四川明星電力股份有限公司 王賢福

1 引言

三星水電站原名白禪寺電航工程，屬涪江干流開發(fā)的第十七級(jí)電站，距離遂寧市區(qū)約32km，電站于1999年首臺(tái)機(jī)組發(fā)電。2012年初三星電站對(duì)上下位機(jī)和輔機(jī)監(jiān)控進(jìn)行了升級(jí)改造，上位機(jī)軟件升級(jí)為南瑞NC2000，下位機(jī)取消了工業(yè)主機(jī)，順控流程直接放入PLC，改造前后其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下。改造過程中問題很多，本文主要討論驅(qū)動(dòng)文件配置錯(cuò)誤引發(fā)的通信問題。

2 故障案例

2.1 南瑞監(jiān)控與許繼10kV 箱式站保護(hù)通信故障

2.1.1 結(jié)構(gòu)情況

10kV 箱式站2010年改造，設(shè)備數(shù)據(jù)通過通信管理機(jī)用103規(guī)約送后臺(tái)計(jì)算機(jī)。改造前三星站送往調(diào)度的主設(shè)備數(shù)據(jù)通過電力貓調(diào)制后由載波傳輸，10kV 箱式站數(shù)據(jù)匯總給RTU 用GSM 信號(hào)傳輸。改造后，統(tǒng)一由上位機(jī)走SDH 通道發(fā)往調(diào)度。南瑞遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)為CDT 主站。

2.1.2 處理過程

通道搭建好后，串口板數(shù)據(jù)燈不亮，測量通信電壓發(fā)現(xiàn)data+、data-間電壓1.03V，電平信號(hào)不對(duì)。排除硬件原因后檢查許繼通信機(jī)配置，發(fā)現(xiàn)RTU 目錄下upch6中的channel.cfg

通道配置文件串口模式為1，表示使用232方式發(fā)送，而實(shí)際接線為485方式，改為485方式輸出后串口數(shù)據(jù)燈閃爍正常。

查看南瑞數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，但許繼監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)正常，故可排除通信機(jī)或保護(hù)裝置發(fā)送錯(cuò)誤。打開通道報(bào)文監(jiān)視：EB 90 EB 90 EB 90 71 61 15 01 00 37 00 14 01 11 01 EE 01 2C 01 5E 07 1F 02 00 4D 07 D7。

從報(bào)文可看出發(fā)送內(nèi)容為重要遙測量，共21個(gè)信息字，主站地址00，子站地址01。信息字按許繼轉(zhuǎn)發(fā)表定義，第一點(diǎn)為主變高壓側(cè)電流，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制是276，轉(zhuǎn)發(fā)系數(shù)為0.00293，計(jì)算公式為：顯示值=實(shí)際報(bào)文值×轉(zhuǎn)發(fā)系數(shù)，即276×0.00293=0.80868（A），由于傳送的是二次測量值，必須乘以變比后才是一次值，所以一次電流值=0.80868×10=8.0868（A）正確。

發(fā)送端輸出數(shù)據(jù)正確，中間接線經(jīng)檢查正常，繼續(xù)檢查接收端驅(qū)動(dòng)文件。打開nari 目錄下txt 文件夾，找到cdt_m 中的cdtdef.h 和cdtdef.c，此二文件一個(gè)是預(yù)編譯頭文件，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)源文件。

cdtdef.h 定義了系統(tǒng)庫函數(shù)的頭文件（#include 部分）以及數(shù)據(jù)枚舉（typedef enum部分）和程序預(yù)編譯。該頭文件完全遵循CDT 標(biāo)準(zhǔn)編寫。繼續(xù)看驅(qū)動(dòng)文件cdtdef.c，文件由許多功能函數(shù)構(gòu)成，主函數(shù)通過while（1）不斷調(diào)用MsgProcess（ ）函數(shù)，處理接收信文，定位到MsgProcess（ ）函數(shù)段，CDT 規(guī)約信文處理函數(shù)段如圖2所示。

圖1 CDT 規(guī)約信文處理函數(shù)段

圖2 修改后的CDT 驅(qū)動(dòng)文件

圖中藍(lán)色背景為模擬量處理字段，該段將P 指針指向的地址值賦給s_val。函數(shù)使用雙循環(huán)提取出信息字，當(dāng)i 和j 都為0時(shí)，取地址1、2，當(dāng)j 為1時(shí)，取地址3、4，而i=1時(shí)分別取7、8和9、10，正好對(duì)應(yīng)信息字段。根據(jù)cdt 規(guī)約定義，先傳低字節(jié)后傳高字節(jié)，＊256是為了以區(qū)分高低字節(jié)。圖中先取出高字節(jié)，后取出低字節(jié)，順序錯(cuò)誤，應(yīng)改為：s_val = （p[i＊CDT_WORD_LEN+1+j＊2] ） +（p[i＊CDT_WORD_LEN+1+j＊2+1] & 0xf）＊256；代碼if （s_val & 0x800）和s_val = -（s_val &0x7ff）為判斷數(shù)據(jù)是否超過2048，是就取最大值加負(fù)號(hào)，提示溢出（CDT 數(shù)據(jù)最大11位，極值 2047，超出會(huì)將第11位置1，表示符號(hào)位為負(fù)）。

if （（s_val & 0x8000）||（s_val & 0×4000））continue 字段是判斷無效時(shí)跳出循環(huán)。f_val = s_val / 2048是將當(dāng)前值除以2048賦給f_val，2048為滿量程值，這時(shí)f_val 為一比例數(shù)，所以不對(duì)應(yīng)改為：f_val = s_val / 1.0， 最后通過drv_AIN1（pAIN, f_val, 0,1）庫函數(shù)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。修改后的CDT 驅(qū)動(dòng)文件如圖3所示。修改后重新啟動(dòng)CDT 規(guī)約進(jìn)程查看，數(shù)據(jù)正確，故障解決。

2.1.3 案例1總結(jié)

本例通信問題是因?yàn)榇a公式錯(cuò)誤且高、低字節(jié)顛倒，導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差和溢出，此故障一般出現(xiàn)在調(diào)試過程中，維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)防止誤修改，平時(shí)要對(duì)重要文件進(jìn)行獨(dú)立備份。

2.2 南瑞監(jiān)控與南瑞輔機(jī)通信故障

2.2.1 結(jié)構(gòu)情況

輔機(jī)改造范圍包含頂蓋排水、前池加壓、檢修排水、滲漏排水、中壓氣機(jī)五大部分。改造前后區(qū)別是將常規(guī)電氣控制改為了PLC 控制，對(duì)大功率設(shè)備增加軟啟動(dòng)裝置，遠(yuǎn)控操作由通信實(shí)現(xiàn)。

輔機(jī)PLC 使用RJ 45接口的串行通信方式與SJ30裝置連接交換數(shù)據(jù)，送發(fā)電機(jī)的CPM 模塊或開關(guān)站通信管理機(jī)，通信協(xié)議ModBus_RTU。

通過SJ30B 組態(tài)軟件，可對(duì)通信點(diǎn)位、參數(shù)、地址、協(xié)議組態(tài)并生成＊.sj 配置文件，實(shí)現(xiàn)上傳和下載。MOXA 環(huán)境模擬工具可以模擬SJ30裝置運(yùn)行環(huán)境，調(diào)試好驅(qū)動(dòng)文件。拷貝該驅(qū)動(dòng)文件到SJ30裝置sbin 目錄下，重啟設(shè)備或加載該進(jìn)程開啟通信。

2.2.2 處理過程

故障點(diǎn)1，串口板發(fā)送和接收燈不亮。串口燈不亮意味著雙方?jīng)]有握手成功（MODBUS 協(xié)議采用主、從站詢問應(yīng)答方式通信），首先要檢查站地址的問題，根據(jù)輔機(jī)點(diǎn)表，頂蓋排水配置站地址為5，在SJ30組態(tài)軟件中查看信文：

COM5 send:

5 3 0 65 0 1a d4 1e

COM5 recv:COM5 register port driver fail

第二行為主站詢問報(bào)文，數(shù)字5為對(duì)側(cè)站地址。第三行從站回復(fù)信文報(bào)寄存器端口驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤。聯(lián)機(jī)查看PLC 配置，發(fā)現(xiàn)站地址是1，即輔機(jī)站地址配置與SJ30裝置不一致，修改站地址后重啟串口板，串口指示燈RXD 和TXD 連續(xù)交替閃爍，通信連接建立，雙方握手成功。

故障點(diǎn)2，查看通信報(bào)文發(fā)現(xiàn)除最后的校驗(yàn)位外，模擬量數(shù)據(jù)全部為零，報(bào)文內(nèi)容為：

DEBUG: COM5 send:

DEBUG: 5 3 0 65 0 1a d4 1e DEBUG: COM5 recv:

DEBUG: 5 3

DEBUG: COM5 recv:

DEBUG: 34

DEBUG: COM5 recv:

DEBUG: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9b f2

數(shù)據(jù)為零就是沒有接收到數(shù)據(jù)。打開輔機(jī)PLC程序，發(fā)現(xiàn)約定的R101-R126字寄存器內(nèi)僅R101、R102、R109-R126有值且正確，R103-R108段為空，模擬量寄存器沒有數(shù)據(jù)。

定位程序到通信處理塊COMMON。模擬量上送使用R103開始的8個(gè)字寄存器儲(chǔ)存信號(hào)，程序處理模塊輸入數(shù)據(jù)來源為名稱SEND_ALL 的中間變量，搜索SEND_ALL 變量發(fā)現(xiàn)沒有任何地方調(diào)用，數(shù)據(jù)無來源所以塊對(duì)側(cè)從R103開始的寄存器為空。解決方法包括：一是直接取模擬量AI0001開始的8個(gè)I/O 點(diǎn)，即修改SEND_AI1為AI0001；二是在模擬量處理部分為SEND_ALL 中間變量定義數(shù)據(jù)來源。

使用第一種方案修改后查看R103和R104寄存器（頂蓋水位）的值分別為5126和5118，換算后分別是0.70M 和0.69M 與實(shí)際一致。

故障點(diǎn)3，查看SJ30接收?qǐng)?bào)文，沒有任何改變，開關(guān)量和模擬量都是零值。將驅(qū)動(dòng)頭文件的PLC_REG_ADDR （起始寄存器地址）由101改為100后報(bào)文無數(shù)據(jù)，這就奇怪了，寄存器地址修改后，數(shù)據(jù)必然有所變化。由于觸摸屏和輔機(jī)PLC 通信完全正常，通信協(xié)議同樣為MODBUS，可參考觸摸屏的配置。（輔機(jī)觸摸屏使用威綸通型號(hào)為MT6056 i series 的產(chǎn)品）。

打開觸摸屏組態(tài)軟件EB8000，定位到模入信號(hào)窗口的頂蓋排水?dāng)?shù)據(jù)顯示部分，通信地址為4x 1277（4x 為類型定義，1277為地址），根據(jù)MODBUS 規(guī)約定義4x 為讀取保持型寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)AQ（模擬量輸出寄存器）、 R（字型寄存器）和從站系統(tǒng)時(shí)間的讀取。查看南瑞PLC 編程軟件幫助文檔，寄存器R1～R4096對(duì)應(yīng)的通信地址為1000～5095，起始規(guī)約地址為0。換句話說，在南瑞PLC 中真實(shí)存放數(shù)據(jù)的起始地址有1000的偏移量，例如1277對(duì)應(yīng)PLC 中的實(shí)際寄存器地址應(yīng)當(dāng)為1277-1000=277。R0277處模擬量的取值是AI_BUF1（此值是一個(gè)中間寄存器，讀取的是經(jīng)過品質(zhì)處理后的AI0001）[1]。

寄存器地址有1000的偏移量，驅(qū)動(dòng)文件中起始地址就必須加上1000。使用UltraEdit 打開頂蓋排水的驅(qū)動(dòng)頭文件，將PLC_REG_ADDR 由101改為1100（因?yàn)镸ODBUS 是從0開始計(jì)算，所以地址是1100而不是1101）[2-3]。保存，編譯，拷貝，重啟進(jìn)程，查看報(bào)文，OK！所有數(shù)據(jù)與實(shí)際完全吻合。

最后需要修改PLC 中的INIT 段的變量SI_418_PCNT，把19改為43（增加了24點(diǎn)模擬量，8點(diǎn)實(shí)際點(diǎn)，16點(diǎn)虛擬點(diǎn)）；24改為56（增加32點(diǎn)開關(guān)量，16點(diǎn)實(shí)際、16點(diǎn)虛擬），讓PLC 在初始化時(shí)分配足夠的儲(chǔ)存空間。最后修改發(fā)送信文箱SEND_LENGTH 寬度，配置數(shù)據(jù)庫，關(guān)聯(lián)上位機(jī)畫面，上位機(jī)終于正確顯示出正確的頂蓋水位。

2.2.3 案例2總結(jié)

該故障涉及的點(diǎn)比較多，從硬件到軟件，從輔機(jī)PLC 配置到上位機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)文件，解決了一個(gè)問題又發(fā)生新的問題。由于改造時(shí)間緊迫，導(dǎo)致設(shè)備供貨商南瑞公司對(duì)設(shè)備的出廠調(diào)試倉促，許多調(diào)試過程只能在設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場后根據(jù)現(xiàn)象逐個(gè)消除。

3 結(jié)語

通信是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的基礎(chǔ)，沒有通信，就沒有數(shù)據(jù)流動(dòng)，也無從談起SCADA。監(jiān)控的升級(jí)中，通信故障是一個(gè)比較普遍的問題，往往需要通過逐個(gè)功能投入試驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)，一蹴而就的概率極小，而驅(qū)動(dòng)程序引發(fā)的問題，也基本出現(xiàn)在開始的調(diào)試階段。在水電站的生命周期中，隨著設(shè)備的老化，安全性能降低同時(shí)伴隨新技術(shù)新工藝的出現(xiàn)，升級(jí)改造的過程還會(huì)不斷出現(xiàn)，也許會(huì)有更多稀奇古怪的通信故障出現(xiàn)，牢固掌握基礎(chǔ)和循序漸進(jìn)的思考是解決通信問題的不可替代方法。