MODBUS信號(hào)與PROFIBUS總線通訊方案介紹

一．項(xiàng)目介紹

平朔煤矸石電廠二期擴(kuò)建工程（2×300MW循環(huán)流化床直接空冷機(jī)組）位于山西省朔州市區(qū)以北約20Km安太堡露天煤礦礦區(qū)內(nèi)，引進(jìn)ALSTOM公司CFB鍋爐技術(shù)國內(nèi)生產(chǎn)的300MW循環(huán)流化床鍋爐，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機(jī)，DCS采用西門子電站自動(dòng)化有限公司SPPA-T3000控制系統(tǒng)，為目前國內(nèi)同類型電廠中最大機(jī)組。3、4號(hào)機(jī)分別于2009年6月6日和8月7日順利通過168試運(yùn)行。

二．方案初衷介紹

縱觀國內(nèi)火電廠集散控制系統(tǒng)發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，主流進(jìn)口DCS控制系統(tǒng)與外系統(tǒng)MODBUS信號(hào)通訊多采用外系統(tǒng)MODBUS信號(hào)—>DCS相應(yīng)通訊處理模件—>DCS工廠總線（下層網(wǎng)）—>相應(yīng)DPU處理單元—DCS服務(wù)器的方式。這種方式常用來把就地MODBUS信號(hào)，如IDAS、電氣模擬量等送DCS監(jiān)視，當(dāng)然也可以用來做一些外圍系統(tǒng)簡單邏輯，方便運(yùn)行人員的操作。其缺點(diǎn)也是顯而易見的，那就是MODBUS信號(hào)經(jīng)過層層轉(zhuǎn)換，繞了一個(gè)大圈才送到DCS服務(wù)器處理，帶有一定的滯后性，在國內(nèi)一些電廠，這種滯后甚至達(dá)到好幾秒鐘，嚴(yán)重影響了運(yùn)行操作、監(jiān)視的實(shí)時(shí)性。如果能解決安全、實(shí)時(shí)這兩個(gè)問題，把大部分電氣信號(hào)先轉(zhuǎn)成MODBUS信號(hào)，再按工藝系統(tǒng)通過通訊電纜送至DCS各DPU處理，將大大節(jié)省電氣電纜的敷設(shè)量，節(jié)約電廠建設(shè)成本。根據(jù)平朔電廠業(yè)主建設(shè)“數(shù)字化電廠”的要求，承標(biāo)DCS的西門子電站自動(dòng)化有限公司與華東電力設(shè)計(jì)院及承標(biāo)ECS的北京四方集團(tuán)多次討論、協(xié)商，提出了以下實(shí)施方案。

三．詳細(xì)方案

1．方案原理介紹

四方ECS將電氣信號(hào)就近送至各通訊管理機(jī)，由通訊管理機(jī)將硬接線信號(hào)轉(zhuǎn)成MODBUS信號(hào)，按RS-485通訊協(xié)議上傳至DCS。信號(hào)上傳時(shí)，由不同的通訊管理機(jī)分別處理電氣信號(hào)的A,B兩側(cè)。例如，6KV電氣系統(tǒng)A側(cè)的點(diǎn)由通訊管理機(jī)A處理， B側(cè)信號(hào)則由通訊管理機(jī)B處理，以達(dá)到將危險(xiǎn)分散的目的。DCS側(cè)各DPU所在PROFIBUS總線按工藝系統(tǒng)，分別接入冗余的一對(duì)協(xié)議轉(zhuǎn)換橋(負(fù)責(zé)將MODBUS485信號(hào)轉(zhuǎn)換成PROFIBUS信號(hào))來接收ECS 信號(hào)，完成MODBUS信號(hào)與PROFIBUS總線的對(duì)接，協(xié)議轉(zhuǎn)換橋相當(dāng)于PROFIBUS總線上的一個(gè)DP從站。北京鼎實(shí)科技創(chuàng)新有限公司提供相應(yīng)GSD文件。

2．方案原理圖

協(xié)議轉(zhuǎn)換橋應(yīng)用說明

平朔項(xiàng)目采用了北京鼎實(shí)創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn)的PB-B-MODBUS485協(xié)議轉(zhuǎn)換橋，該接口是PROFIBUS總線橋系列中的產(chǎn)品，可將具有RS232/485、CAN及MODBUS等專用通信協(xié)議的接口設(shè)備連接到PROFIBUS總線上，使設(shè)備成為PROFIBUS總線的一個(gè)從站。該設(shè)備在接口RAM 中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數(shù)據(jù)區(qū)，由軟件實(shí)現(xiàn)PROFIBUS和MODBUS的協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)交換。該協(xié)議轉(zhuǎn)換橋常用布置如下：

1）.協(xié)議轉(zhuǎn)換橋硬件結(jié)構(gòu)

PB-B-MODBUS/232/485/V3x是智能型PROFIBUS到MODBUS-232/485的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口。在接口RAM中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數(shù)據(jù)區(qū)，圖三中SPC3是西門子公司的PROFIBUS通信協(xié)議芯片。PROFIBUS Interface是PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電路，由光隔及RS485驅(qū)動(dòng)組成。RS232 Interface是標(biāo)準(zhǔn)的RS232驅(qū)動(dòng)電路，由光隔及RS232驅(qū)動(dòng)芯片組成。CPU通過對(duì)SPC3控制實(shí)現(xiàn)PROFIBUS的通信并在RAM中建立PROFIBUS通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。另一方面，通過RS232 Interface實(shí)現(xiàn)和外部 MODBUS現(xiàn)場設(shè)備的通信，同樣在RAM中建立MODBUS通信緩沖區(qū)。CPU通過兩個(gè)通信緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS到MODBUS的通信。

2）.協(xié)議轉(zhuǎn)換橋軟件轉(zhuǎn)換原理

a.該產(chǎn)品的RAM中建立“MODBUS 報(bào)文隊(duì)列”，即MODBUS報(bào)文序列。它是用戶依據(jù)應(yīng)用的要求，在PROFIBUS主站配置該接口產(chǎn)品時(shí)，由菜單選擇后自動(dòng)形成，并在主站與該接口連接時(shí)傳送到該產(chǎn)品的RAM中。

b.該產(chǎn)品的RAM中建立PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)，PROFIBUS主站與從站的通信數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中。PROFIBUS通信數(shù)據(jù)分為輸入和輸出數(shù)據(jù)，都是以PROFIBUS主站為基點(diǎn)的。

c.該產(chǎn)品的RAM中建立MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)，該接口是MODBUS主站，與MODBUS從站的通信數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中。 MODBUS通信數(shù)據(jù)分為輸入和輸出數(shù)據(jù)，寫入（如 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU從站的數(shù)據(jù)為輸出數(shù)據(jù)，與PROFIBUS的輸出數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)；從MODBUS從站讀回（如 01H、02H、03H、04H功能）的數(shù)據(jù)為 MODBUS輸入數(shù)據(jù)，與PROFIBUS的輸入數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)。

d.CPU順序取出MODBUS報(bào)文，并將報(bào)文數(shù)據(jù)通過CPU串口發(fā)送出去。如果是“寫（05H、06H、0FH、10H）”功能，MODBUS報(bào)文中“寫”數(shù)據(jù)來自MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)。

e.CPU接收MODBUS回答報(bào)文，如果是“讀（01H、02H、03H、04H等）”功能，將報(bào)文中MODBUS數(shù)據(jù)存入MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)。

f.每當(dāng)CPU完成一條MODBUS通信或一次MODBUS報(bào)文隊(duì)列掃描后，就對(duì)MODBUS 與PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換。

g.PROFIBUS主站通過PROFIBUS通信，完成與本接口從站PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)交換