基于modbus通讯协议的dcs与第三方控制系统通讯的实现

基于 Modbus 通讯协议的 DCS 与第三方控制系统通讯的实现（华能南通电厂 江苏 南通 226003）摘要：本文介绍了华能玉环电厂#1 机组（国内首台百万超超临界燃煤发电机组）DCS 控制系统与第三方控制系统（DEH、 MEH、等离子点火），实现在基于 MODBUS 通讯协议下的通信连接。并结合具体设计方案及实施过程，对通信模件组态的点表信息及参数设定等方面进行了介绍。关键词：DCS 通讯 MODBUS；第三方控制系统Abstract：The paper described communication, based on the Modbus protocol, between the DCS and third part control system such as DEH、MEH and plasma ignition control in Huaneng Yuhuan power plant, which is the first USC coal-fired 1000MW power plant. The system design, control system implementation, data list configuration and parameters setting of the communication modules of each system is described detailedly in this paper. Key words：DCS Communication；MODBUS；The third part control system1 简介华能玉环电厂#1 机组为国内首台 1000MW 超超临界燃煤发电机组，其 DCS 系统采用西屋公司 OVATION 控制系统，而机组的其他控制系统类型较多且分散独立，如数字电液控制系统(DEH)采用西门子公司刚推出的最新型的 SPPA-T3000控制系统，MEH 采用三菱重工 DIASYS 系列的最新 DIASYS Netmation 控制系统，等离子点火采用 SIEMENS S7 系列 PLC 控制，远程金属壁温 I/O 采用无锡贝尔 IDAS 分散式智能数据采集网络，吹灰采用 Modicon quantum 系列 PLC 控制等。因此，采用一个工业通用的通信协议标准，将各个控制系统与 DCS 连接起来，对各控制系统运行参数进行集中监视和控制就成为必然。华能玉环电厂#1 机组在以上各控制系统的通信连接设计上，主要采用了 OVATION 控制系统通讯模件 Link Controller Modules(LC：1C31169G02)作为 DCS 与第三方控制系统通讯接口，接口通信协议采用 MODBUS 通讯协议，连接方式为冗余连接。我们现主要就 DCS 系统与 DEH、MEH、等离子点火控制系统基于 MODBUS 通讯协议的连接，从模件组态点表、参数设定、接线方式等方面进行介绍。2 Modbus 协议Modbus 协议是一种工业现场总线通讯协议，现已经成为一通用工业标准，应用于控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。Modbus 协议定义控制器通信使用主从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。标准的 Modbus 通信口是使用一 RS-232C 兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验等。3 DCS 与 DEH 通信华能玉环电厂#1 机组 DEH 系统采用西门子 SPPA-T3000 系统，其与 DCS 通讯模件采用西门子 S7 系列点对点通信卡件 CP341，接口通信协议采用 MODBUS 通讯协议。因 CP341 所需的 ModbusMaster 驱动为底层协议，故在 SPPA-T3000 集成环境下或服务器提供的 SIMATIC MANAGER 环境下皆无法装载，（SIMATIC PCS7 环境下用专用网卡装载除外）。在 CP341 中下载 ModbusMaster 驱动，可以进入 Step7 中的 Hardware Configuration 中选中模块双击，在弹出的窗口中选择 Parameter 按钮，在出现的 Assigning Parameters to PointToPoint Connections 窗口中进行对应的驱动下载。在 DCS 与 DEH 的 MODBUS 通讯协议中，定义 DCS 侧作为从站（地址为 1 和 2），定义 DEH 侧为主站。DCS 侧 OVATION 系统不仅需要在 DOS 环境下完成 LC 模件的点表组态工作，还必须在工程师站对节点控制器做通讯测点的相关组态工作。由于 DCS 系统实际配置两块 LC 模件以双路的冗余通讯与 DEH 连接，故另外还必须在 DCS 节点控制器中用功能块搭建冗余切换程序。冗余切换程序的实现思路为：DEH 中建立的 MODBUS 点表的最后一个通信块（数字量）常为“1”作为质量判断块，如果通信正常，则 DCS 在一个控制器扫描周期内将其映射的信号刷新为“0”，如果在一个设定的 DCS 检测周期内，其映射的信号常为“0”，则判断通信故障并报警，同时进行冗余切换。DEH 侧仅需在 SPPA-T3000 集成环境下完成相应的通信组态工作，但必须确定通信数据块的起始地址与偏移量，现 DEH 主要采用 FC16 写功能码，实现 DEH与 DCS 间的通讯。3.1 LC 组态通信点表清单DCS 在与 DEH 通信中，DCS 侧 LC 模件通讯参数设置如下：platform = RLC；baud = 19200；parity= none；data_bits = 8；stop_bits = 1；slave_address = 1；rts_on_tx = on3.2 CP341 组态及系统参数设定DCS 在与 DEH 通信中，DEH 侧在 S601 内 CP341 模件通讯参数设置如下：Baudrate = 19200；parity= none；data_bits = 8；Stop bits = 1；Reply=2000； Mode=00； Delay=1；RS232C Signals= false； RTS OFF=100us； Output time=100； RS422 Mode=00 ；Preset=00。系统组态参数设定如下所示：Name Description DataType Conn Edit Max Min Value I&C HMISlaveID_J1 Modbus slave address for job 1int x x 255 0 1 x xFC_J1 Modbus Function Code Job 1Default = 00 = Job is disabled1 = FC012 = FC023 = FC034 = FC045 = FC156 = FC16int x x 6 0 6 x xStartadr_J1 Start address in Modbus system for job on related Modbus int x x 65535 0 0 x xmasterLength_J1 Number/length of data for job 1int x x 127 1 120 x x。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。3.3 DCS 与 DEH 通信点对应清单DCS 与 DEH 建立的 Modbus 通信点对应清单如下所示：标签名 扩展名 标签描述 数据类型 Modbus 地址 bit10LBQ60CP002 XQ01 #3 抽汽阀前后压差 AI 30001。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 AI 300023.4 DCS 与 DEH 通信接线图DCS 与 DEH AA 及 DEH AB 通信接线图如下所示：4 DCS 与 MEH 通信华能玉环电厂#1 机组 MEH 系统采用三菱重工 DIASYS 系列的最新的 DIASYS Netmation 控制系统，其与 DCS 通信采用独立的 GETWAY（GWNUT03），接口通信协议采用 MODBUS 通讯协议。在 MODBUS 通讯协议中，定义 MEH 侧作为从站（地址为 1），定义 DCS 侧为主站。此外，DCS 侧 OVATION 系统不仅需要在 DOS 环境下完成 LC 模件的点表组态工作，还必须在工程师站对节点控制器做通讯测点的相关组态工作。由于 DCS 系统实际各配置两块 LC 模件以双路的冗余通讯分别与 MEHA、MEHB 连接，故另外还必须分别在 DCS 节点控制器中用功能块搭建冗余切换程序。4.1 GWNUT03 简介三菱重工生产的 GWUNT03 模块，独立与 DIASYS Netmation 控制系统之外，起到网关（GETWAY）的作用。GWUNT03 模块执行 Ethernet 与 RS232C 之间协议转换功能，准确地讲，GWUNT03模块是一种 MODBUS 通讯协议转换网关。GWUNT03 模块 CPU 类型采用了 SH-3(HITACHI)，Ethernet 网络接口为 100baseTX/10baseT(RJ45)，协议转换程序下装在闪存（flash memory）中。4.2 GWUNT03 模块结构框图如下所示：4.3 LC 组态通信点表清单在 DCS 与 MEH 通信中，LC 模件通讯参数设置：platform = RLC, LinkType = 485.2，baud = 19200，databits = 8，parity = odd，stopbits = 1，controlreg = D0064，ExecutedOnceReg = D0040，backupmodeaction = read_only 。DCS 与 MEH 建立的 Modbus 通信点对应清单如下：标签名(KKS) 标签描述 数据类型 Modbus 地址逻辑页码10CJU01001CRA032C GEN. LOAD AI 40001 01MEHA202 AI 40002 01MEHA2034.4 DCS 与 MEH 通信接线图DCS 与 MEH A 及 MEH B 通信（RS485 两线制）接线图如下所示：5 DCS 与等离子点火通信等离子点火（PLASMA）采用 SIMENS S7 PLC 控制，其与 DCS 通讯模件采用西门子 S7 系列点对点通信卡件 CP341，接口通信协议采用 MODBUS 通讯协议。在 MODBUS 通讯协议中，定义 S7 PLC 侧作为从站（地址为 1） ，定义 DCS 侧为主站。此外，DCS 侧 OVATION 系统不仅需要在 DOS 环境下完成 LC 模件的点表组态工作，还必须在工程师站对节点控制器做通讯测点的相关组态工作。5.1 LC 组态通信点表清单DCS 在与等离子点火（PLASMA）通信中，DCS 侧 LC 模件通讯参数设置如下：platform = RLC，LinkType = 485.2，baud = 9600，databits = 8，parity = none，stopbits = 1。DCS 与 PLASMA 建立的 Modbus 通信点对应清单如下所示：标签名（KKS ） 标签描述 信号类型 功能码 Modbus 地址10HJB10DI011 #1 等离子点火本控/遥控 DI FC01 128。 。 。 。 。 。 。