楊素珍，黃煥炮，張敏，李曉紅

(北京國電智深控制技術(shù)有限公司，北京市， 100022)

0 引言

目前，國產(chǎn)分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用越來越多，國內(nèi)主要的DCS有國電智深EDPF-NT+、浙大中控JX系列和利時(shí)MACS系列等。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)常需要將第三方的數(shù)據(jù)送到DCS，或?qū)CS系統(tǒng)數(shù)據(jù)送到第三方系統(tǒng)。本文提出利用Modbus協(xié)議通訊來解決數(shù)據(jù)傳送的問題，這樣可以避免增加采集控制設(shè)備，而且便于統(tǒng)一監(jiān)視及控制。EDPF-NT+系統(tǒng)軟件結(jié)合了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信、信息、監(jiān)控、管理技術(shù)為一體，具有開放式結(jié)構(gòu)、良好的硬件兼容性和軟件可擴(kuò)展性;在通訊接口方面，支持Modbus通訊協(xié)議，能與各類控制設(shè)備及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊連接，已成功應(yīng)用于火電廠1 000 MW機(jī)組，且在水電、化工、新能源等領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸顯現(xiàn)出優(yōu)勢。

1 EDPF-NT+的Modbus通訊

Modbus協(xié)議已經(jīng)成為工業(yè)通訊的通用標(biāo)準(zhǔn)。通過該協(xié)議控制器之間可進(jìn)行通訊，還可以將不同廠商的控制設(shè)備連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中監(jiān)控。Modbus協(xié)議通訊為客戶機(jī)對(duì)服務(wù)器［1-2］(即1主1從)，主站方發(fā)出請求，從站作出應(yīng)答進(jìn)行環(huán)路交換信息。許多工業(yè)設(shè)備使用Modbus協(xié)議作為通訊標(biāo)準(zhǔn)［3-4］。EDPFNT+支持Modbus RTU通訊模式［5-6］及Modbus TCP通訊模式，且通訊操作簡單靈活，組態(tài)方便，安全可靠。

1.1 EDPF-NT+與Modbus RTU的通訊

EDPF-NT+在與Modbus RTU通訊中，只作主站，接口站通過虛擬分散處理單元(distributed processing unit，DPU)建立任務(wù)，利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接到串口服務(wù)器，串口服務(wù)器再以RS485方式連接到可編程控制器(programmable logic controller，PLC)或IO模塊的網(wǎng)關(guān)(即作從站的通訊設(shè)備)。使用串口服務(wù)器是為了將RS485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DPU數(shù)據(jù)。串口服務(wù)器有4、8、16口，可以方便擴(kuò)充通訊及與多方設(shè)備建立通訊。圖1為EDPF-NT+基于Modbus RTU的架構(gòu)圖。

圖1 EDPF NT+與Modbus串口通訊結(jié)構(gòu)Fig.1Structure of serial communication between EDPF-NT+and Modbus

1.2 EDPF-NT+的Modbus TCP通訊

EDPF-NT+在基于Modbus TCP通訊中可作主站，也可作從站。系統(tǒng)可通過網(wǎng)線與Modbus TCP建立通訊。作主站時(shí)，如果1臺(tái)接口站需要與多方設(shè)備進(jìn)行通訊，中間可以用交換機(jī)或Hub進(jìn)行擴(kuò)展。接口站需要使用不同的端口與對(duì)方通訊。作從站時(shí)，需在502端口上等待請求［7］。

2 配置虛擬控制器

EDPF-NT+系統(tǒng)通訊，只需在虛擬的DPU［6-7］中添加相應(yīng)的虛擬I/O模塊。每個(gè)開關(guān)量信號(hào)對(duì)應(yīng)1個(gè)寄存器的1位或1個(gè)線圈及1個(gè)離散量。EDPF-NT+可以將1個(gè)寄存器的16位自動(dòng)分配解包到相對(duì)應(yīng)模塊的連續(xù)的16個(gè)通道中。再配置擴(kuò)展I/O程序來完成不同功能的任務(wù)，如讀線圈、離散量、保持寄存器、輸入寄存器等。表1為卡件類型及功能碼對(duì)應(yīng)表。

表1 卡件類型及功能碼對(duì)應(yīng)表Tab.1Correspondence between card types and function codes

3 串口配置

Modbus RTU是基于串口的通訊，EDPF-NT+接口站與第三方系統(tǒng)之間通過串口服務(wù)器連接在一起。串口服務(wù)器一端通過以太網(wǎng)方式和DCS連接，另一端通過RS 485方式和第三方系統(tǒng)連接。通常串口服務(wù)器具有多個(gè)連接端口，每個(gè)端口連接1個(gè)第三方系統(tǒng)。串口服務(wù)器的地址與EDPF-NT+的接口站IP需要配置在同一網(wǎng)段，串口服務(wù)器每個(gè)端口應(yīng)配置同網(wǎng)段IP及不同的端口號(hào)，應(yīng)用中需要定義每個(gè)端口的波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)等信息(第三方系統(tǒng)廠家提供)。

4 接線定義

(1)串口的接線。用1根交叉網(wǎng)線，一端連接EDPF-NT+接口站網(wǎng)口，另一端接串口服務(wù)器的以太網(wǎng)口;就地過來485線接串口服務(wù)器的端口上［8］。

(2)Modbus TCP的接線。用1根普通的網(wǎng)線，一端接到EDPF-NT+接口站網(wǎng)口，另一端接到第三方系統(tǒng)的通訊設(shè)備的網(wǎng)口或網(wǎng)關(guān)上。

5 實(shí)例配置

5.1 資料提供

(1)與第三方采集器通訊提供資料:規(guī)約類型為Modbus RTU;通訊端口為RS232/RS 485;通訊速率為9600bps;通訊參數(shù)為8、1、1、N;Modbus主機(jī)為DCS系統(tǒng)(響應(yīng)數(shù)據(jù));Modbus從機(jī)為采集器(查詢命令、確認(rèn)命令);地址為C9H;功能碼為03H;起始寄存器地址為0000H。

(2)與第三方DEH的PLC通信提供資料:子站地址為 1;協(xié)議9600，8，n， 1;開關(guān)量4150－4151，以保持寄存器來讀取。

5.2 配置虛擬DPU

通訊之前，需要先建立虛擬DPU。假設(shè)新建的虛擬DPU為30號(hào)站，則接口站的A網(wǎng)卡增加IP為: 172.101.1.30，B網(wǎng)卡增加IP為:172.101.2.30。

在PO中添加虛擬DPU 30，增加完在D盤目錄下新建虛擬DPU的運(yùn)行文件夾。

5.3 配置組態(tài)

配置完虛擬DPU后需要增加虛擬卡件，增加虛擬卡件是在DPU 30中新建IO模塊，添加實(shí)際模擬量的模塊DPU 30 A1及開關(guān)量的DPU 30 A2。

根據(jù)第三方采集器說明，需要讀取從站的1～16號(hào)保持寄存器的數(shù)據(jù)，首先增加Bidc開關(guān)量輸入卡，設(shè)備號(hào)為DCS自定義，此處定為1。從站ID C9H為十六進(jìn)制，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制為201，起始寄存器號(hào)0、起始點(diǎn)號(hào)為第1塊通道，功能碼為3，數(shù)據(jù)類型、字節(jié)順序類型與第三方一致。

根據(jù)第三方PLC說明需要讀取從站PLC的4150與4151號(hào)保持寄存器的數(shù)據(jù)，首先增加Bidc MDI卡，設(shè)備號(hào)為DCS自定義，此處定為2。從站為1，起始寄存器號(hào)4150，功能碼為3。

再進(jìn)行配置卡件圖，并轉(zhuǎn)換下載SAMA圖。

5.4 安裝數(shù)據(jù)庫

(1)應(yīng)用Excel數(shù)據(jù)庫模板，將1～16號(hào)寄存器轉(zhuǎn)換為DPU 30的A1卡件1～16通道數(shù)據(jù)。

(2)PLC的通訊為8個(gè)開關(guān)量打包到1個(gè)寄存器中，只需將4150寄存器的8個(gè)開關(guān)量分配到A2的1～8通道，4151寄存器分配到A2的17～24通道。

導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，配置點(diǎn)組，下載點(diǎn)組及數(shù)據(jù)庫，信號(hào)類型可選為源碼輸入不變。

5.5 串口配置

串口服務(wù)器主要有2項(xiàng)大的配置，一為串口參數(shù)配置，二為工作模式配置。在配置串口服務(wù)器前，需要在接口站增加第3塊網(wǎng)卡，用交叉線連接到串口服務(wù)器Ethemet 10/100M口，根據(jù)串口服務(wù)器默認(rèn)IP為192.168.0.233(可修改)，再為第3塊網(wǎng)卡添加與串口服務(wù)器同網(wǎng)段IP地址。

(1)串口參數(shù)設(shè)置。串口參數(shù)配置的是第三方設(shè)備的相關(guān)串口參數(shù):將采集器過來的485線連接到串口服務(wù)器第1個(gè)端口，PLC過來的485線連接到第2個(gè)端口，再通過用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到同一臺(tái)接口站來擴(kuò)展通訊。因采集器與PLC提供的串口參數(shù)相同［11］，所以將端口1、2設(shè)置為:波特率9600，數(shù)據(jù)位8，停止位1，校驗(yàn)位none，流量控制none，類型改為485或不更改。

(2)工作模式設(shè)置。工作模式是用于配置串口服務(wù)器與接口站的通訊模式:因接口站與串口服務(wù)器是UDP協(xié)議，所以需要將第1及第2個(gè)端口的工作模式配置為TCP/UDP Socket。再將協(xié)議改為UDP，對(duì)端主機(jī)設(shè)置為通訊網(wǎng)卡的IP地址192.168.0.208，端口號(hào)任意設(shè)置。保存配置，重啟串口服務(wù)器即可。

5.6 配置EIO通訊任務(wù)

將C:Program FilesEDPF-NT plusTemplate路徑下的EIO.ini文件，拷貝至運(yùn)行主目錄config system下。打開EIO文件，按實(shí)際情況將EIO文件下的相應(yīng)內(nèi)容修改。根據(jù)實(shí)際情況，DCS方需要定義第1個(gè)設(shè)備號(hào)1對(duì)應(yīng)采集器的201號(hào)設(shè)備通訊，并建1號(hào)任務(wù)為讀32個(gè)線圈數(shù)據(jù);DCS方再定義第2個(gè)設(shè)備號(hào)2對(duì)應(yīng)PLC的2號(hào)設(shè)備通訊，并建1號(hào)任務(wù)為讀40個(gè)保持寄存器數(shù)據(jù)。

配置好EIO后，可直接重啟虛擬DPU，完成通訊。如果是Modbus TCP通訊，此EIO.ini文件需要更改2處:Protocol=modbusTCP，RemotePort=502。

6 通訊中遇到的問題及解決方法

(1)與第三方設(shè)備通訊成功，但值(模擬量值)不對(duì)，可以檢查字節(jié)順序類型是否一致或通訊測點(diǎn)的起始位置是否按錯(cuò)位處理。通常通訊數(shù)據(jù)類型應(yīng)為源碼輸入，不進(jìn)行標(biāo)量變換，否則修改為自定義，并計(jì)算轉(zhuǎn)換系數(shù)。

(2)對(duì)于第三方廠家將16個(gè)及16個(gè)以內(nèi)開關(guān)量打包到1個(gè)寄存器的情況，只需在任務(wù)中讀1個(gè)寄存器，在各個(gè)通道建對(duì)應(yīng)的測點(diǎn)名，模擬量輸入卡件自動(dòng)將寄存器中的16個(gè)開關(guān)量解包到各通道。

(3)對(duì)于1個(gè)寄存器為16個(gè)開關(guān)量，但只取某1位值的情況，只需將這1位開關(guān)量測點(diǎn)名建在對(duì)應(yīng)的通道上即可。

7 結(jié)語

在通訊中，可以用輔助的Modbus調(diào)試軟件調(diào)試設(shè)備，根據(jù)雙方是否能發(fā)送或接受數(shù)據(jù)報(bào)文來判斷并分析線路、協(xié)議等是否正常。在EDPF-NT+系統(tǒng)中，通過虛擬控制器與第三方系統(tǒng)進(jìn)行Modbus協(xié)議通訊，應(yīng)用廣泛，不僅能降低生產(chǎn)成本，并且程序運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡便。

［1］GB/T 19582.3—2008基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范［S］.中國:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

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(編輯:沈雷)