趙喜波

(黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 太原 030000)

龍口水電站位于黃河北干流托龍段尾部、山西省和內(nèi)蒙古自治區(qū)的交界地帶，左岸是山西省忻州市的偏關(guān)縣和河曲縣，右岸是內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的準格爾旗。龍口水電站為河床式，左岸布置電站廠房，右岸布置泄流建筑物。電站裝設(shè)的4臺單機容量100MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組用于晉蒙電網(wǎng)調(diào)峰，1臺單機容量20MW的混流式水輪發(fā)電機組用于非調(diào)峰期向河道泄放基流，小機組參與基荷運行。電站以220kV電壓等級接入電力系統(tǒng)。電站按無人值班設(shè)計。

龍口水電站通風集控系統(tǒng)整體采用Modbus RTU通信方式，主站采用PM583可編程控制器和CM574-RS通信模塊，子站采用PM571可編程控制器等部件，在相同波特率情況下Modbus RTU傳輸?shù)淖址芏容^高，開發(fā)編程簡單，方便現(xiàn)場維護。

1 Modbus簡述

Modbus由Modicon于1979年發(fā)明，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議，可使用ASCII或RTU兩種通信模式在標準Modbus上通信。ASCII模式通信時，信息幀的每一個字節(jié)用兩個字符標識，而以RTU模式通信時，信息以8位二進制方式傳送，這種方式的最大好處是在同等傳輸速率下，可以比ASCII傳輸模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量更大，因此ASCII傳輸模式較RTU傳輸模式消耗的時間長，存儲空間也較大。但ASCII模式的優(yōu)點則是容易讀取。綜合考慮，鑒于子站設(shè)備多且分散，電站采用Modbus RTU通信方式，有利于數(shù)據(jù)的傳輸，便于運行人員對現(xiàn)場設(shè)備工況數(shù)據(jù)進行監(jiān)視。在配置每臺控制器時，Modbus總線上的所有設(shè)備應(yīng)具有相同的通信模式和串行通信參數(shù)。

1.1 Modbus RTU模式

可編程控制器以RTU模式在Modbus總線上進行通信時，信息中的每8位字節(jié)分成2個4位十六進制的字符，該模式的主要優(yōu)點是在相同波特率下其傳輸?shù)淖址芏雀哂贏SCII模式，每個信息連續(xù)傳輸。Modbus RTU通信傳送的信息幀分為獨立的信息頭，發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)校驗，RTU模式下信息幀見表1。

表1 Modbus RTU模式傳輸方式信息幀格式

RTU模式中有效的從機設(shè)備地址范圍為0～247(十進制)，各從機設(shè)備的尋址范圍為1～247，主機把地址放入信息幀地址區(qū)，并向從機尋址，從機響應(yīng)時，把自己的地址放入響應(yīng)信息的地址區(qū)，讓主機識別已作出響應(yīng)的從機地址，地址0為主站地址，所有從機均能識別。

1.2 Modbus常用功能碼

現(xiàn)場主站與子站通過Modbus信息幀進行數(shù)據(jù)通信，Modbus主要的功能碼見表2，不同功能碼相互協(xié)作，完成主站子站之間信息傳輸與控制。

表2 Modbus常用功能碼

調(diào)試主站與子站通信時，需要提前對調(diào)試設(shè)備進行遙控測試，現(xiàn)舉實例說明：對AC500可編程控制器PLC地址%MX0.400.1的8個數(shù)據(jù)位進行讀寫操作，子站地址為03。

寫1指令發(fā)送報文為：03 05 0C 81 ff 00。

返回報文：03 05 0C 81 FF 00 DE A0。

寫0指令發(fā)送報文為：03 05 0C 81 00 00。

返回報文：03 05 0C 81 00 00 9F 50。

其中十六進制地址810CH與AC500可編程控制器地址%MX0.400.1相對應(yīng)，通過指令測試可確定PLC設(shè)備通信鏈路是否正常。

2 通風集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及作用

通風集控系統(tǒng)由通風系統(tǒng)集中控制盤(主站)、現(xiàn)地控制單元(12個子站)及通信電纜組成，所有通風系統(tǒng)控制裝置連成網(wǎng)絡(luò)后，由通風系統(tǒng)集中控制盤接入監(jiān)控上位機，通信機用RS485接口通信，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

通風集控系統(tǒng)主要控制電站各類風機(包括送風機、消防排煙風機、消防排二氧化碳風機)和防火閥，集控盤與站內(nèi)上位機通信，實現(xiàn)電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)對通風設(shè)備的監(jiān)視控制和信息存儲；火災(zāi)自動報警系統(tǒng)對子站通風設(shè)備的聯(lián)動控制，保證火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能啟動通風設(shè)備，消防火災(zāi)聯(lián)動控制柜采用多線控制以提高控制可靠性。

圖1 通風系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通風集控屏和現(xiàn)地控制箱采用AC500可編程控制器，實現(xiàn)對風機和防(排)煙閥的單機和成組控制，風機及防(排)煙閥的連鎖控制，通過工業(yè)總線網(wǎng)接受指令，實現(xiàn)風機的遠程控制，并能監(jiān)視全廠風機的運行狀態(tài)。

3 常見問題及解決方法

3.1 集控屏PLC與所有子站PLC之間通信中斷

常見問題：通風集控系統(tǒng)站點分散，且現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)場運行和調(diào)試難度較大。集控屏主站觸摸屏操作指令無法控制子站設(shè)備，主站與現(xiàn)地子站控制箱無法通信，在主站本體通信口可以下載和監(jiān)控程序，主站與子站通信無響應(yīng)，通信中斷。

解決辦法：通過反復(fù)檢測發(fā)現(xiàn)通信中斷原因是集控屏PLC COM1口故障，不但不能和控制箱PLC通信，也不能和觸摸屏通信，由于通信口可以下載和監(jiān)控程序，且故障點在PLC底座上；由于子站控制箱PLC的底座型號和集控屏PLC底座型號一樣，且控制箱PLC只需要使用一個通信口，所以將子站控制箱PLC底座和集控屏PLC底座進行互換，互換后集控屏PLC與控制箱PLC之間通信恢復(fù)正常。

3.2 主站控制器的通信模塊編譯錯誤

常見問題：集控側(cè)程序編譯報錯，通信模塊庫文件丟失。

解決辦法：查找缺失對應(yīng)的庫文件，進行添加，編譯通過。

3.3 子站控制器的通信異常

常見問題：現(xiàn)地調(diào)試子站，子站與調(diào)試電腦通信正常，恢復(fù)接線后仍無法與主站取得聯(lián)系。

解決辦法：檢查硬件鏈路，由于RS485通信接入的通信防雷模塊故障，導(dǎo)致硬件通信鏈路故障，更換新通信防雷模塊后，通信恢復(fù)。

3.4 通信硬件鏈路問題

常見問題：因線路大部分采用兩線制接線方式以及屏蔽雙絞線，大部分廠家的接線端子標識為A、B。但由于各廠家之間采用的規(guī)范有可能不統(tǒng)一，致使有的A是正極，有的B是正極，再加上第三方設(shè)備接線混亂，正負極經(jīng)常接反。

解決辦法：站線接好后，用萬用表測量線間電壓，電壓一般為1～5V，無電壓值時無法通信。檢查線路和接線；測量電壓值，判斷正負后再接入主站設(shè)備對應(yīng)端子。

3.5 通信參數(shù)錯誤配置

常見問題：集控通信的子站較多，編程配置通信參數(shù)時，會出現(xiàn)站點ID重復(fù)或缺失的情況。

解決辦法：根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備分布情況，合理配置各站點參數(shù)，梳理清楚串口參數(shù)，依次查看并記錄波特率、數(shù)據(jù)長度、校驗、停止位等參數(shù)。

3.6 傳輸信號干擾

常見問題：電力設(shè)備場所電磁輻射源較多，存在信號衰減或者干擾現(xiàn)象。

解決辦法：將通信線電纜屏蔽層、控制盤柜接地銅排接入二次等電位接地網(wǎng)，降低干擾，或者重新敷設(shè)更好的屏蔽電纜。

3.7 通信響應(yīng)慢或無響應(yīng)

常見問題：通信正常后，當主站下發(fā)通信控制指令時，子站響應(yīng)較慢或無響應(yīng)。

解決辦法：主站查詢和控制的子站較多，主站通信模塊需要執(zhí)行全部站點信息，串口通信所需時間周期較長，因此主站可編程控制器進行邏輯位控制時，應(yīng)兼顧主站掃描周期和子站響應(yīng)時間。

3.8 主站控制子站設(shè)備與目標不一致

常見問題：集控通風主站控制子站風機或防火閥時，下發(fā)指令后反饋的結(jié)果不一致，而相鄰的子站設(shè)備誤動作。

解決辦法：檢查主站Modbus定義地址，地址偏移會影響主站指令，造成錯位控制。應(yīng)嚴格篩查子站地址中每一個字節(jié)的數(shù)據(jù)位，與主站定義要求一致，檢查數(shù)據(jù)格式是否正確。

3.9 子站控制設(shè)備動作異常

常見問題：主站與子站通信讀取數(shù)據(jù)正常，控制指令時子站發(fā)生設(shè)備誤動或拒動現(xiàn)象。

解決辦法：檢查子站PLC地址與現(xiàn)地設(shè)備是否一致，可在現(xiàn)地調(diào)試設(shè)備的單個輸出指令，并進行驗證。

4 結(jié) 語

利用基于Modbus RTU通信協(xié)議的通風集控系統(tǒng)，既可實現(xiàn)通風系統(tǒng)的集中控制操作，又能與監(jiān)控系統(tǒng)上位機進行通信監(jiān)視，方便電站運行人員操作監(jiān)視；各通風子站又可與火災(zāi)消防系統(tǒng)聯(lián)動，滿足火災(zāi)消防通風的要求，提高了控制過程的自動化程度，降低了設(shè)備維護的人工成本。