謝 松，李西亮

（寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司，銀川 750409）

0 引言

寧夏棗泉電廠2×660MW超超臨界火電機(jī)組DCS采用艾默生過程控制有限公司的Ovation控制系統(tǒng)，軟件版本號3.5.1，控制器型號OCR1100。Ovation提供了基于Modbus通訊協(xié)議的鏈路控制器模塊，以下簡稱LC卡，允許第三方設(shè)備或系統(tǒng)以串行數(shù)據(jù)通訊的方式連接到Ovation控制系統(tǒng)。寧夏棗泉電廠的IDAS壁溫、干式電除塵控制、集控室LED大屏均通過LC卡接入DCS。本文擬從IDAS智能前端配置、LC卡參數(shù)配置、DCS邏輯組態(tài)、常見問題及原因分析4個(gè)方面闡述LC卡在電廠中的應(yīng)用。

表1 Modbus功能碼及作用對照表Table 1 Modbus function codes and function comparison table

1 Modbus通訊協(xié)議[1]簡介

Modbus通訊協(xié)議由MODICON公司于1979年開發(fā)，是一種工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。Modbus通訊協(xié)議是一項(xiàng)應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，包括ASCII、RTU、TCP三種報(bào)文類型。標(biāo)準(zhǔn)的Modbus通訊協(xié)議物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)接口，采用master/slave方式通信。本文介紹的LC卡通訊使用的Modbus RTU報(bào)文類型和RS485接口、常用Modbus功能碼及作用見表1。

2 IDAS智能前端配置

IDAS智能前端[2]需要設(shè)置從站地址、傳輸波特率、每個(gè)通道的信號類型，當(dāng)輸入信號為熱電偶時(shí)還要設(shè)置冷端補(bǔ)償方式：恒溫補(bǔ)償、自動(dòng)補(bǔ)償、具體通道補(bǔ)償。傳輸數(shù)據(jù)格式為2字節(jié)16位帶符號整數(shù)，且在數(shù)據(jù)傳輸過程中默認(rèn)將數(shù)值放大20倍后以整型數(shù)值進(jìn)行傳輸，DCS側(cè)讀取到數(shù)值后再乘以0.05轉(zhuǎn)化為實(shí)際壁溫?cái)?shù)值，這樣既能保證溫度測量精度為0.05℃，又能減少LC卡的數(shù)據(jù)寄存器占用。

智能前端具有雙網(wǎng)冗余功能，每臺前端的CPU內(nèi)有兩個(gè)可同時(shí)工作的UART，AB兩條總線分別送至兩塊LC卡，可以同時(shí)并行工作，極大地提高了總線型網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

智能前端通訊參數(shù)：通訊方式為半雙工異步通訊；網(wǎng)絡(luò)冗余為雙Modbus總線，可同時(shí)通訊；接口類型為RS485；通訊協(xié)議為Modbus RTU；主從關(guān)系為DCS為主站，智能前端為從站；通訊波特率為9600Kbps；數(shù)據(jù)格式為起始位1/數(shù)據(jù)位8/停止位1/無奇偶校驗(yàn)。

3 LC卡參數(shù)配置[3]

3.1 配置文件內(nèi)容

主要包括兩部分：通訊參數(shù)和寄存器地址映射關(guān)系。通訊參數(shù)與第三方設(shè)備相匹配。寄存器地址映射關(guān)系中I0000表示LC卡的寄存器地址，address 0000表示智能前端的寄存器地址，data_type INT16表示數(shù)據(jù)類型為帶符號整數(shù)。

platform RLC # LC卡類型

baud 9600 # 通訊波特率

data_bits 8 # 數(shù)據(jù)位

parity None # 無奇偶校驗(yàn)

stop_bits 1 # 停止位

duplex half # 半雙工通訊方式

flow_ctl rts_on_tx # 流控方式

link_stat_reg 700 # 鏈接

status_hold_time 200 # 狀態(tài)保持時(shí)間

group "AI" # 數(shù)據(jù)組名稱

operation periodic # 周期性運(yùn)行方式

interval 100 # 掃描周期

slave 1 func RHR # 從站地址及讀取模擬量的功能碼

point I0000 address 0000 data_type INT16 # 模擬量地址映射關(guān)系

......

point I0020 address 0020 data_type INT16

group "DI" # 數(shù)據(jù)組名稱

operation periodic # 周期性運(yùn)行方式

slave 1 func RIS # 從站地址及讀取開關(guān)量的功能碼

point D0021 address 0000 # 開關(guān)量地址映射關(guān)系

......

point D0024 address 0003

3.2 將配置文件寫入LC卡

1）將刷卡批處理文件autoexec.bat、配置文件conf.txt、Modbus通訊協(xié)議支持文件modbus.exe、刷卡執(zhí)行文件rlcflash.exe拷貝至工控電腦的虛擬盤LCnameSpace。

2）用通訊電纜連接工控電腦與LC卡，并打開LC Loader軟件的Terminal程序。

3）對LC卡進(jìn)行熱拔插操作，使其重啟。

4） 通過cpoy命令，將以上4個(gè)文件拷貝至LC卡存儲空間（識別為A盤），并執(zhí)行rlcflash命令將配置文件寫入LC卡，配置完成后提示“FLASH ram successfully programmed”。

5）再次對LC卡進(jìn)行熱拔插操作使其重啟，此時(shí)按“A”鍵即可查看報(bào)文，再次按“A”鍵停止查看。

3.3 LC卡通訊報(bào)文解讀

1）通訊報(bào)文格式[4]

主站查詢報(bào)文格式：

?

從站應(yīng)答報(bào)文格式：

?

2）開關(guān)量報(bào)文

tx:01 02 00c8 0014 f9fb

解讀：主站查詢01號從站，地址200～219這20路開關(guān)量輸入的狀態(tài)。

解讀：01號從站應(yīng)答回復(fù)3個(gè)字節(jié)長度的數(shù)值，將每個(gè)字節(jié)十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，從低位到高位分別代表8個(gè)開關(guān)量的狀態(tài)，1=ON；0=OFF，其數(shù)值與地址之間的對應(yīng)關(guān)系如箭頭所示。若查詢的開關(guān)量個(gè)數(shù)不是8的倍數(shù)，則在最后的數(shù)據(jù)字節(jié)中的剩余位到字節(jié)的最高位全部填0。

3）模擬量報(bào)文

tx:01 04 0000 0014 f005

解讀：主站查詢01號從站，地址0～19這20個(gè)模擬量輸入的數(shù)值。

解讀：01號從站應(yīng)答回復(fù)40個(gè)字節(jié)長度的內(nèi)容，每2個(gè)字節(jié)對應(yīng)一個(gè)模擬量點(diǎn)（定義的傳輸數(shù)據(jù)格式為2字節(jié)16位帶符號整數(shù)），將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制即為當(dāng)前模擬量輸入的數(shù)值。

4 DCS邏輯組態(tài)[5]

Ovation有專門用于LC卡通訊的邏輯模塊，SLC DIN、SLC DOUT、SLC AIN、SLC AOUT分別對應(yīng)開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出信號。以模擬量輸入邏輯模塊SLC AIN為例，需要配置參數(shù)：數(shù)據(jù)類型、起始寄存器地址、主LC卡硬件地址、備LC卡硬件地址、LC卡類型。

LC卡硬件地址的計(jì)算方法：查看LC卡的模件點(diǎn)Module Point如D10P2B1L1，將 Hareware Address（4C0DH）的最后一位D改寫為0，即4C00H。再轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制19456，即為LC卡的硬件地址。

LC卡通訊故障判斷邏輯：監(jiān)視LC卡的模件點(diǎn)Module Point如D10P2B1L1的A2字段第2位的狀態(tài)，通訊正常時(shí)為ON，通訊異常時(shí)為OFF，增加延時(shí)時(shí)間來組態(tài)主備卡切換邏輯。

5 常見問題及原因分析

問題1：IDAS單個(gè)溫度點(diǎn)跳變。

原因分析：爐膛傳出部分元件因含硫煙氣中酸霧冷凝腐蝕熱電偶，導(dǎo)致熱電偶損壞。

問題2：單個(gè)智能前端上的全部點(diǎn)數(shù)據(jù)不更新，點(diǎn)的質(zhì)量為Good，歷史趨勢為一條直線。

原因分析：智能前端斷電或智能前端損壞。由于Modbus通訊總線是多個(gè)智能前端并聯(lián)送入LC卡，故單個(gè)智能前端損壞后不會導(dǎo)致通訊中斷，只是數(shù)據(jù)不更新，傳輸點(diǎn)的質(zhì)量仍是Good。

問題3：LC卡報(bào)通訊故障，多個(gè)智能前端溫度點(diǎn)質(zhì)量變壞點(diǎn)。

原因分析：檢查智能前端電源電纜靠近爐頂支吊架，支吊架處溫度227℃，將電纜絕緣皮燙壞，導(dǎo)致電纜短路，上級電源柜空開跳閘，導(dǎo)致所有智能前端失電，Modbus通訊中斷，故DCS上溫度全部變壞點(diǎn)。

問題4：LC卡在冬季環(huán)境溫度低于0℃后通訊中斷，當(dāng)環(huán)境溫度高于0℃后，LC卡通訊恢復(fù)正常。

原因分析：用Modscan32和Modsim32串口調(diào)試軟件[6]測試分別對上位機(jī)和LC卡進(jìn)行通訊調(diào)試，發(fā)現(xiàn)LC卡現(xiàn)有配置支持傳輸負(fù)數(shù)，上位機(jī)不支持傳輸負(fù)數(shù)。修改上位機(jī)的配置文件后LC卡通訊恢復(fù)正常。

6 結(jié)束語

采用Modbus通訊協(xié)議方式傳輸信號的最大特點(diǎn)是一根通訊電纜代替了信號從就地引到電子間的電纜及其對應(yīng)的控制柜和卡件，極大節(jié)省了建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用。缺點(diǎn)是通訊電纜損壞或LC卡的故障將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的異常，因此這種通訊方式只適用于輔助監(jiān)視參數(shù)的傳輸，不適于重要信號的傳輸。本文從IDAS智能前端配置、LC卡參數(shù)配置、DCS邏輯組態(tài)、常見問題及原因分析4個(gè)方面闡述LC卡在電廠中的應(yīng)用，為其他同樣采用Ovation系統(tǒng)的電廠提供參考。