1 引言

李家岸引黃涵閘是黃河下游的一座大型自流引水閘，該引黃閘位于齊河縣晏城鎮李家岸村，相應臨黃堤左岸樁號123+210，三連九孔，鋼筋混凝土箱式涵洞結構，鋼筋混凝土平板閘門，9臺固定卷揚式啟閉機，啟閉機型號QPQ,啟閉能力1×80，設計引水流量100m3/s，設計引水水位26.72m,設計灌溉面積267萬畝。為了解決引黃渠的水文狀況的及時監控和統一管理的問題，設計了李家岸水文監控管理系統。

2 系統設計

李家岸水文監控管理系統是一套集現場檢測儀表、現場控制單元、現場執行機構、上位監控管理及遠程監控管理的現代化綜合監控管理系統。系統主站采用Siemens的Simatic S7-300，主要完成與下位采集單元、上位監控計算機及遠程上級管理單位進行有線及無線的通訊任務。主控制器采用雙通訊口的S7-200系列PLC的CPU-226，作為終端采集單元及控制器，配合各種檢測設備對各個檢測量進行數據采集和設備控制。為了保證控制的可靠性，與上級中心PLC通訊選用Profibus-DP擴展模塊EM277，采用PROFIBUS現場總線協議進行閘房與控制室之間的通訊。為了增強現場單元的信息導出，在現場使用了SIEMENS公司的TD200液晶觸摸顯示屏。

系統采用西門子WINCC5.1作為上位監控軟件。主要完成實時監控，參數的修改，報警記錄及各個單元的數據采集、匯總，生成報表等功能。上位監控系統有5部分組成。閘門監控畫面作為主畫面模擬顯示涵閘概貌及各個閘門的啟閉狀況和實時高度。數據歸檔畫面主要表格及曲線的形式顯示從下位單元采集上來的數據，具有實時及歷史曲線打印和歷史數據查詢的功能，歷史數據的時間段在三個月內可自由選擇。報表打印畫面能夠按照完成統一要求的格式進行歷史及在線的數據報表及曲線打印，對于報警信息可實現在線打印。報警畫面可以提供最近一千次的報警信息內容查詢，包括報警時間、故障地點及部分故障原因。此外在該系統中報警信息條及操作權限信息及更改按鈕貫穿于每個操作界面，使操作員在每個畫面操作時，都不會錯過任何重要信息。操作權限可根據操作員身份的不同而設定，并可以在在線狀態下修改個人密碼，工程師應具有最高權限。此系統可以用日期、時間、操作員姓名以及新舊數據之間的比較來記錄系統運行時的操作過程。

WinCC集成的視頻監視功能為在上位機上實現實時監控提供了可能，通過視頻采集卡監控畫面可以嵌入監控界面，為統一的管理提供了方便。此外，通過上位機進行視頻采集，可以充分利用大硬盤的優勢進行硬盤錄像，可以長時間的保存影像資料。

3 現場總線在系統中的應用

3.1 關于Profibus總線

Profibus是Process Fieldbus的縮寫，是一種已經轉化為中國國家標準（GB/T20540-2006 PROFIBUS規范）的國際性的開放式的工業現場總線標準，目前世界上許多自動化生產廠家都為它們生產的設備提供PROFIBUS接口，廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通、電力、等其他領域自動化。PROFIBUS根據應用特點分為： PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個兼容版本。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

Profibus-DP采用RS-485進行傳輸，通常稱為H2，采用屏蔽雙絞銅線電纜，共用一根導線對。波特率從9.6kbit/s到12Mbit/s。RS485操作容易，總線結構允許增加和減少站點，分布投入不會影響到其他站點的操作。PROFIBUS-DP的基本功能和特性如下：

（1）遠距離高速通訊：波特率從96kbps到12Mbps;最大距離，12Mbps時100m,15Mbps時200m,還可以用中繼器加長；
（2）分布式結構：各主站間令牌傳遞，主站與從站為主/從傳遞。每段可達32個站，用連接器連接段，最多可達126個站；
（3）易于安裝：因為RS-485的傳輸技術簡單，雙絞線的敷設不需要專業知識，總線結構使得一個站點的裝卸不影響其它站點的正常的工作，系統的安裝還可以分別進行，后期安裝的系統不會對前期安裝的系統造成妨礙；
（4）診斷功能：經過擴展的Profibus-DP的診斷功能能對故障進行快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集；
（5）開放式通信網絡；
（6）可靠性和保護機制。