相应临黄堤左岸桩号123+210，三连九孔，钢筋混凝土箱式涵洞结构，钢筋混凝土平板闸门，9台固定卷扬式启闭机，启闭机型号QPQ,启闭能力1×80，设计引水流量100m3/s，设计引水水位26.72m,设计灌溉面积267万亩。为了解决引黄渠的水文状况的及时监控和统一管理的问题，设计了李家岸水文监控管理系统。

2 系统设计

李家岸水文监控管理系统是一套集现场检测仪表、现场控制单元、现场执行机构、上位监控管理及远程监控管理的现代化综合监控管理系统。系统主站采用Siemens的Simatic S7-300，主要完成与下位采集单元、上位监控计算机及远程上级管理单位进行有线及无线的通讯任务。主控制器采用双通讯口的S7-200系列PLC的CPU-226，作为终端采集单元及控制器，配合各种检测设备对各个检测量进行数据采集和设备控制。为了保证控制的可靠性，与上级中心PLC通讯选用Profibus-DP扩展模块EM277，采用PROFIBUS现场总线协议进行闸房与控制室之间的通讯。为了增强现场单元的信息导出，在现场使用了SIEMENS公司的TD200液晶触摸显示屏。

系统采用西门子WINCC5.1作为上位监控软件。主要完成实时监控，参数的修改，报警记录及各个单元的数据采集、汇总，生成报表等功能。上位监控系统有5部分组成。闸门监控画面作为主画面模拟显示涵闸概貌及各个闸门的启闭状况和实时高度。数据归档画面主要表格及曲线的形式显示从下位单元采集上来的数据，具有实时及历史曲线打印和历史数据查询的功能，历史数据的时间段在三个月内可自由选择。报表打印画面能够按照完成统一要求的格式进行历史及在线的数据报表及曲线打印，对于报警信息可实现在线打印。报警画面可以提供最近一千次的报警信息内容查询，包括报警时间、故障地点及部分故障原因。此外在该系统中报警信息条及操作权限信息及更改按钮贯穿于每个操作界面，使操作员在每个画面操作时，都不会错过任何重要信息。操作权限可根据操作员身份的不同而设定，并可以在在线状态下修改个人密码，工程师应具有最高权限。此系统可以用日期、时间、操作员姓名以及新旧数据之间的比较来记录系统运行时的操作过程。

WinCC集成的视频监视功能为在上位机上实现实时监控提供了可能，通过视频采集卡监控画面可以嵌入监控界面，为统一的管理提供了方便。此外，通过上位机进行视频采集，可以充分利用大硬盘的优势进行硬盘录像，可以长时间的保存影像资料。

3 现场总线在系统中的应用

3.1 关于Profibus总线

Profibus是Process Fieldbus的缩写，是一种已经转化为中国国家标准（GB/T20540-2006 PROFIBUS规范）的国际性的开放式的工业现场总线标准，目前世界上许多自动化生产厂家都为它们生产的设备提供PROFIBUS接口，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根据应用特点分为： PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三个兼容版本。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采用RS-485进行传输，通常称为H2，采用屏蔽双绞铜线电缆，共用一根导线对。波特率从9.6kbit/s到12Mbit/s。RS485操作容易，总线结构允许增加和减少站点，分布投入不会影响到其他站点的操作。PROFIBUS-DP的基本功能和特性如下：

（1）远距离高速通讯：波特率从96kbps到12Mbps;最大距离，12Mbps时100m,15Mbps时200m,还可以用中继器加长；
（2）分布式结构：各主站间令牌传递，主站与从站为主/从传递。每段可达32个站，用连接器连接段，最多可达126个站；
（3）易于安装：因为RS-485的传输技术简单，双绞线的敷设不需要专业知识，总线结构使得一个站点的装卸不影响其它站点的正常的工作，系统的安装还可以分别进行，后期安装的系统不会对前期安装的系统造成妨碍；
（4）诊断功能：经过扩展的Profibus-DP的诊断功能能对故障进行快速定位，诊断信息在总线上传输并由主站采集；
（5）开放式通信网络；
（6）可靠性和保护机制。