Modbus協(xié)議在火力發(fā)電機組分散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

為進一步規(guī)范和加強全省燃煤發(fā)電企業(yè)的環(huán)保監(jiān)督管理,促進燃煤發(fā)電企業(yè)環(huán)保設(shè)施正常運行,我公司建設(shè)了環(huán)保智慧監(jiān)管平臺發(fā)電企業(yè)側(cè)子站,對于環(huán)保關(guān)鍵信號進行數(shù)據(jù)采集,其中部分除塵器重要參數(shù)采用Modbus通信協(xié)議傳輸信息。

1系統(tǒng)概述

1.1電袋復(fù)合式除塵器

我公司2號機組灰網(wǎng)采用電袋復(fù)合式除塵器,前級電除塵區(qū)采用陽極側(cè)部振打、陰極頂部傳動側(cè)頂部振打二分區(qū)結(jié)構(gòu)的電場,以提高電除塵區(qū)的除塵效率。電除塵器后部電場空間布置低壓脈沖噴吹袋式除塵區(qū),有關(guān)信號送入除塵器程控系統(tǒng)。

除塵器4個電場一、二次電壓及電流參數(shù)分別由專用MCS-51系列單片機負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集,以并聯(lián)方式通過Modbus網(wǎng)關(guān)通信硬件設(shè)備接入灰網(wǎng)PLC程控系統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò),設(shè)置不同ID編號進行區(qū)分,直接由上位機InTouch應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)。

1.2可編程控制器

PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品,用軟件代替繼電器控制系統(tǒng)。PLC采用不斷循環(huán)的順序掃描工作方式,從輸入模塊讀取狀態(tài)信號放入過程映像區(qū),然后開始調(diào)用循環(huán)。如果有事件產(chǎn)生中斷,則調(diào)用相應(yīng)的模塊進行處理,最后把過程映像輸出表寫到輸出模塊。具體工作過程如圖1所示。

灰網(wǎng)控制系統(tǒng)采用施耐德昆騰系列PLC,主要由CPS電源模件、CPU控制器模件、NOE網(wǎng)絡(luò)通信模件、CRP遠程I/O通信模件、CHS熱備模件等構(gòu)成。通過通信模件與輸入/輸出模件進行數(shù)據(jù)采集,并實現(xiàn)遠方設(shè)備啟停、相互聯(lián)鎖的操作和重要參數(shù)報警功能。

2Modbus通信技術(shù)

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器的一種通用語言,是應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議。當(dāng)在Modbus網(wǎng)絡(luò)上進行通信時,該協(xié)議能使每一臺控制器知道其本身的設(shè)備地址,并識別對它尋址的數(shù)據(jù),決定所具有作用的類型,取出包含在信息中的數(shù)據(jù)等,控制器也可組織回答信息,并使用Modbus協(xié)議將此信息傳送出去。

主控制器可對各從設(shè)備尋址,發(fā)出廣播信息,從設(shè)備返回信息作為對查詢的響應(yīng)。從設(shè)備對于主控制器的廣播查詢,從設(shè)備返回的內(nèi)容不包括設(shè)備地址,而包括請求功能代碼、發(fā)送數(shù)據(jù)、錯誤校驗碼等。

3虛擬控制器

虛擬控制器(VDPU)是OC 6000e系統(tǒng)中的一個子程序,運行在HMI站上,模擬實際控制器的功能。VDPU可以通過通信接口將非本系統(tǒng)的控制設(shè)備或現(xiàn)場智能儀表在邏輯上映射為DCS系統(tǒng)的一個DPU節(jié)點。

運行虛擬控制器程序前,必須先運行OC 6000e系統(tǒng)主程序MPC,通過修改VDPUx.vco文件名中的"x"編號可運行特定節(jié)點號碼的VDPU。虛擬控制器可以配置成雙重冗余方式,但必須運行在同一OC 6000e系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的兩臺不同HMI站上。

4建立可編程控制器與DCS系統(tǒng)通信方式

4.1外部系統(tǒng)I/O通信驅(qū)動程序

OC 6000e系統(tǒng)中可以裝載多個不同的I/O驅(qū)動程序,用于驅(qū)動不同的I/O設(shè)備,主要包括標(biāo)準(zhǔn)Modbus驅(qū)動,以主站方式驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)的Modbus設(shè)備,支持串口連接和TCP/IP連接:OPC客戶驅(qū)動,連接各種OPC服務(wù)器:Profibus主站驅(qū)動,連接各種Profibus子站設(shè)備。本文選用標(biāo)準(zhǔn)Modbus驅(qū)動,互聯(lián)網(wǎng)編號分配管理機構(gòu)給Modbus協(xié)議賦予TCP502端口。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包括輸入離散量、線圈、輸入寄存器、保存寄存器5個基本單元,通過不同的功能代碼訪問5個獨立數(shù)據(jù)塊,具體功能碼信息如表1所示。

4.2通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

(4)在通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中,每個設(shè)備必須有地址標(biāo)志,每個設(shè)備專用一個地址。通過IlTounc監(jiān)控軟件與PLC進行通信連接,在MBENETTopinDefilitiol主題名設(shè)置畫面中,配置連接PLC設(shè)備的IP地址,同時設(shè)置網(wǎng)關(guān)的映射值ID號,設(shè)備類型選用Oualtum系統(tǒng)PLC可編程控制器。打開IlTouncwildowMarker軟件,根據(jù)圖2記錄電除塵高壓柜一、二次電壓及電流標(biāo)記名、項目名(500025)。

(2)Modbus通信使用主從結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)中,只有一個主控制器,可以在網(wǎng)絡(luò)中對其他從設(shè)備啟動查詢會話,即主控制器開始查詢,而從設(shè)備返回對查詢做出的響應(yīng),或處理查詢所要求的動作。PLC控制器I/O掃描服務(wù)會定期對以太網(wǎng)上的設(shè)備進行讀/寫操作,通過使用配置文件的讀/寫請求掃描設(shè)備的輸入/輸出。利用Oualtum以太網(wǎng)模塊NOE77404內(nèi)部I/O掃描器,讀取或?qū)懭胼斎?輸出設(shè)備。根據(jù)圖3配置I/O掃描列表,用于標(biāo)記授權(quán)與其重復(fù)通信的目標(biāo)。當(dāng)控制器運行時,NOE以太網(wǎng)模塊根據(jù)I/O掃描列表,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鞯募拇嫫骱途€圈,或從控制器的寄存器和線圈獲取數(shù)據(jù)。

(3)Modbus網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)疊加功能,可匹配所有標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議的設(shè)備,可支持PLC控制器遠程監(jiān)控、遠程調(diào)試、遠程上下載、遠程控制及PLC控制器數(shù)據(jù)采集等功能。建立與控制器網(wǎng)絡(luò)物理通信連接,并根據(jù)圖4合理配置硬件Modbus網(wǎng)關(guān)參數(shù),將數(shù)據(jù)采集變量通過串口485一232連接方式傳輸至DCS控制系統(tǒng)。

(4)虛擬控制器設(shè)備管理,在OC 6000e系統(tǒng)中以虛擬設(shè)備驅(qū)動的方式進行加載和配置。添加虛擬設(shè)備組,選用M0DB通信模塊,根據(jù)通信連接命令設(shè)置基本參數(shù)。運行上位機虛擬控制器VDPU程序,同時開啟報文監(jiān)視工具,查看數(shù)據(jù)報文通信是否正常,有無出錯信息。具體參數(shù)配置如圖5所示。

4.3數(shù)據(jù)通信傳輸

將電除塵4個電場現(xiàn)場模擬量數(shù)據(jù),采用專用MCS-51系列單片機進行數(shù)據(jù)采集,并通過ModbusTCP設(shè)備接入PLC控制器的TCP/IPEthernet網(wǎng)絡(luò)。利用昆騰NOE網(wǎng)絡(luò)模塊的I/O掃描功能,將4個數(shù)據(jù)塊進行編號區(qū)分,設(shè)置對應(yīng)通信點表。在PLC控制器以太網(wǎng)絡(luò)中增加Modbus通信網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)需要數(shù)據(jù),采用上位機CoM串口接收數(shù)據(jù),同時開啟虛擬控制器VDPU讀取數(shù)據(jù)。

5結(jié)語

通過對不同通信硬件的不斷摸索,不斷積累經(jīng)驗,靈活運用簡單、緊湊、格式規(guī)范、通信透明的傳輸協(xié)議,選用經(jīng)濟、一體化的不同類型通信設(shè)備,以合理的組合方式,可以提升工業(yè)自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的多樣性。