一(yī)．項目介紹

平朔煤矸石電廠二期擴建工程（2×300MW循環流化床直接空冷機組）位于山西省朔州市區以北約20Km安太堡露天煤礦礦區內(nèi)，引進ALSTOM公司CFB鍋爐技術國內(nèi)生産的(de)300MW循環流化床鍋爐，汽輪機為(wèi)上海汽輪機有限公司制造的(de)亞臨界、一(yī)次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機，DCS采用西門子(zǐ)電站自(zì)動化有限公司SPPA-T3000控制系統，為(wèi)目前國內(nèi)同類型電廠中最大機組。3、4号機分别于2009年(nián)6月6日和(hé)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發展曆史可(kě)以發現，主流進口DCS控制系統與外系統MODBUS信号通訊多采用外系統MODBUS信号—>DCS相應通訊處理(lǐ)模件—>DCS工廠總線（下層網）—>相應DPU處理(lǐ)單元—DCS服務器的(de)方式。這種方式常用來把就地(dì)MODBUS信号，如(rú)IDAS、電氣模拟量等送DCS監視(shì)，當然也可(kě)以用來做(zuò)一(yī)些外圍系統簡單邏輯，方便運行人員的(de)操作。其缺點也是顯而易見的(de)，那就是MODBUS信号經過層層轉換，繞了一(yī)個大圈才送到DCS服務器處理(lǐ)，帶有一(yī)定的(de)滞後性，在國內(nèi)一(yī)些電廠，這種滞後甚至達到好幾秒鍾，嚴重影響了運行操作、監視(shì)的(de)實時性。如(rú)果能解決安全、實時這兩個問題，把大部分電氣信号先轉成MODBUS信号，再按工藝系統通過通訊電纜送至DCS各DPU處理(lǐ)，将大大節省電氣電纜的(de)敷設量，節約電廠建設成本。根據平朔電廠業主建設“數字化電廠”的(de)要求，承标DCS的(de)西門子(zǐ)電站自(zì)動化有限公司與華東電力設計院及承标ECS的(de)北京四方集團多次讨論、協商，提出了以下實施方案。

三．詳細方案

1．方案原理(lǐ)介紹

四方ECS将電氣信号就近送至各通訊管理(lǐ)機，由通訊管理(lǐ)機将硬接線信号轉成MODBUS信号，按RS-485通訊協議上傳至DCS。信号上傳時，由不同的(de)通訊管理(lǐ)機分别處理(lǐ)電氣信号的(de)A,B兩側。例如(rú)，6KV電氣系統A側的(de)點由通訊管理(lǐ)機A處理(lǐ)， B側信号則由通訊管理(lǐ)機B處理(lǐ)，以達到将危險分散的(de)目的(de)。DCS側各DPU所在PROFIBUS總線按工藝系統，分别接入冗餘的(de)一(yī)對協議轉換橋(負責将MODBUS485信号轉換成PROFIBUS信号)來接收ECS 信号，完成MODBUS信号與PROFIBUS總線的(de)對接，協議轉換橋相當于PROFIBUS總線上的(de)一(yī)個DP從站。北京鼎實科技創新有限公司提供相應GSD文件。

2．方案原理(lǐ)圖

3．協議轉換橋應用說明

平朔項目采用了北京鼎實科技創新有限公司生産的(de)PB-B-MM/485/V3.3協議轉換橋，該接口是PROFIBUS總線橋系列中的(de)産品，可(kě)将具有RS232/485、CAN及MODBUS等專用通信協議的(de)接口設備連接到PROFIBUS總線上，使設備成為(wèi)PROFIBUS總線的(de)一(yī)個從站。該設備在接口RAM 中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數據區，由軟件實現PROFIBUS和(hé)MODBUS的(de)協議轉換及數據交換。該協議轉換橋常用布置如(rú)下：

1）.協議轉換橋硬件結構

PB-B-MODBUS/232/485/V3x是智能型PROFIBUS到MODBUS-232/485的(de)協議轉換接口。在接口RAM中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數據區，圖三中SPC3是西門子(zǐ)公司的(de)PROFIBUS通信協議芯片。PROFIBUS Interface是PROFIBUS标準驅動電路，由光隔及RS485驅動組成。RS232 Interface是标準的(de)RS232驅動電路，由光隔及RS232驅動芯片組成。CPU通過對SPC3控制實現PROFIBUS的(de)通信并在RAM中建立PROFIBUS通信數據緩沖區。另一(yī)方面，通過RS232 Interface實現和(hé)外部 MODBUS現場設備的(de)通信，同樣在RAM中建立MODBUS通信緩沖區。CPU通過兩個通信緩沖區的(de)數據交換，實現PROFIBUS到MODBUS的(de)通信。

2）.協議轉換橋軟件轉換原理(lǐ)

a.該産品的(de)RAM中建立“MODBUS 報文隊列”，即MODBUS報文序列。它是用戶依據應用的(de)要求，在PROFIBUS主站配置該接口産品時，由菜單選擇後自(zì)動形成，并在主站與該接口連接時傳送到該産品的(de)RAM中。
b.該産品的(de)RAM中建立PROFIBUS數據區，PROFIBUS主站與從站的(de)通信數據都存儲在這個數據區中。PROFIBUS通信數據分為(wèi)輸入和(hé)輸出數據，都是以PROFIBUS主站為(wèi)基點的(de)。
c.該産品的(de)RAM中建立MODBUS數據區，該接口是MODBUS主站，與MODBUS從站的(de)通信數據都存儲在這個數據區中。 MODBUS通信數據分為(wèi)輸入和(hé)輸出數據，寫入（如(rú) 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU從站的(de)數據為(wèi)輸出數據，與PROFIBUS的(de)輸出數據對應；從MODBUS從站讀回（如(rú) 01H、02H、03H、04H功能）的(de)數據為(wèi) MODBUS輸入數據，與PROFIBUS的(de)輸入數據對應。
d.CPU順序取出MODBUS報文，并将報文數據通過CPU串口發送出去(qù)。如(rú)果是“寫（05H、06H、0FH、10H）”功能，MODBUS報文中“寫”數據來自(zì)MODBUS數據區。
e.CPU接收MODBUS回答報文，如(rú)果是“讀（01H、02H、03H、04H等）”功能，将報文中MODBUS數據存入MODBUS數據區。
f.每當CPU完成一(yī)條MODBUS通信或一(yī)次MODBUS報文隊列掃描後，就對MODBUS 與PROFIBUS數據區數據進行一(yī)次數據交換。
g.PROFIBUS主站通過PROFIBUS通信，完成與本接口從站PROFIBUS數據區的(de)數據交換。

3）.接線和(hé)跳線

當PB-B-MODBUS/485/V32位于RS-485總線終端時，應在協議轉換橋接線端子(zǐ)A-和(hé)TA 間及B+、TB 間各外接短(duǎn)接線，以便将內(nèi)置的(de)終端電阻接入總線，通過轉動協議轉換橋上的(de)撥碼開關來設置它作為(wèi)DP從站的(de)地(dì)址。ECS送DCS通訊雙絞線的(de)數據線A-、數據線B+、屏蔽線分别接下圖的(de)A-、B+、PE。

4).軟件組态

平朔電廠采用的(de)是西門子(zǐ)電站自(zì)動化有限公司近年(nián)新推出的(de)SPPA-T3000控制系統。該系統繼承了西門子(zǐ)産品一(yī)貫的(de)上手簡單，功能強大的(de)特點，集成了大量通用功能塊，組态十分方便。具體組态過程如(rú)下：

a. 将協議轉換橋制造商提供的(de)标準GSD文件倒入T-3000系統，使系統識别該設備。
b. 根據項目用到的(de)協議轉換橋的(de)實際配置進行組态，在相應功能塊中配置與ECS從站對應的(de)波特率、從站号等MODBUS參數。組态上送的(de)相應的(de)通訊點。
c. 根據鼎實公司提供的(de)使用說明書，各協議轉換橋啓動報文的(de)控制字的(de)前三位分别代表“啓動MODBUS掃描”，“讀允許”和(hé)“寫允許”，需在T3000相應通訊塊中将這三位置成“1”，保證MODBUS通訊的(de)正常啓動。
d. 生成代碼并下載至各DPU,激活相應程序。

5）冗餘切換

協議轉換橋采用冗餘配置，分别接收來自(zì)ECS的(de)兩路完全一(yī)樣的(de)信号。ECS負責給每個MODBUS從站提供一(yī)個通訊“心跳”信号，即一(yī)個以1s左右頻率在“0”，“1”之間不斷變化的(de)開關量信号。當某一(yī)路通訊中斷，DCS保持最後一(yī)次有效通訊值，當檢測不到心跳信号超過10s，通過軟件将通訊自(zì)動切為(wèi)另外一(yī)路，同時發出報警。若另外一(yī)路也故障，則保持最後一(yī)次有效通訊值，并發出兩路通訊都中斷的(de)報警。

6）設備上電和(hé)狀态燈顯示

确認協議轉換橋24V電源及極性的(de)連接，檢查地(dì)址撥碼開關，如(rú)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(liàng)，PROFIBUS通信故障燈PBFAL（紅(hóng)色）亮(liàng)，表明PROFIBUS主站與本接口連接失敗，檢查PRFOIBUS電纜及插頭和(hé)PROFIBUS主站中對本接口的(de)配置。如(rú)果PROFIBUS通信故障燈PBFAL（紅(hóng)色）滅，并且PROFIBUS 通信狀态燈PBOK（黃色）亮(liàng)，說明PROFIBUS主站已經和(hé)本接口從站建立數據通信，PROFIBUS一(yī)側已連通。當ECS從站正常上傳信号後，協議轉換橋上的(de)收發燈将會交替閃爍，代表通訊正常。

7）一(yī)個重要的(de)注意事項（配置從站最大報文條數）

PB-B-MM/V33型産品與原有V32型産品的(de)不同之處是增加了對從站的(de)狀态監測功能，即在字節插槽的(de)最末位置配置了MODBUS從站的(de)狀态監測表。由于監測表也要占用PROFIBUS中一(yī)定量的(de)用戶參數字節，這就減少了插入從站的(de)報文條數。所以PB-B-MM/V33配置的(de)報文除了要求最大插槽數為(wèi)39個，輸入/輸出最大字節總數不超過232個外，還與總的(de)用戶參數字節數有關。在使用不同的(de)“有從站狀态監測類型”時所能配置的(de)最大從站報文條數是不相同。通過咨詢北京鼎實科技創新有限公司技術支持人員并結合實際應用經驗，筆(bǐ)者對所有“有從站狀态監測類型”作出歸納以供參考，具體報文條數見下表：

四.現場應用情況及總結

平朔煤矸石電廠3、4号機按不同工藝系統，共通訊28路ECS上送從站信号，計5000多點，公用系統共通訊9路ECS上送從站信号，約1000點，測點類型包括開關量輸入，開關量輸出，模拟量輸入，模拟量輸出。實踐證明，采用此種方案，DCS與ECS通訊穩定，測點反應速度完全滿足運行要求，機組運行情況良好。既大大節省了電氣電纜的(de)敷設量，節省了電廠建設成本，又不影響機組運行的(de)實時性和(hé)穩定性，實現了業主建設“數字化電廠”的(de)初衷。