基于PLC與PROFIBUS-DP總線的電力參數監控系統

1 引言
現場總線是用于現場儀表與控制系統和控制室之間的一種全分散、全數字化、智能、雙向、互聯、多變量、多點、多站的通信網絡。目前，現場總線種類繁多，還沒有統一的標準，每種總線都有其獨特的產生背景和應用領域，影響比較大的有CAN總線、lonworks總線、hart總線、FF總線、rpofibus總線等。Profibus-dp主要應用于現場設備級，它的響應時間從幾百微秒到幾百毫秒，數據傳輸速率為9.6 kbps～12mbps。在濟南國際機場航站樓的電力參數監控系統設計時，考慮到現場參數變量較多，位置分散，且對信號的實時性和抗干擾能力都要求較高，一般的監控網絡很難滿足系統要求，因此在系統的監控層選用profibus-dp通信網絡完成系統的主控設備s7-300 PLC與分布的現場設備之間的數據通信工作。在s7-300 plc與帶通訊卡的上位機之間采用了mpi通信方式。

2 系統網絡拓撲結構
根據在工業控制實際需要及其經費情況，系統的硬件組成通常有以下幾種網絡拓撲結構方案。
(1)以plc或控制器作為一類主站，不設監控站，但調試階段配置一臺編程設備。該方案的plc或控制器完成通信管理、從站數據讀寫、從站遠程參數化工作。
(2)以plc或控制器作為一類主站，監控站通過串口與plc一對一連接。該結構方案的監控站不在profibus總線網絡上，不是二類主站，不能直接讀取從站數據合完成遠程參數化工作。監控站所需的數據只能在plc控制器中讀取。
(3)以plc或控制器作為一類主站，監控站即二類主站連接到profibus總線網絡上。該方案的監控站可以完成遠程編程、參數化及在線監控功能。
(4)使用pc機加profibus網卡作為一類主站，監控站與一類主站一體化。該方案成本較低，但要求pc機具有高可靠性、能長時間連續運行，如果pc 機出現故障，將影響整個系統的正常工作。另外，通信廠商通常只提供一個模板的驅動程序，總線控制、監控程序可能需要用戶自己開發。
(5)緊湊式pc機(compact computer)加profibus網卡加soft plc的結構形式。該方案中用緊湊式pc機取代了一般的pc機，使系統的可靠性大大增強。soft plc是將通用型pc機改造成一臺由軟件(軟邏輯)實現的plc，這種軟件將plc的編程及其應用程序運行功能，操作員監控站的圖形監控開發、在線監控功能集成到一臺緊湊式pc機上，形成一個plc與監控站一體的控制器工作站。
(6)充分考慮未來擴展需要，如增加幾條生產線和擴展出幾條dp網絡，車間要增加幾個監控站等，最好采用兩級網絡結構。

3 硬件組成
在開發設計濟南國際機場航站樓電力參數監控系統的過程中，根據系統本身性能的要求及其各種方案的優劣及其性價比，我們在網絡拓撲結構方案2的基礎上，加以改進，不再采用監控站通過串口與plc一對一連接，而是在監控站與plc之間采用通訊速率更高，更穩定的mpi通信方式，系統網絡結構如圖1所示。網絡結構分為兩層，上層為管理層，下沉為數據監控層。兩層之間采用mpi-多點接口訪問方式。上層管理層主要功能是從plc控制器中讀取從站參數數據，利用力控上位機組態軟件，設計友好的人機界面，連接讀取的數據變量來完成對從站的監控工作。另外在管理層中，可以生成各種需要的數據報表、進行數據分析等工作。下層監控層在本實例系統中由兩個相對獨立的s7-300plc控制系統，每個控制系統由一個cpu314模塊，cpu314上連接了四個通信模塊cp342 -5，以及在每個cp342-5模塊上連接的36個智能從站儀表構成，數據監控網絡采用profibus網絡通信方式，簡單的分布結構，監控層主要完成與分布在工業現場的各個從站之間的數據通信，讀取各個從站儀表的數據參數，存放在plc控制器的數據區中，供上位機讀取訪問。