Profibus在水電站狀態(tài)監(jiān)測中的應用
上位機監(jiān)控程序設計
上位機是指人可以直接發(fā)出操控命令的計算機,一般是PC,屏幕上顯示各種信號變化(液壓,水位,溫度等)。下位機是直接控制設備獲取設備狀況的計算機,一般是PLC/單片機之類的。上位機發(fā)出的命令首先給下位機,下位機再根據此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備。下位機不時讀取設備狀態(tài)數據(一般為模擬量),轉換成數字信號反饋給上位機。簡言之如此,實際情況千差萬別,但萬變不離其宗:上下位機都需要編程,都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。
本文利用監(jiān)控組態(tài)軟件開發(fā)上位機監(jiān)控程序,監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控和數據采集的軟件平臺工具,本系統(tǒng)選用西門子公司的WINCC組態(tài)軟件來完成監(jiān)控畫面的組態(tài),數據庫的建立以及生產報表的形成,系統(tǒng)用戶管理等。
(1)監(jiān)控界面開發(fā)
本系統(tǒng)開發(fā)的人機界面主要有以下幾部分。l、水電廠實際運行主界面:根據運行現場的實際,動態(tài)顯示水電廠實際運行隋況。2、監(jiān)控界面:根據生產要求,組態(tài)監(jiān)控界面,包括運行方式、溫度和壓力的越限報警、導葉開度、閥門開度、有功、無功、水頭等。3、報表生成以及數據查詢界面:根據要求,自動生成生產報表,包括值班報表、日報表、月報表,輸出查詢主要設置按時間隨機查詢任何一個時間段內的運行數據。
?。?)數據庫的建立和用戶管理
實時數據庫是本系統(tǒng)的核心,也是應用系統(tǒng)的數據處理中心,系統(tǒng)各部分均以實時數據庫為數據公用區(qū),進行數據交換、數據處理和實現數據的可視化處理。數據庫的建立主要包括數據對象的建立和數據對象屬性設置兩部分;用戶管理主要用于設置系統(tǒng)的操作權限,因此對系統(tǒng)的操作權限提出了較高的要求,操作權限分工程師和操作員等級別,系統(tǒng)啟動和退出、運行參數的給定等必須具有相應的操作權限。
PLC軟件設計
PLC 可編程邏輯控制器,一種數字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數與算術操作等面向用戶的指令,并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業(yè)控制的核心部分。
本系統(tǒng)采用SIMATICS7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數設置、PLC程序編制、測試、調試和文檔處理。
(1)網絡硬件組態(tài)
本監(jiān)控系統(tǒng)是基于Profibus-DP的一個通信網絡,在STEP7中,必須進行硬件網絡組態(tài)。如本系統(tǒng)的兩個SIMATIC 300站,兩個SIMATIC PC Station,還要插入對象Profibus-DP,對于每個不同的對象,可以打開本對象的屙陛對話框,設置相應的屬性。對于每個對象,還必須進行硬件組態(tài),如SIMATIC 300的機架、CPU模塊、電源模塊和輸入輸出模塊(I/O)等;
(2)PLC控制程序設計
通常,用戶程序由組織塊(OB)、功能塊和數據構成。其中,OB是系統(tǒng)操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面,用于控制程序的運行,FB、FC是用戶子程序,DB是用戶定義的用于存取數據的存儲區(qū),本系統(tǒng)中它是上位機監(jiān)控軟件與STEP7程序的數據接口點。
基于$7-300 PLC的編程軟件STEP7是利用模塊化程序設計方法,由于其中許多模塊功能相近,只是參數不同,實現了代碼重用,大大簡化了軟件的開發(fā)和維護。
通信程序的設計
通信程序主要包括上位機和PLC之間的通信,PLC對被控對象的控制程序,上位機和遠程調試的通信三個方面。
(1)上位機和PLC之間的通信
根據前面的硬件設計,上位機和PLC之間通過網卡CP5613進行通信,因此在WINCC軟件設計中,進行設備組態(tài)。從設備箱中選擇相應的設備,進行屬性設置,主要包括基本屬性、通道連接、設備調試、數據處理四個屬性頁,編寫響應的腳本程序,實現上位機和PLC之間的通信。
?。?)PLC對被控對象的控制程序
為了實現對被控對象的控制,必須對PLC編寫相應的控制程序,實現PLC和被控對象之間的數據傳輸,在STEP7中完成硬件網絡組態(tài),為被控對象分配網絡地址;在組織塊OB中選用SFC14"DPRD-DAT"系統(tǒng)功能塊,編寫程序,實現PLC對被控對象數據的讀?。煌ㄟ^調用SFC15"DPWR-DAT"系統(tǒng)功能塊實現向與被控對象相應的模塊寫數據。
(3)上位機和遠程調度的通信
為了把機組的實際隋況及時傳送到遠程調試部門,以及把遠程調度的命令及時傳送到上位機,需要將t位機和遠程調度聯系起來。本系統(tǒng)中采用工業(yè)以太網來實現上位機和遠程調度間的通[4].
目前,PROFIBUS現場總線技術以它先進的技術優(yōu)勢,得到了廣泛地應用,本文就是對現場總線技術使用的嘗試。在系統(tǒng)軟件設計中,利用了當前比較流行的監(jiān)控組態(tài)軟件WINCC進行上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計,大大節(jié)省了系統(tǒng)的開發(fā)時間,提高了系統(tǒng)的可靠性、通用性及可擴充性,大大簡化了軟件的開發(fā)和維護工作。通過Profibus-DP總線,主站與從站機(機組控制系統(tǒng))構成了一個結構簡單、應用靈活的工業(yè)控制網絡。本系統(tǒng)具有較高的性能價格比,并能根據實際要求進行擴充。
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