唐　輝，李　俊，呂曉東（雅礱江水電開發(fā)有限公司官地水電站，四川 西昌 615000）

MB+通信編程實現水電站監(jiān)控系統(tǒng)數據采集與控制

唐輝，李俊，呂曉東
（雅礱江水電開發(fā)有限公司官地水電站，四川 西昌 615000）

摘要：通過介紹MB+網的應用對象、特點、工作方式、幀格式等，簡要說明了壩區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡稱壩區(qū)LCU)的MB+組網結構，以表孔閘門控制系統(tǒng)為例，重點闡述施耐德PLCUnityPro如何以MB+通信編程方式實現壩區(qū)LCU對輔助控制系統(tǒng)的數據采集與控制，總結官地水電站MB+組網應用特點、不足及處理措施，指出MB+網對水電站輔助機電設備在檢修、運行方面的作用及實現官地水電站現代化建設和發(fā)展上所表現出的意義。

關鍵詞：MB+；LCU；PLC；MBP_MSTR；UnityPro

0　引言

官地水電站坐落在四川省涼山州，裝機4臺，共2400MW，2012年全部投產后由設在成都的總部集控中心進行遠程監(jiān)控，電能主要輸往華東地區(qū)，作為剛投產的新型電站，在計算機監(jiān)控系統(tǒng)建設上大量采用了通信、網絡技術來實現電站的數據采集與控制，其中利用MB+通信方式實現了計算機監(jiān)控系統(tǒng)LCU對全廠輔助控制系統(tǒng)進行數據采集及控制。

1　MB+簡介

MB+是ModBusPlus的簡稱,是Schneider公司推出的一種專為工廠級應用而設計的工業(yè)局域網，主要為其PLC產品提供一種網絡通信協議，是一種高速現場總線網絡，也是一種典型的令牌總線網。它允許計算機、PLC和其他數據源以對等方式進行通信,設備通過獲得“令牌”的方式實現數據交換,嚴格定義了令牌的傳遞方式、數據校驗及通信接口等方面的參數。標準MB＋網最多可支持32個對等節(jié)點，通信距離為457.2m，網絡中的每個節(jié)點均分配有唯一的地址，一個節(jié)點擁有令牌就可以與所選的目標進行信息傳遞。數據傳送速率達1Mb/s,MB+網的構成部件主要包括可編程控制器（PLC）、RR85中繼器、BP85網橋、BM85網橋多路器等，PLC是MB+網的關鍵節(jié)點部件；網絡為模塊式結構，可根據實際要求配置成樹形、星形、環(huán)形，傳輸介質為雙絞線、同軸電纜或光纖，MB＋網具有高速、對等通信結構簡單、安裝費用低等特點。典型應用主要包括網絡控制、數據采集、信號監(jiān)測、程序上裝/下傳、遠程測試編程等。

MB+網工作過程：

（1）從低地址向高地址順序傳遞令牌。

（2）其他未獲令牌節(jié)點處于監(jiān)聽狀態(tài)，并記錄獲令牌節(jié)點的要求。

（3）原處于監(jiān)聽狀態(tài)的節(jié)點獲得令牌后，便按上次擁有令牌節(jié)點對自己的要求收/發(fā)數據。同時向網上節(jié)點發(fā)布自己的要求，并自動傳遞令牌。

MB+報文幀格式如表1所示。

表1

2　MB+組網應用

以計算機監(jiān)控系統(tǒng)壩區(qū)LCU接入表孔閘門控制系統(tǒng)（共5套）中的1號表孔閘門PLC為例，其結構示意圖如圖1。

圖1壩區(qū)LCUMB+網結構示意圖

壩區(qū)LCU及輔助控制系統(tǒng)均采用施耐德昆騰PLC，網絡傳輸介質為雙絞線，與分支纜連接的專用插頭可插進每個PLC的9針D型ModbusPlus口上，在一個網絡的兩端節(jié)點，使用專用的終端插頭，在其余中間節(jié)點使用專用的TAP在線插頭，MB+網絡電纜總長度400m，網絡節(jié)點數量8個。

壩區(qū)LCU與1號表孔閘門PLC的通信是通過圖形化工程塊語言（FBD）的MBP_MSTR功能塊來進行的，該功能塊是施耐德PLCUnityPro軟件專用于網絡通信（MB+、TCP/IP、SY/MAX以太網）的功能塊，使用該功能塊可以讀取或寫入1號表孔閘門PLC的內部字（%MW）。以報文中地址碼來區(qū)分5套表孔閘門，以報文中功能碼實現讀寫數據請求。

3　壩區(qū)LCUMB+通信編程

壩區(qū)LCU中與1號表孔閘門PLC通信的數據讀取的初始化結構化文本（ST）程序定義如下：

IFBKZM1_PLC=1THEN//1號表孔閘門PLC有效MBP_BKZM1:=11;//1號表孔閘門站地址11 MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[1]：=2；//CONTROL[1]=2：讀取1號表孔閘門PLC數據

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[3]: =DINT_TO_INT(IN:=(BKZM1_DI_NO/16))+DINT_TO_INT(IN:=BKZM1_AI_NO)+1；//CONTROL [3]=DINT_TO_INT(IN:=(BKZM1_DI_NO/16)) +DINT_TO_INT(IN:=BKZM1_AI_NO)+1:數據區(qū)，讀取1號表孔閘門PLC狀態(tài)量、模擬量數據的數量；

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[4]:=601; //讀取 1號表孔閘門 PLC寄存器起始地址（% MW601）

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[5]:=11; //地址碼：1號表孔閘門PLC的地址

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[6]:=0; //目標節(jié)點地址:如CONTROL[5]已設置，本項為0

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].ENABLE:=1；//使能=ON

ENDIF

壩區(qū)LCU中與1號表孔閘門PLC通信的數據寫入初始化程序定義如下：

IFBKZM1_PLC=1THEN

MBP_BKZM1:=11;

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[1]:=1;

//CONTROL[1]=1：向1號表孔閘門PLC寫入數據

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[3]:=1;

//CONTROL[3]=1:數據區(qū)，向1號表孔閘門PLC寫入1個字（閘門開度數據、閘門啟閉令）

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[4]:=800;

//寫入1號表孔閘門 PLC寄存器地址（% MW800）

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[5]:=11;

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[6]:=0;

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].ENABLE:=1;

ENDIF

壩區(qū)LCU中與1號表孔閘門PLC通信使用MBP_MSTR功能塊，如圖2：

圖2壩區(qū)LCUMSTR功能塊圖

功能塊參數釋義：

ENABLE：若MBPLUS[MBP_BKZM1].ENABLE: =1，則功能塊激活。

SUCCESS：BooL值，當讀取1號表孔閘門PLC數據成功時為1（ON）。

CONTROL：數組，數據類型為字，執(zhí)行通信初始化程序中的CONTROL[X]中的內容。

DATABUF：數組，數據類型為字，對于提供數據的操作（如上位機設定閘門預置開度數據的操作、閘門的啟閉等），該數據字段為數據源。對于接收數據的操作（如讀取1號表孔閘門PLC數據），該數據字段是數據目標。

TON：接通延時功能塊，20s內MSTR未成功讀取表孔閘門控制系統(tǒng)數據（MBPLUS_1[MBP_BKZM1]. SUCCESS參數值體現）則判定系統(tǒng)間MB+通信失敗。

壩區(qū)LCU節(jié)點地址為1號，優(yōu)先獲取令牌，向11號節(jié)點-1號表孔閘門PLC發(fā)出讀取或寫入數據要求，1號表孔閘門PLC收到讀數據要求后將數據放入起始地址為%MW601寄存器片區(qū)，MBP_MSTR功能塊從寄存器%MW601接收到的數據放在MBPLUS_1[MBP_BKZM1].DATABUF，LCU將.DATABUF中的數據字通過循環(huán)程序（定義為狀態(tài)量地址的字提取16個狀態(tài)量數據，定義為模擬量地址則提取一個模擬量數據）讀完所有的寄存器數據。

當運行人員在上位機經壩區(qū)LCU預置閘門開度數據時，閘門設定值寫入MSTR功能塊程序語句MBPLUS1[1].DATA_BUF[1]:=DUMMY.AI_VALUE[11]，1號表孔閘門PLC收到寫數據要求后將地址% MW800清空迎接新的數據寫入，通過%MW800讀取到壩區(qū)LCU的.DATA_BUF[1]數據，設定開度值并將值回送到壩區(qū)LCU,壩區(qū)LCU判斷與1號表孔閘門 PLC的 MB+網通信狀態(tài)（即 MBPLUS_1 [MBP_BKZM1].ERROR=0）是否正常以及閘門設定開度值與閘門開度MB+通信反饋值（COMMU. AI_VALUE[31]）相一致后方可執(zhí)行下一步流程，否則上位機發(fā)出報警提示并拒絕執(zhí)行指令，閘門開度控制程序如下：

732:IF(MBPLUS[MBP_BKZM1].ERROR=0 ANDDUMMY.AI_VALUE[1

1]=COMMU.AI_VALUE [31])THEN

SEQ_INFO[object].CSTEP:=735;//流程下一步號ELSE

ALARM_CODE:=2501;//告警碼及編號

FAIL:=1;//流程失敗標志

END_IF;

4　表孔閘門控制系統(tǒng)PLCMB+通信程序

以上送壩區(qū)LCU狀態(tài)數據為例，1號表孔閘門PLC通過在 FBD標準庫里的類型轉換功能塊BIT_TO_WORD、WORD_TO_INT功能塊將BooL數據類型的輸入值轉換為整型字并向LCU上送狀態(tài)量數據，功能塊輸入既可以是PLC的DI模件輸入量、DO開出量，也可以是PLC程序中間變量。功能塊輸出則定義為1號表孔閘門PLC與壩區(qū)LCU協商一致的起始寄存器地址%MW601。MB+通信功能塊示意圖如圖3：

圖3表孔閘門PLCMB+通信功能塊圖

1號表孔閘門PLC接收壩區(qū)LCU下發(fā)的閘門開度值模擬量1個，閘門啟/停令、關閉令2個；向壩區(qū)LCU上送的模擬量信號6個，包括閘門開度、閘門行程、閘門偏差、閘門下滑量等，狀態(tài)量信號37個，包括油泵、閘門運行狀態(tài)和控制方式、控制系統(tǒng)及傳感器狀態(tài)監(jiān)測、報警信號等，囊括了整個表孔閘門系統(tǒng)機械、電氣、二次控制系統(tǒng)的全部狀態(tài)信息。部分功能塊輸入點具體定義事例如表2。

表2 狀態(tài)信號上送監(jiān)控系統(tǒng)點表

5　組網特點、不足及解決措施

（1）組網特點：官地水電站全廠輔助控制系統(tǒng)數量眾多，分布面大，但沒有直接接入工控機，各工區(qū)的輔助系統(tǒng)相互之間也未采用網橋連接而是分別接入8套LCU，每套LCU接入數量不超過10個節(jié)點，完成一次數據采集速度快，實時采集、控制性能好，而且網絡層級清晰，節(jié)省了大量LCU硬件及信號電纜投資。

（2）不足：組網傳輸介質為雙絞線，在節(jié)點應用環(huán)境惡劣的條件下，網絡電纜可能發(fā)生鼠咬、絕緣下降、強電串入、雷電波侵入，造成網絡癱瘓，而故障的查找、排查、處理比較困難，且網絡結構為鏈型，故障點越靠近接入LCU點，則脫網的節(jié)點越多。

（3）解決措施

通信電纜與動力電纜盡量分開布置，否則MB+網容易受到干擾，出現誤報現象。

對于鏈型網絡結構，實施技改，形成光纜環(huán)網結構，增強網絡可靠性。

在環(huán)境較差的接入節(jié)點，安裝防雷器，注意每個防雷器的接入衰減可減少電纜接入距離40m。

MB+網絡的兩端節(jié)點，除使用專用的終端插頭外，還要把終端插頭中的MB+干纜雙絞線接入終端阻抗匹配端子，以防止造成信號反射，影響網絡正常運行。

為保證可靠性、冗余度，輔助控制系統(tǒng)部分重要信號仍須通過硬接線方式接入所屬片區(qū)LCU。

6　結語

MB+網的應用是對水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的補充與延伸，通過MB+網數據采集，監(jiān)控系統(tǒng)完整、全面采集全廠輔助設備系統(tǒng)狀態(tài)數據，專業(yè)維護人員利用數據分析工具，對全廠輔助機電設備進行故障分析、趨勢分析，參考傳統(tǒng)的計劃檢修模式，因地制宜實行狀態(tài)檢修，大大節(jié)省了人力、資金成本。同時采集到的數據通過數據傳輸網傳輸，使設在成都的集控人員可遠程監(jiān)控全廠輔助機電設備，大大減輕了運行現場值守人員的巡視負擔，為水電站實現“無人值班、少人值守”打下堅實基礎，也為實現數字化、網絡化、智能化電站提供良好的支撐。

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中圖分類號：TV736

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）01-0021-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.007

收稿日期：2014-05-05

作者簡介：唐輝（1973-），男，工程師，從事水電廠通信自動化工作。