一．項目介紹
平朔煤矸石電廠二期擴建工程（2×300MW循環(huán)流化床直接空冷機組）位于山西省朔州市區(qū)以北約20Km安太堡露天煤礦礦區(qū)內(nèi)，引進ALSTOM公司CFB鍋爐技術國內(nèi)生產(chǎn)的300MW循環(huán)流化床鍋爐，汽輪機為上海汽輪機有限公司制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機，DCS采用西門子電站自動化有限公司SPPA-T3000控制系統(tǒng)，為目前國內(nèi)同類型電廠中最大機組。3、4號機分別于2009年6月6日和8月7日順利通過168試運行。
二．方案初衷介紹
縱觀國內(nèi)火電廠集散控制系統(tǒng)發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，主流進口DCS控制系統(tǒng)與外系統(tǒng)MODBUS信號通訊多采用外系統(tǒng)MODBUS信號—>DCS相應通訊處理模件—>DCS工廠總線（下層網(wǎng)）—>相應DPU處理單元—DCS服務器的方式。這種方式常用來把就地MODBUS信號，如IDAS、電氣模擬量等送DCS監(jiān)視，當然也可以用來做一些外圍系統(tǒng)簡單邏輯，方便運行人員的操作。其缺點也是顯而易見的，那就是MODBUS信號經(jīng)過層層轉(zhuǎn)換，繞了一個大圈才送到DCS服務器處理，帶有一定的滯后性，在國內(nèi)一些電廠，這種滯后甚至達到好幾秒鐘，嚴重影響了運行操作、監(jiān)視的實時性。如果能解決安全、實時這兩個問題，把大部分電氣信號先轉(zhuǎn)成MODBUS信號，再按工藝系統(tǒng)通過通訊電纜送至DCS各DPU處理，將大大節(jié)省電氣電纜的敷設量，節(jié)約電廠建設成本。根據(jù)平朔電廠業(yè)主建設“數(shù)字化電廠”的要求，承標DCS的西門子電站自動化有限公司與華東電力設計院及承標ECS的北京四方集團多次討論、協(xié)商，提出了以下實施方案。
三．詳細方案
1．方案原理介紹
四方ECS將電氣信號就近送至各通訊管理機，由通訊管理機將硬接線信號轉(zhuǎn)成MODBUS信號，按RS-485通訊協(xié)議上傳至DCS。信號上傳時，由不同的通訊管理機分別處理電氣信號的A,B兩側(cè)。例如，6KV電氣系統(tǒng)A側(cè)的點由通訊管理機A處理， B側(cè)信號則由通訊管理機B處理，以達到將危險分散的目的。DCS側(cè)各DPU所在PROFIBUS總線按工藝系統(tǒng)，分別接入冗余的一對協(xié)議轉(zhuǎn)換橋(負責將MODBUS485信號轉(zhuǎn)換成PROFIBUS信號)來接收ECS 信號，完成MODBUS信號與PROFIBUS總線的對接，協(xié)議轉(zhuǎn)換橋相當于PROFIBUS總線上的一個DP從站。北京鼎實科技創(chuàng)新有限公司提供相應GSD文件。
2．方案原理圖
3．協(xié)議轉(zhuǎn)換橋應用說明
平朔項目采用了北京鼎實科技創(chuàng)新有限公司生產(chǎn)的PB-B-MM/485/V3.3協(xié)議轉(zhuǎn)換橋，該接口是PROFIBUS總線橋系列中的產(chǎn)品，可將具有RS232/485、CAN及MODBUS等專用通信協(xié)議的接口設備連接到PROFIBUS總線上，使設備成為PROFIBUS總線的一個從站。該設備在接口RAM 中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數(shù)據(jù)區(qū)，由軟件實現(xiàn)PROFIBUS和MODBUS的協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)交換。該協(xié)議轉(zhuǎn)換橋常用布置如下：
1）.協(xié)議轉(zhuǎn)換橋硬件結(jié)構(gòu)
PB-B-MODBUS/232/485/V3x是智能型PROFIBUS到MODBUS-232/485的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口。在接口RAM中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數(shù)據(jù)區(qū)，圖三中SPC3是西門子公司的PROFIBUS通信協(xié)議芯片。PROFIBUS Interface是PROFIBUS標準驅(qū)動電路，由光隔及RS485驅(qū)動組成。RS232 Interface是標準的RS232驅(qū)動電路，由光隔及RS232驅(qū)動芯片組成。CPU通過對SPC3控制實現(xiàn)PROFIBUS的通信并在RAM中建立PROFIBUS通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。另一方面，通過RS232 Interface實現(xiàn)和外部 MODBUS現(xiàn)場設備的通信，同樣在RAM中建立MODBUS通信緩沖區(qū)。CPU通過兩個通信緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)PROFIBUS到MODBUS的通信。
2）.協(xié)議轉(zhuǎn)換橋軟件轉(zhuǎn)換原理
a.該產(chǎn)品的RAM中建立“MODBUS 報文隊列”，即MODBUS報文序列。它是用戶依據(jù)應用的要求，在PROFIBUS主站配置該接口產(chǎn)品時，由菜單選擇后自動形成，并在主站與該接口連接時傳送到該產(chǎn)品的RAM中。
b.該產(chǎn)品的RAM中建立PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)，PROFIBUS主站與從站的通信數(shù)據(jù)都存儲在這個數(shù)據(jù)區(qū)中。PROFIBUS通信數(shù)據(jù)分為輸入和輸出數(shù)據(jù)，都是以PROFIBUS主站為基點的。
c.該產(chǎn)品的RAM中建立MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)，該接口是MODBUS主站，與MODBUS從站的通信數(shù)據(jù)都存儲在這個數(shù)據(jù)區(qū)中。 MODBUS通信數(shù)據(jù)分為輸入和輸出數(shù)據(jù)，寫入（如 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU從站的數(shù)據(jù)為輸出數(shù)據(jù)，與PROFIBUS的輸出數(shù)據(jù)對應；從MODBUS從站讀回（如 01H、02H、03H、04H功能）的數(shù)據(jù)為 MODBUS輸入數(shù)據(jù)，與PROFIBUS的輸入數(shù)據(jù)對應。
d.CPU順序取出MODBUS報文，并將報文數(shù)據(jù)通過CPU串口發(fā)送出去。如果是“寫（05H、06H、0FH、10H）”功能，MODBUS報文中“寫”數(shù)據(jù)來自MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)。
e.CPU接收MODBUS回答報文，如果是“讀（01H、02H、03H、04H等）”功能，將報文中MODBUS數(shù)據(jù)存入MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)。
f.每當CPU完成一條MODBUS通信或一次MODBUS報文隊列掃描后，就對MODBUS 與PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)進行一次數(shù)據(jù)交換。
g.PROFIBUS主站通過PROFIBUS通信，完成與本接口從站PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)交換。
3）.接線和跳線
當PB-B-MODBUS/485/V32位于RS-485總線終端時，應在協(xié)議轉(zhuǎn)換橋接線端子A-和TA 間及B+、TB 間各外接短接線，以便將內(nèi)置的終端電阻接入總線，通過轉(zhuǎn)動協(xié)議轉(zhuǎn)換橋上的撥碼開關來設置它作為DP從站的地址。ECS送DCS通訊雙絞線的數(shù)據(jù)線A-、數(shù)據(jù)線B+、屏蔽線分別接下圖的A-、B+、PE。
4).軟件組態(tài)
平朔電廠采用的是西門子電站自動化有限公司近年新推出的SPPA-T3000控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)繼承了西門子產(chǎn)品一貫的上手簡單，功能強大的特點，集成了大量通用功能塊，組態(tài)十分方便。具體組態(tài)過程如下：
a. 將協(xié)議轉(zhuǎn)換橋制造商提供的標準GSD文件倒入T-3000系統(tǒng)，使系統(tǒng)識別該設備。
b. 根據(jù)項目用到的協(xié)議轉(zhuǎn)換橋的實際配置進行組態(tài)，在相應功能塊中配置與ECS從站對應的波特率、從站號等MODBUS參數(shù)。組態(tài)上送的相應的通訊點。
c. 根據(jù)鼎實公司提供的使用說明書，各協(xié)議轉(zhuǎn)換橋啟動報文的控制字的前三位分別代表“啟動MODBUS掃描”，“讀允許”和“寫允許”，需在T3000相應通訊塊中將這三位置成“1”，保證MODBUS通訊的正常啟動。
d. 生成代碼并下載至各DPU,激活相應程序。
5）冗余切換
協(xié)議轉(zhuǎn)換橋采用冗余配置，分別接收來自ECS的兩路完全一樣的信號。ECS負責給每個MODBUS從站提供一個通訊“心跳”信號，即一個以1s左右頻率在“0”，“1”之間不斷變化的開關量信號。當某一路通訊中斷，DCS保持最后一次有效通訊值，當檢測不到心跳信號超過10s，通過軟件將通訊自動切為另外一路，同時發(fā)出報警。若另外一路也故障，則保持最后一次有效通訊值，并發(fā)出兩路通訊都中斷的報警。
6）設備上電和狀態(tài)燈顯示
確認協(xié)議轉(zhuǎn)換橋24V電源及極性的連接，檢查地址撥碼開關，如果PROFIBUS主站已配置好本接口從站，應連接PROFIBUS插頭，接通24V電源，電源指示燈POWER燈（綠色）亮，PROFIBUS通信故障燈PBFAL（紅色）亮，表明PROFIBUS主站與本接口連接失敗，檢查PRFOIBUS電纜及插頭和PROFIBUS主站中對本接口的配置。如果PROFIBUS通信故障燈PBFAL（紅色）滅，并且PROFIBUS 通信狀態(tài)燈PBOK（黃色）亮，說明PROFIBUS主站已經(jīng)和本接口從站建立數(shù)據(jù)通信，PROFIBUS一側(cè)已連通。當ECS從站正常上傳信號后，協(xié)議轉(zhuǎn)換橋上的收發(fā)燈將會交替閃爍，代表通訊正常。
7）一個重要的注意事項（配置從站最大報文條數(shù)）
PB-B-MM/V33型產(chǎn)品與原有V32型產(chǎn)品的不同之處是增加了對從站的狀態(tài)監(jiān)測功能，即在字節(jié)插槽的最末位置配置了MODBUS從站的狀態(tài)監(jiān)測表。由于監(jiān)測表也要占用PROFIBUS中一定量的用戶參數(shù)字節(jié)，這就減少了插入從站的報文條數(shù)。所以PB-B-MM/V33配置的報文除了要求最大插槽數(shù)為39個，輸入/輸出最大字節(jié)總數(shù)不超過232個外，還與總的用戶參數(shù)字節(jié)數(shù)有關。在使用不同的“有從站狀態(tài)監(jiān)測類型”時所能配置的最大從站報文條數(shù)是不相同。通過咨詢北京鼎實科技創(chuàng)新有限公司技術支持人員并結(jié)合實際應用經(jīng)驗，筆者對所有“有從站狀態(tài)監(jiān)測類型”作出歸納以供參考，具體報文條數(shù)見下表：
四.現(xiàn)場應用情況及總結(jié)
平朔煤矸石電廠3、4號機按不同工藝系統(tǒng)，共通訊28路ECS上送從站信號，計5000多點，公用系統(tǒng)共通訊9路ECS上送從站信號，約1000點，測點類型包括開關量輸入，開關量輸出，模擬量輸入，模擬量輸出。實踐證明，采用此種方案，DCS與ECS通訊穩(wěn)定，測點反應速度完全滿足運行要求，機組運行情況良好。既大大節(jié)省了電氣電纜的敷設量，節(jié)省了電廠建設成本，又不影響機組運行的實時性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)了業(yè)主建設“數(shù)字化電廠”的初衷。
