基于Modbus通訊協(xié)議的LC卡在電廠中的應(yīng)用

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。Modbus通訊協(xié)議是一項應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議，包括ASCII、RTU、TCP三種報文類型。標(biāo)準的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、每個通道的信號類型，當(dāng)輸入信號為熱電偶時還要設(shè)置冷端補償方式：恒溫補償、自動補償、具體通道補償。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)傳輸過程中默認將數(shù)值放大20倍后以整型數(shù)值進行傳輸，DCS側(cè)讀取到數(shù)值后再乘以0.05轉(zhuǎn)化為實際壁溫數(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)有兩個可同時工作的UART，AB兩條總線分別送至兩塊LC卡，可以同時并行工作，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。

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

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)保持時間

group "AI" # 數(shù)據(jù)組名稱

operation periodic # 周期性運行方式

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卡進行熱拔插操作，使其重啟。

4） 通過cpoy命令，將以上4個文件拷貝至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卡進行熱拔插操作使其重啟，此時按“A”鍵即可查看報文，再次按“A”鍵停止查看。

3.3 LC卡通訊報文解讀

1）通訊報文格式[4]

主站查詢報文格式：

?

從站應(yīng)答報文格式：

?

2）開關(guān)量報文

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個字節(jié)長度的數(shù)值，將每個字節(jié)十六進制轉(zhuǎn)換為二進制，從低位到高位分別代表8個開關(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）模擬量報文

tx:01 04 0000 0014 f005

解讀：主站查詢01號從站，地址0～19這20個模擬量輸入的數(shù)值。

解讀：01號從站應(yīng)答回復(fù)40個字節(jié)長度的內(nèi)容，每2個字節(jié)對應(yīng)一個模擬量點（定義的傳輸數(shù)據(jù)格式為2字節(jié)16位帶符號整數(shù)），將十六進制轉(zhuǎn)換為十進制即為當(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卡硬件地址的計算方法：查看LC卡的模件點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Module Point如D10P2B1L1的A2字段第2位的狀態(tài)，通訊正常時為ON，通訊異常時為OFF，增加延時時間來組態(tài)主備卡切換邏輯。

5 常見問題及原因分析

問題1：IDAS單個溫度點跳變。

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：單個智能前端上的全部點數(shù)據(jù)不更新，點的質(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通訊總線是多個智能前端并聯(lián)送入LC卡，故單個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，傳輸點的質(zhì)量仍是Good。

問題3：LC卡報通訊故障，多個智能前端溫度點質(zhì)量變壞點。

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。

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]測試分別對上位機和LC卡進行通訊調(diào)試，發(fā)現(xiàn)LC卡現(xiàn)有配置支持傳輸負數(shù)，上位機不支持傳輸負數(shù)。修改上位機的配置文件后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)成本和維護費用。缺點是通訊電纜損壞或LC卡的故障將導(dǎo)致整個系統(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。