姚秀娟,劉三

(華電國際鄒縣發(fā)電廠,山東 鄒城 273522)

1 機(jī)組 LC通訊概述

華電國際鄒縣發(fā)電廠(以下簡稱鄒縣電廠)在1000MW超臨界機(jī)組中首次采用了 LC(Link Controller)通訊。相對(duì)于傳統(tǒng)的硬接線,LC通訊在不同控制系統(tǒng)之間提供了信號(hào)連接的另一途徑,可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)之間任意信號(hào)和大批量信號(hào)的交換。

鄒縣電廠設(shè)計(jì) 2臺(tái) 1000MW超臨界機(jī)組,廠內(nèi)編號(hào)為#7機(jī)組和#8機(jī)組。主控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)(DCS)采用美國愛默生公司的 OVATION 3.0系統(tǒng),給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)(MEH)采用德國西門子公司的 WOODWARD 505系統(tǒng),每臺(tái)小機(jī)配置1套 WOODWARD 505裝置、1套超速保護(hù)裝置,采用 3個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速探頭經(jīng)過 3塊獨(dú)立卡件三取二后參與保護(hù),小機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng) METS納入 DCS進(jìn)行控制。同時(shí),該系統(tǒng)設(shè)有與機(jī)組 DCS之間的冗余通訊接口(LC通訊)和必要的硬接線,可在機(jī)組 DCS的操作員站上完成 MEH系統(tǒng)的操作和監(jiān)視。

大機(jī)的DEH控制系統(tǒng)采用日立公司的 HIACS-5000M系統(tǒng),該系統(tǒng)設(shè)有與機(jī)組 DCS之間的冗余通訊接口(LC通訊)和必要的硬接線,可實(shí)現(xiàn)在機(jī)組DCS的操作員站上完成 DEH系統(tǒng)的操作和監(jiān)視。

OVATION系統(tǒng) LC通訊協(xié)議為 OVATION系統(tǒng)LC卡件(通常被稱為 RLC卡件)與 1個(gè)或者多個(gè)外部設(shè)備之間建立通訊。

鄒縣電廠 1000MW超超臨界機(jī)組 LC通訊用在小機(jī) MEH與 DCS之間、大機(jī) DEH與 DCS之間、電氣與 DCS之間。下面以小機(jī) MEH與 DCS的 LC通訊為例做介紹。

2 接線

小機(jī) MEH與 DCS的 LC通訊接口形式為:DCS側(cè)為 RS422,MEH側(cè)為 RS422,中間采用 2個(gè)RS422/RS422轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。通訊接口協(xié)議為MODBUS。

通訊連接方式為:DCS側(cè) LC卡件上的 1個(gè)MODBUS口通過 1個(gè) RS422/RS422轉(zhuǎn)換器連接到MEH側(cè)的 1個(gè)通訊口上(PART#1);另一個(gè) LC卡件上的 1個(gè) MODBUS口通過 1個(gè) RS422/RS422轉(zhuǎn)換器連接到 MEH側(cè)的另一個(gè)通訊口上(PART#2)。

DCS側(cè)的 LC卡件為主(Master),MEH側(cè)為輔(Slaves),OVATION系統(tǒng)的 LC通訊都是 OVATION側(cè)的 LC卡件為主 (Master),外部設(shè)備為輔(Slaves)。所謂通訊為主(Master),是指為主(Master)的一方不需要另一方的任何指令信息,就可以往另一輔(Slaves)方發(fā)送數(shù)據(jù),另一輔(Slaves)方接收到發(fā)送指令時(shí),接受發(fā)送來的數(shù)據(jù)。而另一輔(Slaves)方要接收到主(Master)的一方要數(shù)據(jù)的指令,才能發(fā)送數(shù)據(jù)。

DCS側(cè)的這 2塊 LC卡件在同一個(gè) DPU機(jī)柜內(nèi),小機(jī)通訊的卡件在 DCS的22DPU內(nèi),互為冗余,分別稱之為小機(jī)主 LC通訊和小機(jī)副 LC通訊。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí),選擇主 LC卡件通訊,處于備用狀態(tài)的LC卡也從 MEH側(cè)讀取數(shù)據(jù),但不發(fā)送數(shù)據(jù)。

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到主LC卡件通訊故障且沒有副LC卡件通訊故障時(shí),則切換為副 LC卡件通訊,反之亦然。這種故障狀態(tài)下的切換是通過 OVATION系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置邏輯來實(shí)現(xiàn)的。

2.1 DCS側(cè) LC卡與 RS 422/422轉(zhuǎn)換器之間接線

R+接 TX1+;R-接 TX1-;T+接 RX 1+;T-接RX1-。

2.2 MEH側(cè) RS 422/422轉(zhuǎn)換器之間接線

505上有 3個(gè)串行通信端口。端口 1和端口 2用于 Modbus通信,可組態(tài)為 RS-232,RS-422或RS-485通信。從位于 505背面的端子板可接觸到端口 1和端口 2。RS-422和 RS-485通信線路有效長度為 1 219m。端口 3使用 9引腳 Sub-D接頭,專用于上傳和下載工廠的機(jī)組組態(tài)值。

從通信端口不能調(diào)用編程方式,必須從調(diào)速器面板上的鍵盤進(jìn)行程序組態(tài)。

505調(diào)速器用 ASCII或 RTU Modbus傳輸協(xié)議通過 RS-232,RS-422,RS-485能與 2個(gè)裝置通信,通信端口通過端子板接線。每種通信方式的接線端子各不相同,接下來對(duì)每種方式所需的端子連接進(jìn)行介紹。

2.2.1 RS-232接線

RS-232鏈路有效范圍不超過 15m。505調(diào)速器的 RS-232接線使用端子板 114-117和 106-109。圖 1所示為典型的 RS-232通信連接方案。傳輸數(shù)據(jù)(TXD)、接收數(shù)據(jù)(RXD)和信號(hào)接地(SIG GND)必須按圖 1所示正確連接,而且應(yīng)至少連接 1處屏蔽(SHLD)。

2.2.2 RS-422接線

圖1 典型的 RS-232通信布置

RS-422通信接口的優(yōu)點(diǎn)在于它使用差動(dòng)電壓,從而保證有效的傳輸距離更長。1路 RS-422鏈路的有效通信距離可達(dá)1219m。505調(diào)速器的RS-422連接使用端子板 108-113和 116-121,圖 2所示為典型的 RS-422通信連接。傳輸數(shù)據(jù)對(duì) (422T+和422T-)、接收數(shù)據(jù)對(duì)(422R+和 422R-)及信號(hào)接地(SIG GND)必須按圖 2所示正確連接,而且應(yīng)至少連接 1處屏蔽(SHLD)。Modbus網(wǎng)絡(luò)鏈路中的最后一臺(tái)裝置(也只有這臺(tái)裝置),應(yīng)將其接收器用 1個(gè)電阻器端接。505調(diào)速器有內(nèi)置端接電阻器。2.2.3 RS-485接線

RS-485通信的傳輸距離也可達(dá)到 1 219m。505調(diào)速器的 RS-485連接使用端子板 108-111和116-119。圖 3所示為典型的 RS-485通信連接方式。數(shù)據(jù)線(422R+/485+和 422R-/485-)及信號(hào)接地(SIG GND)必須采取如圖 3所示正確連接,而且應(yīng)至少連接 1處屏蔽(SHLD)。Modbus網(wǎng)絡(luò)鏈路的最后一臺(tái)裝置(也只有這臺(tái)裝置),應(yīng)將其接收器用 1電阻器端接。505調(diào)速器有內(nèi)置的端接電阻器。

505的所有 3個(gè)通信端口與接地完全隔離。RS-422和 RS-485技術(shù)規(guī)范要求:如果 2臺(tái)裝置之間沒有其他接地路徑,則需要使用接地線。建議對(duì)已隔離端口采用在連接線路接地的接地電纜中單獨(dú)安裝 1根接線。將屏蔽至少 1處接地,如圖 4所示。

圖4 用單獨(dú)信號(hào)接地線多點(diǎn)接線的推薦方案

未隔離節(jié)點(diǎn)可能沒有信號(hào)接地,如果沒有信號(hào)接地,則使用另一種接線方案,如圖 5所示。該方案采用將隔離節(jié)點(diǎn)的所有線路接地連接至屏蔽,然后再將屏蔽在一非隔離節(jié)點(diǎn)處接地。

圖5 用單獨(dú)信號(hào)接地線多點(diǎn)接線的第 2種方案

小機(jī) MEH側(cè)與 DCS側(cè)實(shí)際接線如圖 6所示。

3 組態(tài)

在 MEH側(cè)有關(guān)通訊的組態(tài)見表 1。

在 OVATION系統(tǒng)中,關(guān)于與 PLC通訊的設(shè)置有 2部分,一部分在 LC卡中,一部分在控制器(DPU)中。

(1)LC卡中的組態(tài)。LC卡件的設(shè)置需要 1臺(tái)運(yùn)行 DOS5.0的 PC機(jī),通過串行口連接 LC卡,對(duì)LC卡進(jìn)行設(shè)置。連接 LC卡與 PC機(jī)之間串口電纜接線如下:兩端 9針 FEMALE接頭

表1 MEH側(cè)通訊的組態(tài)

在 LC卡中必須包含以下 3個(gè)文件:mod.grp;autoexec.bat;dlmodbus.exe。

其中,autoexec.bat包含以下內(nèi)容:

set No87=No_87

dlmodbus.exe

調(diào)試初期,#7機(jī)組 DCS與小機(jī) MEH的通訊曾經(jīng)出現(xiàn)中斷的情況。小機(jī)的通訊是冗余配置的,當(dāng)一路通訊中斷時(shí)沒有自動(dòng)切換到另一路通訊上。沒有自動(dòng)切換的原因是原有的配置文件設(shè)定和切換邏輯不完善。后來經(jīng)過大量的試驗(yàn)和摸索,對(duì)原有的配置文件和切換邏輯進(jìn)行了修改。

圖6 小機(jī) 505側(cè)與DCS側(cè)實(shí)際接線

所有有關(guān) LC卡的設(shè)置主要是對(duì) LC卡中的meh.cfg文件進(jìn)行修改,目前,#7機(jī)組小機(jī)通訊 LC卡中的配置文件 meh.cfg如下(黑斜體部分為修改的部分):

##RLC Link Controller Modbus interface configuration

file

#

# DPU 22/72

#

/FILE:title=“RLCOVATION＜-＞Tubine Feed

water”,

platform=RLC,

LinkType=485,

baud=19200,

databits=8,

parity=none,

stopbits=1,

watchdogtime=3.0,

statusholdtime=2.1,

qlcstatusreg=48,/通訊狀態(tài)寄存器地址

controlreg=D0064,/控制LC卡狀態(tài)寄存器的地址

ExecutedOnceReg=D0040,/LC卡狀態(tài)寄存器地址

intermessagedelay=0,

retries=1,/重試次數(shù)

backupmodeaction=Read_on ly/設(shè)定LC卡處于備用狀態(tài)時(shí)的工作方式

/GROUP:name=“OVATION＜-＞MEH”,

number=1,

operation=PERIODIC,

Interval=0

D0101,FSC,1,0002;DO從 DCS輸出到 MEH

D0102,FSC,1,0004

D0103,FSC,1,0005

D0104,FSC,1,0008

D0105,FSC,1,0009

D0106,FSC,1,0014

D0107,FSC,1,0015

D0108,FSC,1,0016

D0110,RIS,1,0000;DI從 MEH輸出到 DCS

D0111,RIS,1,0001

D0112,RIS,1,0002

D0113,RIS,1,0014

D0114,RIS,1,0015

D0115,RIS,1,0039

D0116,RIS,1,0040

D0117,RIS,1,0041

D0118,RIS,1,0042

D0119,RIS,1,0043

D0120,RIS,1,0044

D0121,RIS,1,0045

D0122,RIS,1,0101

I0001,RIR,1,0003,uint16;AI從 MEH輸出到DCS

I0002,RIR,1,0006,uint16

I0003,RIR,1,0025,uint16

I0004,RIR,1,0030,uint16

I0005,RIR,1,0048,uint16

I0006,RIR,1,0049,uint16

I0007,PSR,1,0000,uint16;

復(fù)位 MODBUS寄存器 meh.cfg文件主要分成 2個(gè)部分:第 1部分配置系統(tǒng)的通訊組態(tài),包括設(shè)置連接方式為 RS485形式、通訊速率、奇偶效驗(yàn)、通訊字長度、通訊冗余的形式以及通訊過程中專用特殊位的設(shè)置等;第 2部分分別定義了數(shù)字量輸出、模擬量輸入的 DCS與 MEH之間地址的映射表。

按照這個(gè)設(shè)置,2個(gè) LC卡之間,其中一塊處于工作狀態(tài)和小機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和通訊,另一塊卡處于備用狀態(tài),也在和小機(jī)通訊,但只讀小機(jī)的數(shù)據(jù),不會(huì)有指令輸出。LC卡的狀態(tài)是由#64寄存器(Controlreg)來決定的,當(dāng)#64寄存器的值被設(shè)為 1時(shí),LC卡就處于工作狀態(tài),#8 LED燈亮,LC卡狀態(tài)寄存器(ExecutedOnceReg)的值為 1。當(dāng)#64寄存器的值被設(shè)為 0時(shí),LC卡就處于備用狀態(tài),#8 LED燈不亮,LC卡狀態(tài)寄存器的值為 0。同時(shí),在 CB里做了如圖 7所示的邏輯。

用 SLCSTATUS算法塊讀取通訊狀態(tài)寄存器的值,打包點(diǎn)的第 1位為“1”代表通訊正常,為“0”代表通訊中斷。只要 LC卡能夠和小機(jī)正常通訊,該位就為“1”,不管 LC卡是在工作還是備用狀態(tài),再經(jīng)過 1個(gè) RS觸發(fā)器來決定哪塊卡處于工作狀態(tài)。用 SLCDOUT算法塊將該值寫入 LC卡的#64寄存器(Controlreg)。

為了模擬現(xiàn)場(chǎng)冗余切換,用 4塊 LC卡配成2路冗余通訊來測(cè)設(shè)該套配置,其中 2塊 LC卡作為Slave端用于模擬小機(jī) 505。共做了 4次試驗(yàn):

(1)A路工作,B路備用。斷開 A路的連線,通訊切換到 B路。

(2)B路工作,A路備用。停止 B路 Slave端的程序,通訊中斷切換到 A路。

圖7 DCS與 MEH通訊邏輯無擾切換邏輯

(3)A路工作,B路備用。拔掉 A路 Slave端的LC卡,通訊中斷切換到 B路。

(4)B路工作,A路備用。拔掉 B路 Master端的 LC卡,通訊中斷切換到 A路。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)場(chǎng),DCS側(cè)與小機(jī) MEH的 LC通訊建立起來后,通過冗余切換試驗(yàn),證明了 LC通訊的冗余切換功能是可靠的。

[1]張建創(chuàng).北侖電廠 1號(hào)機(jī)組 PLC系統(tǒng)與 DCS通訊接口詳析[C]//首屆長三角科技論壇——能源科技分論壇論文集.杭州:浙江省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì),2004.

[2]費(fèi)敏銳,郎文鵬.開放型工業(yè)控制技術(shù)及系統(tǒng)[M].上海:上海大學(xué)出版社,2000.