基于PROFIBUS-DP总线的电力参数监控系统设计

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1、基于PROFIBUS-DP总线的电力参数监控系统设计ThePowerParametersMeasuringandControlSystemBasedonPROFIBUS-DPFieldbus韩英昆1牟琳2（1.山东电力研究学院，山东济南2500022.山东大学工程训练中心山东济南250061）摘要：本文结合某国际机场航站楼电力参数监控系统工程实例介绍了基于S7-300PLC的PROFIBUS-DP总线监控系统的设计，其中包括系统结构特点、网络连接和网络组态以及人机界面(HMI)设计。关键词：现场总线控制系统；PR

2、OFIBUS-DP；S7-300PLC；STEP7Abstract:WiththebackgroundofarealprojectusedintheInternationalAirfield,thispaperintroducesthedesignofaPROFIBUS-DPmeasuringandcontrolsystembasedonS7-300PLC,includingthesystemstructure,networkconnectionsandconfigurations,andtheHMIdesign

3、.Keywords:FCS；PROFIBUS-DP；S7-300PLC；STEP741引言4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9.6kbps～12Mbps。在某国际机

4、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S7-300PLC与分布的现场设备之间的数据通信工作。在S7-300PLC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

5、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

6、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（Compact4Computer）加PROFIBUS网卡加SoftPLC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。SoftPLC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

7、监控站一体的控制器工作站。1）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该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

8、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-