杜之正，杜建鵬

（1.華電電力科學(xué)研究院山東分院，山東 濟(jì)南 250000；2.沈陽工程學(xué)院新能源學(xué)院，遼寧 沈陽 110136）

隨著工控領(lǐng)域自動(dòng)化水平和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，通訊技術(shù)在電力生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)可靠通訊鏈路也成為電力生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。利用合理的硬件配置和可靠的軟件系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了該電廠公用系統(tǒng)與單元機(jī)組系統(tǒng)的通訊和外接第三方系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的通訊[1]。

1 公用系統(tǒng)與單元機(jī)組的通訊

1.1 硬件系統(tǒng)配置

該電廠公用系統(tǒng)配置10對(duì)控制器，包括空壓機(jī)系統(tǒng)、脫硫公用系統(tǒng)、汽機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)、熱網(wǎng)系統(tǒng)、公用電氣系統(tǒng)等，公用部分的I/O需要通訊到1號(hào)、2號(hào)單元機(jī)組，由單元系統(tǒng)操控公用設(shè)備。公用系統(tǒng)205號(hào)、206號(hào)工控機(jī)通訊到1號(hào)單元機(jī)組，207號(hào)、208號(hào)工控機(jī)通訊到2號(hào)單元機(jī)組。硬件通訊介紹以205號(hào)工控機(jī)為例，ABCDE 5根網(wǎng)線接入系統(tǒng)，其中A網(wǎng)、B網(wǎng)與1號(hào)單元Hirschmann交換機(jī)相連接，A網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址為222.222.221.205，B網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址為222.222.222.205，實(shí)現(xiàn)公用系統(tǒng)與單元機(jī)組的硬件通訊；C網(wǎng)與公用系統(tǒng)D-Link交換機(jī)相連接，地址為222.222.223.205，將公用部分工控機(jī)連接到一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)公用系統(tǒng)工控機(jī)間的通訊；D網(wǎng)、E網(wǎng)分別連接到公用系統(tǒng)Hirschmann交換機(jī)，與公用系統(tǒng)10對(duì)冗余控制器形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，D網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址為222.222.225.205，E網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址為222.222.226.205，公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置如圖1所示[2]。

1.2 Asdpu通訊軟件配置

通訊軟件采用新華公司研發(fā)的Asdpu，軟件包括執(zhí)行文件Asdpu.exe和配置文件Asdpu.cfg。以工控機(jī)205號(hào)配置Asdpu76號(hào)控制器為例，說明配 置文件包括如下內(nèi)容：

圖1 公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

[Node]

Node=76

[DefAutoModified]

BasePort=3316

[IPAddress]

Net1=222.222.221.205

Net2=222.222.222.205

Mask1=255.255.255.0

Mask2=255.255.255.0

[IODefinition]

DEBUG=1

Alarm=yes

SetTime=yes

Operation=yes

BEGIN_NETAO

#1.0,0,10,1,162

……

#10.0,1755,10,1,287

END_NETAO

BEGIN_NETDO

#1.0,0,10,1,542

……

#10.0,2998,10,1,759

END_NETDO

BEGIN_NETAI

#200,66.171,10,1,1

#210,16.72,10,1,1

END_NETAI

BEGIN_NETDI

#200,15.625,10,1,1

#201,61.303,10,1,1

END_NETDI

END

配置文件中節(jié)點(diǎn)配置Node與控制器配對(duì)規(guī)則一樣，因DCS系統(tǒng)為Ican3.1版本，則節(jié)點(diǎn)號(hào)配置冗余節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)號(hào)加100，該工程配置文件中Node號(hào)為76和176；端口號(hào)BasePort應(yīng)與外部系統(tǒng)端口號(hào)一致，BasePort=3316；按設(shè)計(jì)規(guī)則配置A網(wǎng)IP為222.222.221.205，B網(wǎng)IP為222.222.222.205，缺省值為255.255.255.0；Alarm=yes表示報(bào)警可傳遞，no或缺省不傳遞；SetTime=yes表示該Asdpu參加校時(shí)，no或缺省不校時(shí)；Operation=yes表示操作可傳遞，no或缺省不傳遞，需注意同一級(jí)Asdpu間的互操作P.B命令格式為：目的節(jié)點(diǎn)號(hào)為安裝該Asdpu的MMI站號(hào)，P.B改為A.D.P.B，A為目的ASDPU號(hào)，D為目的Asdpu下被操作的DPU號(hào)，向下傳遞功能的P.B命令格式為：目的節(jié)點(diǎn)號(hào)為目的Asdpu號(hào)，P.B改為D.P.B，D為目的Asdpu下被操作的DPU號(hào)[3]。

上下網(wǎng)配置的段名必須嚴(yán)格按照以下格式和次序，每個(gè)定義有如下5項(xiàng)：

1）本地起始點(diǎn)名或ID號(hào)，ID號(hào)前加#號(hào)，如果本地是Ican系統(tǒng)，發(fā)送到外部的點(diǎn)的ID格式為xcu.id；

2）外部ID號(hào)，如果外部是Ican系統(tǒng)，接受到外部點(diǎn)的ID格式為xcu.id；

3）掃描周期（發(fā)送點(diǎn)）或超時(shí)時(shí)間（接收點(diǎn)）；

4）共享屬性（1為共享，0為不共享）；

5）該項(xiàng)定義的點(diǎn)數(shù)n（從起始點(diǎn)開始的n個(gè)ID號(hào)連續(xù)的點(diǎn)）[4]。

BEGIN_NETAO為發(fā)送到外部的模擬點(diǎn)定義文件，BEGIN_NETDO為發(fā)送到外部的開關(guān)點(diǎn)定義文件，BEGIN_NETAI為從外部接收的模擬點(diǎn)定義文件，BEGIN_NETDI為從外部接收的開關(guān)點(diǎn)定義文件。Asdpu通訊軟件配置完成后，需在單元機(jī)組Ican3.1系統(tǒng)配置中添加HMI測點(diǎn)，完成公用系統(tǒng)I/O測點(diǎn)的添加，保存公用點(diǎn)目錄，在文件下裝目錄中將Hmi目錄下HmiTagList.bin文件下裝到單元機(jī)組工程師站和操作員站工控機(jī)完成單元機(jī)組工控機(jī)對(duì)公用系統(tǒng)設(shè)備的操控。

2 DCS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)通訊

該電廠鍋爐磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)清堵系統(tǒng)由三菱公司Fx3ga-PLC控制，由于旋轉(zhuǎn)清堵系統(tǒng)只能在設(shè)備現(xiàn)場的電子屏幕實(shí)現(xiàn)操作和監(jiān)控，無法在DCS系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操控，給設(shè)備正常監(jiān)控帶來諸多不便，對(duì)磨煤機(jī)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性帶來一定影響。

第三方PLC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可通過Ican3.1DCS系統(tǒng)I/O驅(qū)動(dòng)映射為虛擬XCU的I/O地址，可通過Ican3.1DCS系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)清堵系統(tǒng)I/O點(diǎn)實(shí)現(xiàn)邏輯組態(tài)。虛擬XCU的I/O驅(qū)動(dòng)方式可直接以主站方式驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus設(shè)備，實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的通訊，此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在Ican3.1DCS系統(tǒng)對(duì)磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)清堵PLC系統(tǒng)的監(jiān)視和控制中，取得了良好的效果[5-6]。

2.1 Modbus通訊協(xié)議介紹

Modbus協(xié)議作為一種通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可將不同廠商的控制器設(shè)備連接在一個(gè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)控制器的集中監(jiān)控和管理。Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)了一個(gè)控制器訪問其他控制器，回應(yīng)來自外在控制器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并能夠判斷和記錄錯(cuò)誤信息。它制定了內(nèi)容的公共格式和消息域格局[7]。

在同一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通訊，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需要知道它們的設(shè)備地址，按地址發(fā)來的消息識(shí)別。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)[8]。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測的方法。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。PLC、DCS、智能儀表等工控設(shè)備都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通信標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 通訊鏈路和串口服務(wù)器設(shè)置

運(yùn)行中Ican3.1系統(tǒng)中的VXCU（虛擬控制器）通過調(diào)用通訊接口程序，將磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)清堵系統(tǒng)PLC發(fā)送來（或發(fā)送到PLC）的數(shù)據(jù)經(jīng)過MOXANPort5630-8串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換映射為Ican3.1系統(tǒng)虛擬的I/O模件。與PLC系統(tǒng)通訊的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)虛擬模件上的I/O通道，通過Ican3.1系統(tǒng)的算法庫實(shí)現(xiàn)對(duì)通訊數(shù)據(jù)的處理，完成對(duì)就地設(shè)備的控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的通訊[9]。Ican3.1系統(tǒng)與Fx3ga-PLC系統(tǒng)通訊原理如圖2所示。

圖2 Ican3.1DCS與Fx3ga-PLC通訊鏈路

該系統(tǒng)通訊硬件采用MOXA-NPort5630-8串口服務(wù)器充當(dāng)串行接口到以太網(wǎng)的通信網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口和串口的數(shù)據(jù)傳輸，完成網(wǎng)絡(luò)IP數(shù)據(jù)包和串行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。通過串口服務(wù)器以太網(wǎng)接口連接至Ican3.1系統(tǒng)A網(wǎng)和B網(wǎng)交換機(jī)處，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，從而實(shí)現(xiàn)了DCS以太網(wǎng)與多個(gè)第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。在串口服務(wù)器投運(yùn)之前，需對(duì)串口服務(wù)器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括工作模式、串行口的波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位、流量控制及網(wǎng)絡(luò)口的IP地址、端口號(hào)等[11]。該清堵系統(tǒng)接入串口服務(wù)器第五端口Port5，相應(yīng)參數(shù)定位為

IP address：222.222.221.221

Net mask：255.255.255.0

Band rate：19200

Data bits：8

Stop bits：1

Parity：None

Flow Control：RTS/CTS

Interface：RS-485 2-wire

2.3 配置文件

該系統(tǒng)在工控機(jī)Eng202號(hào)和Eng203號(hào)分別開啟VXCU70（70號(hào)虛擬控制器）和VXCU170，實(shí)現(xiàn)虛擬控制器相互冗余。通訊軟件系統(tǒng)配置由動(dòng)態(tài)鏈接文件modiplc.dll和配置文modiplc.ini組成。配置文件定義了通訊接口參數(shù)以及外部數(shù)據(jù)與虛擬模件IO通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系[12]。系統(tǒng)的配置文件為

［CONFIG］

communication_port1=TCP,222.222.221.221,4001,31

communication_port1_Paterner=TCP,222.222.222.221,4001

......

communication_port5=TCP,222.222.221.221,4005,5

communication_port5_Paterner=TCP,222.222.222.221,4005

［Port5_PLC1］

Slave_No=1

Station_No=5

PlateNum=2

Plate1_No=1

Plate2_No=2

Plate1_DI=1,0,8,20

Plate2_DO_oper1=8,8

……

［Port5_PLC5］

Slave_No=5

Station_No=5

PlateNum=2

Plate1_No=9

Plate2_No=10

Plate1_DI=1,0,8,20

Plate2_DO_oper1=8,8

配置文件中［CONFIG］采用Modbus ASCII協(xié)議通訊，則配置為ASCII、端口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、有無校驗(yàn)、停止位、PLC數(shù)量、是否需要報(bào)文監(jiān)視窗口[13]。通訊口的第一個(gè)PLC通訊數(shù)據(jù)配置為該P(yáng)LC的Modbus從站地址，對(duì)應(yīng)的虛擬I/O站數(shù)，該P(yáng)LC對(duì)應(yīng)的虛擬模件數(shù)量，編號(hào)為i的模件地址，“Plate1_No=模件地址”與“Platei模件類型相對(duì)應(yīng)，前者指明模件地址，后者指定模件類型。因旋轉(zhuǎn)清堵系統(tǒng)屬于基建后增加設(shè)備，VXCU70控制器配置文件中DRIVER1=modiplc,1,4,16并未考慮有5個(gè)Port口加入控制器配置文件，現(xiàn)需修改為DRIVER1=modiplc,1,5,16表示串口服務(wù)器有5個(gè)外接系統(tǒng)配置在虛擬控制器文件中[13]。

3 結(jié) 語

通過熱控人員和設(shè)備廠家的調(diào)試，系統(tǒng)投運(yùn)以來，公用系統(tǒng)和單元機(jī)組通訊正常，單元側(cè)DCS系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)公用設(shè)備的操控。磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)清堵系統(tǒng)與Ican3.1系統(tǒng)間通訊良好，DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)清堵系統(tǒng)的操控。可見通訊技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用，在一定程度上節(jié)約了設(shè)備和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)成本。