不同控制系统间的通信在发电机组控制上的研究与实现

第３０卷第４期　黑龙江电力　２００８年８月　不同控制系统间的通信在发电机组　控制上的研究与实现　姜　宇　，张华　（１．大庆油田电力集团宏伟热电厂，黑龙江大庆１６３４１１；２．大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连１１６０１３）　摘要：为实现不同计算机控制系统问的数据共享，针对宏伟热电厂一期与二期发电机组的控制系统进行细致　地分析与研究，提出一种通信组态方案，利用原有系统硬件，对ＡＢＢ　Ａｄｖａｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｎｅｒ　４５０控制系统和西门子　Ｐ’ｃｓ７控制系统分别进行了硬件与数据库的组态，采用全双工信号模式，在基于两个系统通信模件均支持Ｍｖｉ—　Ｍｏｄｂｕｓ协议的基础上，使用ＭＶＩ—ＭＯＤＢＵＳ实现点对点方式的连接。组态包含３部分：硬件组态；数据库模型　的建立；程序组态。通过组态和调试实现了数据的传输与共享，最终实现数据在两个不同控制系统平台上的通　信与共享，对电厂实际生产运行过程起到了重要的作用，对于能源的有效利用和调整具有明显的效果。　关键词：通信接口；ＡｄｖａｎｔＣｏｎｔｒｏｎｅｒ４５０；西门子ＰＣＳ７；Ｍｖｉ—Ｍｏｄｂｕｓ协议　中图分类号：ＴＭ７３４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—１６６３【２００８）０４—０２５３—０４　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｍｏｎｇ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｕｎｉｔ　ＪＩＡＮＧ　Ｙｕ　，ＺＨＡＮＧ　Ｈｕａ２　（１　Ｈｏｎｇｗｅｉ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ，Ｄａｑｌｎｇ　Ｏｉｌ　Ｆｉｅｌｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｏｕｐ，Ｄａｑｉｎｇ　１６３４１１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　ＥＩ１ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｌａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０１３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｈａｒｅ　ｄａｔａ　ａｍｏｎｇ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　Ａｄｖａｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　４５０　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ＡＢＢ　ａｎｄ　ＰＣＳ７　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍａｄｅ　ｂｙ　Ｓｉｅｍｅｎｓ　ａｒｅ　ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ　ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ　ｉｎ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｄａｔａ，ａｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ｆｕｌｌ—ｄｕｐｌｅｘ　ｓｉｇｎａｌ　ｍｏｄｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ　ｐｏｉｎｔ—ｔｏ—ｐｏｉｎｔ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｌｌ　Ｍｖｉ—Ｍｏｄｂｕｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｍｏｕｄｌｅｓ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｏｔｈ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｏｆ　Ｍｖｉ—Ｍｏｄｂｕｓ，ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａ—　ｉｒｎｇ　ｕｎｉｔ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｆｏｒ　ｈｅ　ｔｉｆｒｓｔ　ｎｄ　ｓｅｃｏｎｄ　ｓｔａａｇｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｈｏｎｇｗｅｉ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ．　ｉｔｏｎ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆｔｈｒｅｅ　ｐａｒｔｓ：ｈａ　ｅ　ｃｏｎｉｇｕｒｆａ—　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｓｅｔｕｐ　ｏｆｄａｔａ　ｍｏｄｅｌ　ｎｄ　ａｐｒｏｇｒａｍ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｉｍ—　ｐｌｅｍｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｎｄ　ｓｈａａｒｅ　ｏｆ　ｄａｔａ，ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｄ　ｓｈａｒａｅ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｏｎ　ｈｅ　ｐｌｔａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　ｗｏ　ｃｏｎｔｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　ｃｏｎｉｇｕｒａｔｉｆｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；Ａｄｖａｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ４５０；ＰＣＳ７　ｍａｄｅ　ｂｙ　Ｓｉｅｍｅｎｓ；ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｏｆＭｖｉ—Ｍｏｄ—　ｂｕｓ　宏伟热电厂发电机组原ＤＣＳ系统采用ＡＢＢ　Ａｄｖａｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ４５０控制系统，而二期新机组　ＤＣＳ采用的是西门子ＰＣＳ７控制系统，由于采用　母管制调节方式，有许多参数需要在２个控制系　统中传输，这就带来了如何解决２个系统之间通　信接口的问题。　收稿日期：２００８—０４—０８　通信网络及网络协议　通过检查两个系统硬件通信模件和经过查阅　ＡＢＢ　Ａｄｖａｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ　４５０相关资料，利用原有系　统硬件可以实现２个系统的通信。两个系统通信　模件均支持Ｍｖｉ—Ｍｏｄｂｕｓ协议…，使用ＭＶＩ—　ＭＯＤＢＵＳ可以实现点对点方式的连接，两个控制　作者简介：姜宇（１９７３一）男，１９９６年毕业于哈尔滨工程大学热能工程专业。　・－———２５３・－———　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．４　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉｍｌｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｕｇ．２００８　系统设置成主从方式，ＭＶＩ—ＭＯＤＢＵＳ允许使用　ＲＴＵ（　）和ＡＳＣＩＩ两种模式。所以决定通信　采用的协议为Ｍｖｉ—Ｍｏｄｂｕｓ协议［２】。设定ＰＣＳ７　为主模式（ＭＡＳＴＥＲ），负责发送指令，ＡＣＡ５０为从　ＰＣ　Ｐｒｏｇｒａｍ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｇＳ　Ｉ　ｌ　Ｄａｔａ　ｇＳ　Ｉ　模式（ＳＬＡＶＥ）负责接收指令，见图１。　Ａ髓　煳　圈１　ＡＢＢ与ＰＣＳ７网络连接示意圈　ＡＢＢ　Ａｄｖａｎｔ　ｃｏｎｔｏｒｌｌｅｒ　４５０通信模件采用的是　ＣＩ５３２Ｖ０２模件，该模件提供２个通信子模块　（ｓｕｂｍｏｄｕｌｅ），通过ＣＣＩＴｔ　Ｖ．２４（ＲＳ一２３２一Ｃ）电　缆可以连接２个异步通信端口。其中ＣＣＩ＇Ｉ￣Ｖ．　２４端口接线见表１。　表１　ＣＣＩ＇ＩＴＶ．２４端口接线表　由于采用全双工信号模式（Ｆｕｌｌ　Ｄｕｐｌｅｘ　Ｈａｎ－　ｄｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｉｇｎａｌｓ），需要把ＲＴＳ和ＣＴＳ短接，ＤＳＲ、　ＤＣＤ及ＤＴＲ短接。ＳＩＥＭＥＮＳ　ＰＣＳ７所采用的通　信模件ＣＰ３４１，提供ＲＳ４８５的连接端口，所以必须　使用ＲＳ２３２／ＲＳ４８５端口转换适配器，Ｉ℃Ｃ一１００。　作为从模式，在ＡＢＢ　ＡＣＡ５０中实现ＭＯＤＢＵＳ　协议的组态包含３部分　】：　ａ．程序组态，ＡＣＡ５０使用的程序语言ＡＭＰＬ；　ｂ．数据库模型的建立；即建立Ｃｏｎｆｉｇｕｒａ．　ｔｉｏｎＭＳ，Ｄａｍ　ＭＳ；　Ｃ．对ＣＩ５３２子模块端口的硬件组态。见图２。　３　控制系统组态　建立了相应的逻辑关系后，首先做ＡＣＡ５０控　制组态，硬件组态见图３【４】。　图３中定义了该ＣＩ５３２Ｖ０２子模块的位置　（ＰＯＳｍＯＮ），即在ＣＰＵ母板上的槽位，ＳＵＢＰＯＳ指　．．．—．２５４．．．一　ｂａｒ　Ｃｏｎｆｉｇ　Ｓｔａｔｕｓ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　ｌ　ｌ　ＣＩ５３２Ｖ０２　。　ｆ　ＰＯＩ￣Ｉ　●　ｌ　ＳＩＩ￣ＥＮＳ　ＰＣＳ７　Ｉ　圈２　ＣＩ５３２子模块端口的硬件组态圈　ＲＶｌｎ／ＣＩ５３２＿ＳＬｖ７　ｌＩ１，Ｉ　（３４４．ｎ）　Ｂａｓｅ　Ｐａｒｔ　ＣＩ５３２　ＳＬ、，７……１　岫　删ＤｊＧ　１６……　０……３　ＢＵＳ　ＥＲＲ　１７……　０……４　翻　ｒ硎班ｌｌｒｎ『ＰＥ　９……　４……５　Ｐ０ＳＩＴ卫０Ｎ　ＰＩ　１００Ｌ　２０……　１……Ｂ　ｓ【ｌ丑Ｐ０Ｓ　１……１０　ｎ矾　１……ｌ１　Ｓ班ｃｌｒＩ（：Ｅ　ＣＩ５３２……７　嗍　Ｖ０２……８　Ｗ　ＩＡ耵　２３……ｌ８　嗍　０ＦＦ……２８　Ｏ镰　３ＬＥ　Ｃｈｌ　Ｃｏｎ．Ｐａｒａｍ－　４……２２　ＮＥＴ１　ＷＬＩ　Ｄｌ　３３……　ｌ……２５　ＳＬｒｒ＿ＮＥＴ１　ＤＳＰＡ　３４・…・・　ＣＴＳｌ　３５……　ＤＣＤｌ　３６……　ＲＩ１　３７……　Ｃｈｌ　Ｃｏｍｍ．Ｐａｒａｍ．　０……２３　Ｎ圈ｆ２　眦Ｄ２　４２……　０……２６　ｓｌ强Ｎ日ｆ２Ⅸ；ｌｌ２　４３……　ＣＴＳ２　４４……　ＤＣＤ２　４５……　ＲＩ２　４６……　图３硬件组态　出了ＣＩ５３２ｖ０２使用的端口。ＶＡＲＩＡＮＴ设定的　Ｖ０２说明使用的是ＭＶＩ—ＭＯＤＢＢＵＳ协议，ＮＯＤＥ　指定ＡＣＡ５０控制器的内部网络节点号。ＮＥＴＩ定　义了在ＡＣＡ５０上和ＰＣＳ７之间使用的网号，并用　ＳＥＴ＿ＮＥＴＩ激活ＮＥＴＩ。组态好ＣＩ５３２Ｖ０２硬件模　块，冷启动后该功能模块若正常工作，硬件指示灯　则显示正常运行状态。　硬件组态后，分别对Ｌｉｎｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｔｃｓ、Ｎｅｔ－　ｗｏｒｋ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ＭＳ、ＰＬＣ　Ｓｔａｔｕｓ、Ｒｅ￣ｓｔｅｒ　Ａｄｄｒｅｓ—　ＳｅＳ　ＭＳ数据库功能模块进行了组态。　通过组态，Ｌｉｎｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｔｃｓ功能模块对　ＡＣＡ５０系统ＣＩ５３２Ｖ０２板子模块所采用的ＭＶＩ—　ＭＯＤＢＵＳ协议参数进行了整定。整定后的参数　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３０卷第４期　黑龙江电力　２００８年８月　分别放置在ＰＯＲＴ１．ＩＬｌ—ＰＯＲＴ１．ＩＬｌ４数据模块　中，对ＩＤＥＮＴ使用的端口加以说明，１表示　ＰＯＲＴ１，ｌ１表示ＰＯＲＴ２，ＮＥＴ表示ＣＩ５３２ｖ０ｌ２子模　块的序号。ＲＥＦ１到ＲＥＦ１４分别为整定参数，采　用了全双工（ＲＥＦ７），传输速率１９　２００ｂｉｔ，采用从　模式（ＲＥＦ２），１位停止位（ＲＥＦ５），传输代码为　ＲＴＵ二进制代码（ＲＥＦ１），寄存器地址采用小模　式（ＲＥＦ１４）等等。　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｎｉｆｇｕｒａｔｉｏｎ　ＭＳ模块定义２个控制　分配到指定该Ｄａｔａ　ＭＳ的寄存器地址中，由于　Ｎｅｔｗ．ｃｏｎｆ．ＭＳ功能模块指定了两个控制器的网　络节点，数据便通过ＣＩ５３２ｖ０２子模块传输置ｓＩ．　ＥＭＥＮＳ　ＰＣＳ７的ＣＰ３４１通信模件。Ｄａｔａ　ＭＳ的功　能模块如下，它分读取数据和发送数据２个部分。　在读取数据的时候可以看出ＩＤ１—１０和　ＩＤ１０１１０两个模块使用了相同的数据库ＩＤ１—１０．　Ｉ１一ＩＤ１１０．Ｉ２４，这２个功能模块必须同时建立，　负责数据不会被写入寄存器。而发送模块（Ｓｅｎｄ　——器之间的节点，使用ＩＤＥＮＴ表明端口。整定后的　Ｄａａｔ　ＳＭ）与读取数据的第一个模块相同，只是　参数也分别放在了ＮＥＴＷ１．ＩＬｌ—ＮＥＴＷ１．ＩＬ２４数　ＩＤＥＮＴ不允许重复。由于每个发送或读取数据　据模块中，因为只和一个控制器连接（即ＳＩＥＭＥＮＳ　功能模块最多只能有２４个数据单元，要想发送或　陶）所以只需要定义—个节点。设定它为５。　接收更多的数据，必须建立多个Ｄａｔａ　ＭＳ功能模　ＰＬＣ　Ｓｔａｔｕｓ功能模块用来接收ＳＩＥＭＥＮＳ　块，但是考虑与ＰＣＳ７中使用相同的寄存器，这就　ＰＣＳ７发送过来的系统信息及错误代码。分别定　需要正确分配寄存器。寄存器地址分配按照　义了８个开关量状态信号及１６个模拟量状态信　ＭＯＤＢＵＳ协议的要求在小地址模式的情况下，根　息来监视两个控制器之间通信的状态。并且把它　据不同的功能代码来分配空间。使用接收数据需　们整定在ＳＴＡＴＵＳ１．Ｂ１一ＳＴＡＴＵＳ１．Ｂ８．ＳＴＡ一　要设定在４００１—４９９９中，发送数据可以放在　’Ｉ＇ＵＳ１．ＩＬｌ—ＳＴＡＴＵＳ１．ＩＬｌ６中。其中定义ＳＴＡ—　３００１—３９９９中，但要注意防止出现不同数据占用　ＴＵＳ１．Ｂ１为连接状态，为１表示连接正常；当接收　同一个地址。　到非法指令代码时ＳＴＡＴＵＳ１．Ｂ４为１等等。　数据传送模块Ｄａｔａ　ＭＳ与地址分配模块Ｒｅｇ－　Ｄａａｔ　ＭＳ是数据传输功能模块。通过ＰＣ　Ｐｒｏ－　ｉｓｔｅｒ　ａｄｄｒｅｓｓ　ＭＳ之间连接有个规则，用来防止出　ｇｒａｍ的程序组态把需要传送的数据连接到Ｄａｔａ　现地址的重复分配，尤其使用多个寄存器地址分　ＭＳ对应的数据库中。在通过Ｄａａｔ　ＭＳ功能模块　配模块。见图４。　发送数据模抉　图４数据传送模块Ｄａｔａ　ＭＳ与地址分配模块Ｒｅｇｉｓｔｅｒ　ａｄｄｒｅｓｓ　ＭＳ之间的连接　・・－—・２５５・・－—・　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．４　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｕｇ．２００８　一个地址分配模块最多可以连接２４个数据　来的数据，同样，在二期ＤＣＳ上也可以观测到一　模块，每个数据模块最大可以传输２４个数据，每　期ＤＣＳ系统传输来的数据，非常有利于现场的生　个传输模块都是通过ＩＤＥＮＴ来区分的，这样保证　产与维护。　了数据地址的唯一性。　６　结束语　４功能程序组态　本文提出了一种通信组态方案，在基于两个　ＰＣ　ＰＩ１ｏ　衄（ＡＭＰＬ语言）是ＡＢＢ系统的程序　系统通信模件均支持Ｍｖｉ—Ｍｏｄｂｕｓ协议的基础　组态。只需要把需要传送的数据发送到数据传输　上，使用ＭＶＩ—ＭＯＤＢＵＳ可以实现点对点方式的　模块定义的数据存储单元就可以了。由于ＭＯＤ．　连接，设定ＰＣＳ７为主模式（ＭＡＳＴＥＲ），负责发送　ＢＵＳ协议只允许传输整型数据（ＩＮＴ）所以要把数　指令，ＡＣＡ５０为从模式（ＳＬＡＶＥ）负责接收指令。　据进行类型转换把浮点型转换成整型，在ＰＣＳ７　通过检查两个系统硬件通信模件和经过查阅　中作相应的反转换。程序简图５如下。以发送数　ＡＢＢ　Ａｄｖａｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｚ４５０和西门子ＰＣＳ７控制系　据为例。　统的相关资料，利用原有系统硬件，进行细致深入　５数据通信的实现与应用　地分析与研究，对硬件和系统数据库进行组态，最　后实现了２个系统的通信。　通过对不同控制系统Ａｄｖａｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　４５０　在宏伟热电厂实际生产运行过程中，对于一　与西门子ＰＣＳ７的分别组态，两个控制系统设置　些重要的生产数据，对数据通信系统进行了试验，　成主从方式，使用ＭＶＩ—ＭＯＤＢＵＳ通信协议实现　经过考验证实了组态的正确性与改进的合理性。　点对点方式的连接，最终实现了数据在两个不同　控制系统平台上的通信与共享。根据现场实际运　参考文献：　行经验，选取生产数据如下：　［１］西门子工业网络通信指南［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版　机组主汽压力；主汽温度；主汽流量；三抽压　杜。２ＯＯ４．　力、温度；排气压力、温度；凝结水压力、温度；循环　［２］过程控镧系统ＰＣＳ７［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版杜，　２００４．　水压力；给水泵状态；联锁控制信号等。　［３］ＡｄｖａｎｔＲ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ４５０　Ｕｓｅｒ￣Ｇｕｉｄｅ　Ｐａｒｔ１．２．３：ＡＢＢ．　这样，在一期ＤＣＳ　ＡＢＢ控制系统的画面上就　［４］Ｏｎ—ｌｉｎｅ　ＢｕｉｌｄｅｒＶｅｒｓｉｎｏ２．４　ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＭａｎｕｓｌ：ＡＢＢ．　可以观测到二期ＤＣＳ西门子ＰＣＳ７控制系统传输　圈５数据的类型转换及传递逻辑圈　（簟辑许展瑛）　一２５６一