夏 跡，郭興勝

(浙江浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 溫州325609)

0 引 言

現(xiàn)階段，在電力生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用DCS集散控制系統(tǒng)。它具有控制功能分散且豐富，可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜控制及優(yōu)化控制，具備集中監(jiān)視操作、分級(jí)管理、可靠性高、開(kāi)放性強(qiáng)、靈活便于維護(hù)等特點(diǎn)，是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[1]。

但隨著電廠單機(jī)容量的日漸增加，生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的不斷大型化、復(fù)雜化，需要監(jiān)測(cè)和控制的參數(shù)也在不斷增加。對(duì)通信數(shù)據(jù)量等方面需求的不斷提高，導(dǎo)致DCS控制系統(tǒng)單一的環(huán)網(wǎng)配置已不能滿足控制要求，IDAS系統(tǒng)越來(lái)越多地得到了應(yīng)用。IDAS系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程I/O前置采集器布置于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，再經(jīng)由打包器、Nport連入以太網(wǎng)，并入DCS系統(tǒng)。其中遠(yuǎn)程I/O前置采集器通常布置在就地距離測(cè)點(diǎn)位置較近的地方，與從測(cè)點(diǎn)直接布線至電子室DCS機(jī)柜端子板相比，大量節(jié)省了電纜的長(zhǎng)度[2]。同時(shí)，由于長(zhǎng)距離傳輸，電纜的線阻大，也減少了由此引起的測(cè)量不準(zhǔn)確現(xiàn)象，提高了測(cè)量的精度。

IDAS系統(tǒng)中遠(yuǎn)程I/O與上位系統(tǒng)直接對(duì)接，為直行單層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)成簡(jiǎn)單清晰，系統(tǒng)維護(hù)方便[3]。作為DCS系統(tǒng)的有益補(bǔ)充，它在擴(kuò)大系統(tǒng)涵蓋范圍的同時(shí)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在充分發(fā)揮系統(tǒng)的整體效能方面發(fā)揮了重要的作用。

IDAS系統(tǒng)的發(fā)展，得益于通信協(xié)議和設(shè)備之間串行通訊的應(yīng)用。同時(shí)，由于MODBUS協(xié)議定義的是一種數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于物理層介質(zhì)，所以控制器能夠識(shí)別和使用，而不受限于設(shè)備通信的網(wǎng)絡(luò)類型，具有非常良好的適用性。由此可見(jiàn)，將IDAS系統(tǒng)接入到DCS系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視、控制、管理，能夠極大地提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率和管理水平。

1 IDAS系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 IDAS系統(tǒng)概述

某廠的IDAS系統(tǒng)以上海耀明QD系列前置數(shù)據(jù)采集盒搭配ABB公司Symphony系統(tǒng)的上位機(jī)使用。IDAS系統(tǒng)在硬件配置上，主要包括遠(yuǎn)程I/O前置采集器、打包器、Nport。前置器采用串口RS-485遠(yuǎn)程通信方式，打包器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，再經(jīng)由Nport把數(shù)據(jù)匯入DCS系統(tǒng)。

以1號(hào)機(jī)組為例，共配置IDAS測(cè)點(diǎn)1 648個(gè)，加之40個(gè)計(jì)算值。測(cè)點(diǎn)主要包含汽機(jī)側(cè)定子線圈溫度、輔機(jī)的電機(jī)線圈溫度和繞組溫度；鍋爐側(cè)過(guò)熱器、再熱器金屬壁溫；電氣側(cè)輔機(jī)電度表。計(jì)算值為部分選定測(cè)點(diǎn)的最大值、最小值，它便于運(yùn)行人員對(duì)批量測(cè)點(diǎn)進(jìn)行直觀監(jiān)視。

1.2 IDAS系統(tǒng)與環(huán)網(wǎng)的連接

機(jī)、爐側(cè)分設(shè)兩路遠(yuǎn)程I/O前置采集器，各前置器之間為并行連接。每路前置器末端分別接入打包器(A網(wǎng))和打包器(B網(wǎng))，再經(jīng)Nport1和Nport2，由交換機(jī)(HUB)送入IDAS系統(tǒng)服務(wù)器。此種接線實(shí)現(xiàn)了打包器和Nport兩者的冗余配置。就地電氣信號(hào)經(jīng)由Nport3同樣連接至交換機(jī)。DCS系統(tǒng)PGP服務(wù)器S2和S4電腦同時(shí)作為IDAS系統(tǒng)的服務(wù)器，分別直接從Nport1和Nport2上讀取數(shù)據(jù)，并作為其他DCS系統(tǒng)PGP服務(wù)器IDAS點(diǎn)的數(shù)據(jù)源，其系統(tǒng)接線如圖1所示。

圖1 IDAS系統(tǒng)與環(huán)網(wǎng)的連接

1.3 遠(yuǎn)程I/O前置采集器的配置

遠(yuǎn)程I/O前置采集器安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)(如：發(fā)電機(jī)旁、汽輪機(jī)旁、凝結(jié)水泵旁和鍋爐的爐頂及爐壁)等場(chǎng)所，可直接采集現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，送到打包器中。

以機(jī)側(cè)為例，就地共配置14個(gè)前置器，分別安裝于汽機(jī)平臺(tái)0 m層4個(gè)、6.4 m層2個(gè)和13.7 m層8個(gè)。前置器電源取自機(jī)側(cè)DCS電源柜10CUN02，送至就地電源箱10CUN06。1路進(jìn)線，14路出線，各前置器獨(dú)立供電。電源接線如圖2所示。

圖2 機(jī)側(cè)前置器電源接線

前置器內(nèi)各通道的輸入信號(hào)可任意選擇，熱電阻、熱電偶、電壓、電流完全通用，只需按照各種信號(hào)的輸入接線方式正確接線，并改變通道插針組態(tài)即可。

汽機(jī)側(cè)IDAS測(cè)點(diǎn)共有229個(gè)。其中選用熱電偶溫度元件106個(gè)，熱電阻溫度元件123個(gè)，具體測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)表1。

表1 機(jī)側(cè)IDAS前置器測(cè)點(diǎn)分布

1.4 打包器和Nport的物理連接

各遠(yuǎn)程I/O前置采集器并行連接后，接至通信控制器(或串口服務(wù)器)，即打包器。再經(jīng)過(guò)Nport完成RS-485到TCP/IP之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，連接至以太網(wǎng)交換機(jī)(HUB)，與IDAS系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

打包器和Nport之間的連接圖如圖3所示。最后一個(gè)前置采集器的兩路輸出分別接至打包器(A網(wǎng))和打包器(B網(wǎng))的1號(hào)端口。打包器(A網(wǎng))的2號(hào)端口連接至Nport1的4號(hào)端口，打包器(B網(wǎng))的2號(hào)端口連接至Nport2的2號(hào)端口。配合軟件上的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)側(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)由打包器(A網(wǎng))、Nport1和打包器(B網(wǎng))、Nport2的兩路冗余通信，切實(shí)保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖3 打包器和Nport之間的連接

從遠(yuǎn)程I/O前置采集器到Nport之間的連接，均采用屏蔽雙絞線MODBUS-RTU國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。前置器通過(guò)2條冗余配置相互隔離的全雙工RS485通訊線將數(shù)據(jù)直接傳送到打包器。

MODBUS協(xié)議使用主從應(yīng)答式連接。一路通信為打包器發(fā)出信號(hào)尋址某一臺(tái)唯一的前置器，另一路通信為被尋址的前置器發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)傳輸給打包器[4-5]。因此，就要求每只前置器只能使用一個(gè)地址號(hào)，且不能和同一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中另一只前置器地址相同。另外，MODBUS協(xié)議只允許在打包器和前置器之間通信，而不允許各前置器之間的數(shù)據(jù)交換。

1.5 操作員站的設(shè)置

S2和S4電腦作為IDAS系統(tǒng)的服務(wù)器，直接通過(guò)以太網(wǎng)從Nport獲取數(shù)據(jù)，其他DCS系統(tǒng)PGP服務(wù)器的IDAS點(diǎn)再接收這兩臺(tái)電腦中數(shù)值。所以，S2和S4電腦均需要安裝Nport Administrator(Nport管理器)和ScanMonitor軟件。

1.5.1 Nport管理器

在Nport管理器的Nport-COM Mapping一項(xiàng)中，可直觀看到該臺(tái)IDAS系統(tǒng)服務(wù)器配置的Nport個(gè)數(shù)、每個(gè)Nport的端口數(shù)目以及每個(gè)Nport端口同該臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行通訊的具體COM口。S2和S4電腦的Nport及端口配置情況如圖4、圖5所示。

圖4 S2電腦的Nport及端口配置情況

圖5 S4電腦的Nport及端口配置情況

從圖4、圖5可以看出，IDAS系統(tǒng)服務(wù)器S2電腦共配置2個(gè)Nport，即Nport1和Nport3，S4電腦配置1個(gè)Nport，即NPort2。其中Nport1、Nport2各有4個(gè)端口，Nport3有8個(gè)端口。

由于Nport是直連在以太網(wǎng)中的，它具有單獨(dú)的IP地址?？捎纱伺袆e各端口顯示是否同屬于1個(gè)Nport。另外，在PGP注冊(cè)表Scanner一項(xiàng)中，對(duì)應(yīng)不同的打包器，其BusPort值表示該打包器連接至Nport的端口號(hào)。該設(shè)置必須和其硬件連接保持一致，才能保證通信正常。這點(diǎn)在運(yùn)行機(jī)組新增打包器，進(jìn)行軟件設(shè)置時(shí)需要尤其注意。

1.5.2 ScanMonitor軟件

在ScanMonitor軟件中，可以看到IDAS系統(tǒng)服務(wù)器所連接的Nport端口的運(yùn)行情況。S2和S4電腦的ScanMonitor畫面如圖6、圖7所示。

圖6 S2電腦的ScanMonitor畫面

圖7 S4電腦的ScanMonitor畫面

如圖6、圖7所示，S2電腦連接打包器(A網(wǎng))、打包器(B網(wǎng))、電氣表共3個(gè)打包器。S4電腦連接打包器(A網(wǎng))和打包器(B網(wǎng))。一般來(lái)講，前面的指示燈狀態(tài)綠色代表通信正常；紅色代表通信中斷；若為黃色，說(shuō)明其通信出現(xiàn)故障。

2 最大值、最小值的計(jì)算

所有IDAS系統(tǒng)中最大值、最小值的計(jì)算均由DCS系統(tǒng)PGP服務(wù)器中的HIS(歷史站)電腦完成。在該臺(tái)電腦D:/PGP/config/calc文件夾內(nèi)，包含有.xla文件的執(zhí)行函數(shù)、.DBF文件的計(jì)算值數(shù)據(jù)庫(kù)以及.txt文件的計(jì)算式。如T01是取b600到b617的最大值，其計(jì)算式如圖8所示。另外，在DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)計(jì)算值的Formula一項(xiàng)，可以看到其Formula file，即該點(diǎn)計(jì)算式所在的具體.txt文件名。

圖8 最大值(T01)的計(jì)算式

3 數(shù)據(jù)顯示故障的處理

實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，若全部IDAS測(cè)點(diǎn)失準(zhǔn)，可查看ScanMonitor軟件狀態(tài)，通常重啟S2或S4電腦即可解決。若僅僅是計(jì)算值數(shù)據(jù)出錯(cuò)，應(yīng)重啟歷史站電腦。如果連續(xù)的多個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)顯示失準(zhǔn)，應(yīng)檢查是否為單個(gè)前置器引起。

圖9所示為各前置器之間的并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖。假定1號(hào)為起始地址，順次地并聯(lián)到2、3……n號(hào)前置器，再送入打包器。以圖9中2號(hào)前置器為例，對(duì)故障情況進(jìn)行說(shuō)明。

圖9 前置器之間的并聯(lián)結(jié)構(gòu)

如果前置器2的主、從通信中1個(gè)接頭被拔掉，2號(hào)前置器失去冗余，S2或S4電腦的2號(hào)前置器無(wú)數(shù)據(jù)。根據(jù)打包器與Nport的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)拔掉接頭的一組通訊連接到Nport1時(shí)，S2電腦顯示異常；反之，則S4電腦顯示異常。當(dāng)前置器2的兩路通信插頭全部拔掉時(shí)，則所有PGP電腦的2號(hào)前置器數(shù)據(jù)均不能正常顯示。如果前置器2的主、從通訊中全部接線斷線，則2號(hào)前置器及2號(hào)前置器之前的前置器(在圖9中為前置器1)離線,3號(hào)前置器及后面的數(shù)據(jù)可以正常顯示。

4 結(jié) 語(yǔ)

面對(duì)大量現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，采用前置器可節(jié)約大量信號(hào)電纜和補(bǔ)償導(dǎo)線?；贛ODBUS通信協(xié)議的IDAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中就地?cái)?shù)據(jù)向遠(yuǎn)程統(tǒng)一傳送的功能。但由于其通信的可靠性尚存在不足，并沒(méi)有應(yīng)用到控制系統(tǒng)的邏輯保護(hù)部分。

隨著智能儀表的開(kāi)發(fā)與完善，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)終將在電廠中得到實(shí)際應(yīng)用和大力推廣。智能電廠將是新一代熱工技術(shù)人員共同奮斗的目標(biāo)。