MODBUS信號(hào)與PROFIBUS總線(xiàn)通訊方案介紹
一.項(xiàng)目介紹
平朔煤矸石電廠(chǎng)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(guó)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(mén)子電站自動(dòng)化有限公司SPPA-T3000控制系統(tǒng),為目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)型電廠(chǎng)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(guò)168試運(yùn)行。
二.方案初衷介紹
縱觀(guān)國(guó)內(nèi)火電廠(chǎng)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(chǎng)總線(xiàn)(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(lái)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(lái)做一些外圍系統(tǒng)簡(jiǎn)單邏輯,方便運(yùn)行人員的操作。其缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的,那就是MODBUS信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guó)內(nèi)一些電廠(chǎng),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(wèn)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(guò)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(chǎng)建設(shè)成本。根據(jù)平朔電廠(chǎng)業(yè)主建設(shè)“數(shù)字化電廠(chǎng)”的要求,承標(biāo)DCS的西門(mén)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(xiàn)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(xiàn)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(lái)接收ECS 信號(hào),完成MODBUS信號(hào)與PROFIBUS總線(xiàn)的對(duì)接,協(xié)議轉(zhuǎn)換橋相當(dāng)于PROFIBUS總線(xiàn)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(shuō)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(xiàn)橋系列中的產(chǎn)品,可將具有RS232/485、CAN及MODBUS等專(zhuān)用通信協(xié)議的接口設(shè)備連接到PROFIBUS總線(xiàn)上,使設(shè)備成為PROFIBUS總線(xiàn)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(mén)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(guò)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(guò)RS232 Interface實(shí)現(xiàn)和外部 MODBUS現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信,同樣在RAM中建立MODBUS通信緩沖區(qū)。CPU通過(guò)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(hù)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(xiě)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(guò)CPU串口發(fā)送出去。如果是“寫(xiě)(05H、06H、0FH、10H)”功能,MODBUS報(bào)文中“寫(xiě)”數(shù)據(jù)來(lái)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(guò)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
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