MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)PLC與DCS通訊

顧誠甦 吳瓊

摘 ? ?要： 本文介紹了電廠脫硝改造工程中PLC與DCS的通訊協(xié)議、配置方案，以及DCS側(cè)的組態(tài)和操作畫面設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞： DCS ? ?PLC ? ?組態(tài) ? ?操作畫面 ? ?方案

1.引言

氮氧化物氣體是危害最大，最難處理的大氣污染物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大氣污染物中NOX60%來自于煤的燃燒，其中，火電廠發(fā)電用煤又占了全國燃煤的70%。2000年我國火電廠氮氧化物排放量控制在500萬噸左右，按照目前排放控制水平，到2020年，氮氧化物排放量將達(dá)到1000萬噸以上[1]。面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)，為響應(yīng)國家號(hào)召，我們可以在發(fā)電機(jī)組改造過程中增設(shè)脫硝控制設(shè)備，有效降低燃煤造成的大氣污染。

2.MODBUS協(xié)議

MODBUS協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通信。已經(jīng)成為通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。MODBUS的幀格式簡單、緊湊，并支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。

電廠脫硝系統(tǒng)主邏輯由PLC控制，相關(guān)聯(lián)鎖、計(jì)算及調(diào)節(jié)邏輯均由PLC執(zhí)行;為了運(yùn)行人員操作方便，實(shí)現(xiàn)一體化控制，脫硝畫面監(jiān)視和操作功能由DCS實(shí)現(xiàn)。PLC代替DCS對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制，但信息要與DCS共享，并由DCS操作站實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的監(jiān)控。該P(yáng)LC系統(tǒng)支持MODBUS RTU協(xié)議，故決定采用MODBUS協(xié)議通訊的數(shù)字通訊方式，實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)的互聯(lián)。目前改造后系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。

3.硬件連接和地址設(shè)置

MODBUS通訊協(xié)議適用于RS-232和RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口，在實(shí)際運(yùn)用中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選定用哪一種。RS-232只能實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的連接，傳輸速率局限于20Kbps，并且存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，一般傳輸距離只有20KM左右;RS-485最多可驅(qū)動(dòng)32臺(tái)設(shè)備，傳輸距離在100Kbps時(shí)可達(dá)1200m。但是RS-232也有其優(yōu)點(diǎn)：能做到收發(fā)同時(shí)進(jìn)行，效率比RS485高，且與PC機(jī)和其他通訊端口兼容性好[2]-[3]。

由于該改造項(xiàng)目PLC與DCS需要長距離傳輸信號(hào)，因此采用RS-485，雙向傳輸，在DCS端使用MOXA轉(zhuǎn)換器將RS-485轉(zhuǎn)換成RS-232信號(hào)。RS-485接口處采用兩線制，對(duì)方DATA+接至MOXA的DATA+，即對(duì)方DATA-接至MOXA的DATA-號(hào)。圖2為MOXA轉(zhuǎn)換器的接線示意圖。

圖1 ? ?MOXA交換器接線圖

然后通過通訊電纜將RS232上的9針串口轉(zhuǎn)換NTMP端子板上的25針串口，再由一根KTU電纜連接至MFP12主模件。NTMP端子板跳線如下圖2。

圖2 ? ?NTPM01端子板布置圖

使用該端子板下方單側(cè)接口通訊。即P6口接RS232電纜25針串口，P1口接KTU電纜連接至主模件。J1跳線見下圖3。

圖3 ? ?NTPM01端子板J1跳線圖

J3、J8、J9、J10跳線見下圖4。

圖4 ? ?NTPM01端子板J3、J9、J8、J10跳線圖

J11為空，無需跳線。J14、J15、J18跳線如下圖5：

圖5 ? ?NTPM01端子板J14、J15、J18跳線圖

當(dāng)然，如果PLC設(shè)備與DCS設(shè)備之間距離不超過20m，就不需要采用RS485連接。因?yàn)榻?jīng)過RS485/RS232轉(zhuǎn)換器，會(huì)占用一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間。有些時(shí)候，還會(huì)造成或多或少的通訊沖突，甚至通訊中斷。

4.MODBU通訊一般要求

PLC組態(tài)編寫完成后，應(yīng)整理用于通訊的設(shè)備信息及地址，通訊信息分配點(diǎn)表。

PLC側(cè)設(shè)備信息包括：（1）串行口設(shè)置（DCE或者DTE設(shè)置）。（2）通訊波特率。（3）數(shù)據(jù)位數(shù)和停止位數(shù)。（4）接口的針腳。（5）奇偶校驗(yàn)。（6）握手信號(hào)設(shè)置等。

每個(gè)通訊的信息點(diǎn)均要設(shè)置其在PLC和DCS的存儲(chǔ)位置及其他相關(guān)參數(shù)，即通訊信息分配點(diǎn)表，點(diǎn)表中應(yīng)包括以下內(nèi)容：（1）信號(hào)類型，包括Analog/Digital/SpecialAnalog。（2）信號(hào)名稱。3、信號(hào)的英文描述。（4）信號(hào)傳輸?shù)姆较?，DCS→PLC或者PLC→DCS。（5）存儲(chǔ)地址。（6）信號(hào)傳輸?shù)目s放比例。（7）信號(hào)的偏置設(shè)定。（8）掃描時(shí)間。我們使用KWIKEDIT軟件寫入點(diǎn)表，再通過DOS命令下裝至MFP主模件中。

注意：通訊信息點(diǎn)表中地址參數(shù)應(yīng)該與實(shí)際地址一致，在下裝前應(yīng)先進(jìn)行檢查核對(duì)，否則會(huì)造成通訊錯(cuò)位甚至中斷。（通訊信息整理見附件）

5.建立通訊中應(yīng)注意的問題

（1）不要帶電插拔串口，否則串口易損壞。

（2）調(diào)試時(shí)使用測(cè)試軟件進(jìn)行調(diào)試，如MODSCAN軟件，可不經(jīng)過NTMP端子板和模件，直接掃描RS232串口數(shù)據(jù)是否正常，達(dá)到事半功倍的效果。

（3）在下裝組態(tài)通訊及點(diǎn)表之前，必須先下裝NBS文件，為通訊模件進(jìn)行編碼。否則在組態(tài)下裝之后，主模件會(huì)出現(xiàn)C程序故障報(bào)警。

（4）DCS組態(tài)中有一頁專用設(shè)置通訊配置參數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)頁，其功能碼的塊號(hào)一般使用3000至3999。其余主邏輯中的功能碼不能使用這個(gè)區(qū)間的塊號(hào)，否則會(huì)造成通訊異常。

6.OIS操作畫面

畫面是供運(yùn)行人員監(jiān)視及操作的媒介，應(yīng)做到符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，合理布置。我們將脫硝系統(tǒng)分為兩個(gè)畫面顯示：系統(tǒng)和操作畫面，數(shù)據(jù)顯示畫面。

系統(tǒng)操作畫面——3SCR，包含脫硝系統(tǒng)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、重要數(shù)據(jù)顯示、故障報(bào)警，以及每個(gè)蒸汽吹灰器和聲波吹灰器的顯示和操作。（如圖6）

圖6 ? ?SCR主操作畫面

數(shù)據(jù)顯示畫面——3SCRDATA，主要包含A/B反應(yīng)器內(nèi)每層的參數(shù)，反應(yīng)效率。蒸汽吹灰和聲波吹灰的參數(shù)和狀態(tài)。（如圖7）

圖7 ? ?SCR數(shù)據(jù)監(jiān)視畫面

當(dāng)然，所有畫面顯示和操作都必須在PLC與DCS通訊正常時(shí)才有效。為了脫硝設(shè)備安全可靠運(yùn)行，可以在機(jī)組EWS安置一臺(tái)PLC上位機(jī)，其畫面與OIS畫面類似，以便通訊故障時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)急使用。

7.結(jié)語

火力發(fā)電廠實(shí)施脫硝工程能有效減少NOX的排放，改善大氣環(huán)境。目前機(jī)組脫硝設(shè)備正常運(yùn)行，脫硝控制器通訊狀況良好，運(yùn)行人員操作界面清晰方便，為今后PLC與DCS通訊，集中控制遠(yuǎn)方可編程控制器提供有效的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜雅麗.選擇性催化還原法脫硝控制系統(tǒng)論述.山西電力，2009.4.

[2]史運(yùn)濤.基于Modbus協(xié)議的通訊集成技術(shù)研究.化工自動(dòng)化及儀表，2010.4.

[3]陳小賓.基于Modbus協(xié)議的PLC與DCS系統(tǒng)集成的研究和實(shí)現(xiàn)，科技信息，2008.7.