彭 杰

（陜煤電力石門有限公司，湖南 常德 415300）

0 引言

為進一步規(guī)范和加強全省燃煤發(fā)電企業(yè)的環(huán)保監(jiān)督管理，促進燃煤發(fā)電企業(yè)環(huán)保設(shè)施正常運行，我公司建設(shè)了環(huán)保智慧監(jiān)管平臺發(fā)電企業(yè)側(cè)子站，對于環(huán)保關(guān)鍵信號進行數(shù)據(jù)采集，其中部分除塵器重要參數(shù)采用Modbus通信協(xié)議傳輸信息。

1 系統(tǒng)概述

1.1 電袋復(fù)合式除塵器

我公司2號機組灰網(wǎng)采用電袋復(fù)合式除塵器，前級電除塵區(qū)采用陽極側(cè)部振打、陰極頂部傳動側(cè)頂部振打二分區(qū)結(jié)構(gòu)的電場，以提高電除塵區(qū)的除塵效率。電除塵器后部電場空間布置低壓脈沖噴吹袋式除塵區(qū)，有關(guān)信號送入除塵器程控系統(tǒng)。

除塵器4個電場一、二次電壓及電流參數(shù)分別由專用MCS-51系列單片機負責(zé)數(shù)據(jù)采集，以并聯(lián)方式通過Modbus網(wǎng)關(guān)通信硬件設(shè)備接入灰網(wǎng)PLC 程控系統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置不同ID編號進行區(qū)分，直接由上位機InTouch應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)。

1.2 可編程控制器

PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，用軟件代替繼電器控制系統(tǒng)。PLC采用不斷循環(huán)的順序掃描工作方式，從輸入模塊讀取狀態(tài)信號放入過程映像區(qū)，然后開始調(diào)用循環(huán)。如果有事件產(chǎn)生中斷，則調(diào)用相應(yīng)的模塊進行處理，最后把過程映像輸出表寫到輸出模塊。具體工作過程如圖1所示。

圖1 PLC控制器工作過程

灰網(wǎng)控制系統(tǒng)采用施耐德昆騰系列PLC，主要由CPS電源模件、CPU控制器模件、NOE網(wǎng)絡(luò)通信模件、CRP遠程I/O通信模件、CHS熱備模件等構(gòu)成。通過通信模件與輸入/輸出模件進行數(shù)據(jù)采集，并實現(xiàn)遠方設(shè)備啟停、相互聯(lián)鎖的操作和重要參數(shù)報警功能。

2 Modbus通信技術(shù)

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器的一種通用語言，是應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議。當在Modbus網(wǎng)絡(luò)上進行通信時，該協(xié)議能使每一臺控制器知道其本身的設(shè)備地址，并識別對它尋址的數(shù)據(jù)，決定所具有作用的類型，取出包含在信息中的數(shù)據(jù)等，控制器也可組織回答信息，并使用Modbus協(xié)議將此信息傳送出去。

主控制器可對各從設(shè)備尋址，發(fā)出廣播信息，從設(shè)備返回信息作為對查詢的響應(yīng)。從設(shè)備對于主控制器的廣播查詢，從設(shè)備返回的內(nèi)容不包括設(shè)備地址，而包括請求功能代碼、發(fā)送數(shù)據(jù)、錯誤校驗碼等[1]。

3 虛擬控制器

虛擬控制器（VDPU）是OC 6000e系統(tǒng)中的一個子程序，運行在HMI站上，模擬實際控制器的功能。VDPU可以通過通信接口將非本系統(tǒng)的控制設(shè)備或現(xiàn)場智能儀表在邏輯上映射為DCS系統(tǒng)的一個DPU節(jié)點。

運行虛擬控制器程序前，必須先運行OC 6000e系統(tǒng)主程序MPC，通過修改VDPUx.vco文件名中的“x”編號可運行特定節(jié)點號碼的VDPU。虛擬控制器可以配置成雙重冗余方式，但必須運行在同一OC 6000e系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的兩臺不同HMI站上[2]。

4 建立可編程控制器與DCS系統(tǒng)通信方式

4.1 外部系統(tǒng)I/O通信驅(qū)動程序

OC 6000e系統(tǒng)中可以裝載多個不同的I/O驅(qū)動程序，用于驅(qū)動不同的I/O設(shè)備，主要包括標準Modbus驅(qū)動，以主站方式驅(qū)動標準的Modbus設(shè)備，支持串口連接和TCP/IP連接；OPC客戶驅(qū)動，連接各種OPC服務(wù)器；Profibus主站驅(qū)動，連接各種Profibus子站設(shè)備。本文選用標準Modbus驅(qū)動，互聯(lián)網(wǎng)編號分配管理機構(gòu)給Modbus協(xié)議賦予TCP 502端口。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包括輸入離散量、線圈、輸入寄存器、保存寄存器4個基本單元，通過不同的功能代碼訪問4個獨立數(shù)據(jù)塊，具體功能碼信息如表1所示。

4.2 通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（1）在通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，每個設(shè)備必須有地址標志，每個設(shè)備專用一個地址。通過InTouch監(jiān)控軟件與PLC進行通信連接，在MBENET Topic Definition主題名設(shè)置畫面中，配置連接PLC設(shè)備的IP地址，同時設(shè)置網(wǎng)關(guān)的映射值ID號，設(shè)備類型選用Quantum系統(tǒng)PLC可編程控制器。打開InTouch WindowMarker軟件，根據(jù)圖2記錄電除塵高壓柜一、二次電壓及電流標記名、項目名（400025）。

圖2 標記名

（2）Modbus通信使用主從結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，只有一個主控制器，可以在網(wǎng)絡(luò)中對其他從設(shè)備啟動查詢會話，即主控制器開始查詢，而從設(shè)備返回對查詢做出的響應(yīng)，或處理查詢所要求的動作。PLC控制器I/O掃描服務(wù)會定期對以太網(wǎng)上的設(shè)備進行讀/寫操作，通過使用配置文件的讀/寫請求掃描設(shè)備的輸入/輸出。利用Quantum以太網(wǎng)模塊NOE77101內(nèi)部I/O掃描器，讀取或?qū)懭胼斎?輸出設(shè)備。根據(jù)圖3配置I/O掃描列表，用于標記授權(quán)與其重復(fù)通信的目標。當控制器運行時，NOE以太網(wǎng)模塊根據(jù)I/O掃描列表，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鞯募拇嫫骱途€圈，或從控制器的寄存器和線圈獲取數(shù)據(jù)。

圖3 I/O掃描配置

（3）Modbus網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)疊加功能，可匹配所有標準Modbus協(xié)議的設(shè)備，可支持PLC控制器遠程監(jiān)控、遠程調(diào)試、遠程上下載、遠程控制及PLC控制器數(shù)據(jù)采集等功能。建立與控制器網(wǎng)絡(luò)物理通信連接，并根據(jù)圖4合理配置硬件Modbus網(wǎng)關(guān)參數(shù)，將數(shù)據(jù)采集變量通過串口485-232連接方式傳輸至DCS控制系統(tǒng)。

圖4 Modbus網(wǎng)關(guān)參數(shù)配置

（4）虛擬控制器設(shè)備管理，在OC 6000e系統(tǒng)中以虛擬設(shè)備驅(qū)動的方式進行加載和配置。添加虛擬設(shè)備組，選用MODB通信模塊，根據(jù)通信連接命令設(shè)置基本參數(shù)。運行上位機虛擬控制器VDPU程序，同時開啟報文監(jiān)視工具，查看數(shù)據(jù)報文通信是否正常，有無出錯信息。具體參數(shù)配置如圖5所示。

圖5 虛擬控制器VDPU配置

4.3 數(shù)據(jù)通信傳輸

將電除塵4個電場現(xiàn)場模擬量數(shù)據(jù)，采用專用MCS-51系列單片機進行數(shù)據(jù)采集，并通過Modbus TCP設(shè)備接入PLC控制器的TCP/IP Ethernet網(wǎng)絡(luò)。利用昆騰NOE網(wǎng)絡(luò)模塊的I/O掃描功能，將4個數(shù)據(jù)塊進行編號區(qū)分，設(shè)置對應(yīng)通信點表。在PLC控制器以太網(wǎng)絡(luò)中增加Modbus通信網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)需要數(shù)據(jù)，采用上位機COM串口接收數(shù)據(jù)，同時開啟虛擬控制器VDPU讀取數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

通過對不同通信硬件的不斷摸索，不斷積累經(jīng)驗，靈活運用簡單、緊湊、格式規(guī)范、通信透明的傳輸協(xié)議，選用經(jīng)濟、一體化的不同類型通信設(shè)備，以合理的組合方式，可以提升工業(yè)自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的多樣性。