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      基于MODBUS協(xié)議IDAS系統(tǒng)在火電廠應用

      2020-07-31 03:59:02郭興勝
      黑龍江電力 2020年1期
      關鍵詞:采集器接線前置

      夏 跡,郭興勝

      (浙江浙能樂清發(fā)電有限責任公司,浙江 溫州325609)

      0 引 言

      現(xiàn)階段,在電力生產(chǎn)中廣泛應用DCS集散控制系統(tǒng)。它具有控制功能分散且豐富,可實現(xiàn)多種復雜控制及優(yōu)化控制,具備集中監(jiān)視操作、分級管理、可靠性高、開放性強、靈活便于維護等特點,是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)[1]。

      但隨著電廠單機容量的日漸增加,生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的不斷大型化、復雜化,需要監(jiān)測和控制的參數(shù)也在不斷增加。對通信數(shù)據(jù)量等方面需求的不斷提高,導致DCS控制系統(tǒng)單一的環(huán)網(wǎng)配置已不能滿足控制要求,IDAS系統(tǒng)越來越多地得到了應用。IDAS系統(tǒng)采用遠程I/O前置采集器布置于生產(chǎn)現(xiàn)場,再經(jīng)由打包器、Nport連入以太網(wǎng),并入DCS系統(tǒng)。其中遠程I/O前置采集器通常布置在就地距離測點位置較近的地方,與從測點直接布線至電子室DCS機柜端子板相比,大量節(jié)省了電纜的長度[2]。同時,由于長距離傳輸,電纜的線阻大,也減少了由此引起的測量不準確現(xiàn)象,提高了測量的精度。

      IDAS系統(tǒng)中遠程I/O與上位系統(tǒng)直接對接,為直行單層結構,結構構成簡單清晰,系統(tǒng)維護方便[3]。作為DCS系統(tǒng)的有益補充,它在擴大系統(tǒng)涵蓋范圍的同時,降低了系統(tǒng)的復雜性,簡化了系統(tǒng)結構,在充分發(fā)揮系統(tǒng)的整體效能方面發(fā)揮了重要的作用。

      IDAS系統(tǒng)的發(fā)展,得益于通信協(xié)議和設備之間串行通訊的應用。同時,由于MODBUS協(xié)議定義的是一種數(shù)據(jù)幀結構,獨立于物理層介質,所以控制器能夠識別和使用,而不受限于設備通信的網(wǎng)絡類型,具有非常良好的適用性。由此可見,將IDAS系統(tǒng)接入到DCS系統(tǒng)中進行統(tǒng)一監(jiān)視、控制、管理,能夠極大地提高企業(yè)的經(jīng)濟效率和管理水平。

      1 IDAS系統(tǒng)構成

      1.1 IDAS系統(tǒng)概述

      某廠的IDAS系統(tǒng)以上海耀明QD系列前置數(shù)據(jù)采集盒搭配ABB公司Symphony系統(tǒng)的上位機使用。IDAS系統(tǒng)在硬件配置上,主要包括遠程I/O前置采集器、打包器、Nport。前置器采用串口RS-485遠程通信方式,打包器進行數(shù)據(jù)的采集和存儲,再經(jīng)由Nport把數(shù)據(jù)匯入DCS系統(tǒng)。

      以1號機組為例,共配置IDAS測點1 648個,加之40個計算值。測點主要包含汽機側定子線圈溫度、輔機的電機線圈溫度和繞組溫度;鍋爐側過熱器、再熱器金屬壁溫;電氣側輔機電度表。計算值為部分選定測點的最大值、最小值,它便于運行人員對批量測點進行直觀監(jiān)視。

      1.2 IDAS系統(tǒng)與環(huán)網(wǎng)的連接

      機、爐側分設兩路遠程I/O前置采集器,各前置器之間為并行連接。每路前置器末端分別接入打包器(A網(wǎng))和打包器(B網(wǎng)),再經(jīng)Nport1和Nport2,由交換機(HUB)送入IDAS系統(tǒng)服務器。此種接線實現(xiàn)了打包器和Nport兩者的冗余配置。就地電氣信號經(jīng)由Nport3同樣連接至交換機。DCS系統(tǒng)PGP服務器S2和S4電腦同時作為IDAS系統(tǒng)的服務器,分別直接從Nport1和Nport2上讀取數(shù)據(jù),并作為其他DCS系統(tǒng)PGP服務器IDAS點的數(shù)據(jù)源,其系統(tǒng)接線如圖1所示。

      圖1 IDAS系統(tǒng)與環(huán)網(wǎng)的連接

      1.3 遠程I/O前置采集器的配置

      遠程I/O前置采集器安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(如:發(fā)電機旁、汽輪機旁、凝結水泵旁和鍋爐的爐頂及爐壁)等場所,可直接采集現(xiàn)場模擬量信號并將其轉換為數(shù)字量信號,送到打包器中。

      以機側為例,就地共配置14個前置器,分別安裝于汽機平臺0 m層4個、6.4 m層2個和13.7 m層8個。前置器電源取自機側DCS電源柜10CUN02,送至就地電源箱10CUN06。1路進線,14路出線,各前置器獨立供電。電源接線如圖2所示。

      圖2 機側前置器電源接線

      前置器內(nèi)各通道的輸入信號可任意選擇,熱電阻、熱電偶、電壓、電流完全通用,只需按照各種信號的輸入接線方式正確接線,并改變通道插針組態(tài)即可。

      汽機側IDAS測點共有229個。其中選用熱電偶溫度元件106個,熱電阻溫度元件123個,具體測點分布見表1。

      表1 機側IDAS前置器測點分布

      1.4 打包器和Nport的物理連接

      各遠程I/O前置采集器并行連接后,接至通信控制器(或串口服務器),即打包器。再經(jīng)過Nport完成RS-485到TCP/IP之間的數(shù)據(jù)轉換,連接至以太網(wǎng)交換機(HUB),與IDAS系統(tǒng)服務器進行數(shù)據(jù)通信。

      打包器和Nport之間的連接圖如圖3所示。最后一個前置采集器的兩路輸出分別接至打包器(A網(wǎng))和打包器(B網(wǎng))的1號端口。打包器(A網(wǎng))的2號端口連接至Nport1的4號端口,打包器(B網(wǎng))的2號端口連接至Nport2的2號端口。配合軟件上的設置,可以實現(xiàn)機側數(shù)據(jù)經(jīng)由打包器(A網(wǎng))、Nport1和打包器(B網(wǎng))、Nport2的兩路冗余通信,切實保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

      圖3 打包器和Nport之間的連接

      從遠程I/O前置采集器到Nport之間的連接,均采用屏蔽雙絞線MODBUS-RTU國際標準協(xié)議。前置器通過2條冗余配置相互隔離的全雙工RS485通訊線將數(shù)據(jù)直接傳送到打包器。

      MODBUS協(xié)議使用主從應答式連接。一路通信為打包器發(fā)出信號尋址某一臺唯一的前置器,另一路通信為被尋址的前置器發(fā)出的應答信號傳輸給打包器[4-5]。因此,就要求每只前置器只能使用一個地址號,且不能和同一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中另一只前置器地址相同。另外,MODBUS協(xié)議只允許在打包器和前置器之間通信,而不允許各前置器之間的數(shù)據(jù)交換。

      1.5 操作員站的設置

      S2和S4電腦作為IDAS系統(tǒng)的服務器,直接通過以太網(wǎng)從Nport獲取數(shù)據(jù),其他DCS系統(tǒng)PGP服務器的IDAS點再接收這兩臺電腦中數(shù)值。所以,S2和S4電腦均需要安裝Nport Administrator(Nport管理器)和ScanMonitor軟件。

      1.5.1 Nport管理器

      在Nport管理器的Nport-COM Mapping一項中,可直觀看到該臺IDAS系統(tǒng)服務器配置的Nport個數(shù)、每個Nport的端口數(shù)目以及每個Nport端口同該臺服務器進行通訊的具體COM口。S2和S4電腦的Nport及端口配置情況如圖4、圖5所示。

      圖4 S2電腦的Nport及端口配置情況

      圖5 S4電腦的Nport及端口配置情況

      從圖4、圖5可以看出,IDAS系統(tǒng)服務器S2電腦共配置2個Nport,即Nport1和Nport3,S4電腦配置1個Nport,即NPort2。其中Nport1、Nport2各有4個端口,Nport3有8個端口。

      由于Nport是直連在以太網(wǎng)中的,它具有單獨的IP地址??捎纱伺袆e各端口顯示是否同屬于1個Nport。另外,在PGP注冊表Scanner一項中,對應不同的打包器,其BusPort值表示該打包器連接至Nport的端口號。該設置必須和其硬件連接保持一致,才能保證通信正常。這點在運行機組新增打包器,進行軟件設置時需要尤其注意。

      1.5.2 ScanMonitor軟件

      在ScanMonitor軟件中,可以看到IDAS系統(tǒng)服務器所連接的Nport端口的運行情況。S2和S4電腦的ScanMonitor畫面如圖6、圖7所示。

      圖6 S2電腦的ScanMonitor畫面

      圖7 S4電腦的ScanMonitor畫面

      如圖6、圖7所示,S2電腦連接打包器(A網(wǎng))、打包器(B網(wǎng))、電氣表共3個打包器。S4電腦連接打包器(A網(wǎng))和打包器(B網(wǎng))。一般來講,前面的指示燈狀態(tài)綠色代表通信正常;紅色代表通信中斷;若為黃色,說明其通信出現(xiàn)故障。

      2 最大值、最小值的計算

      所有IDAS系統(tǒng)中最大值、最小值的計算均由DCS系統(tǒng)PGP服務器中的HIS(歷史站)電腦完成。在該臺電腦D:/PGP/config/calc文件夾內(nèi),包含有.xla文件的執(zhí)行函數(shù)、.DBF文件的計算值數(shù)據(jù)庫以及.txt文件的計算式。如T01是取b600到b617的最大值,其計算式如圖8所示。另外,在DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中,每個計算值的Formula一項,可以看到其Formula file,即該點計算式所在的具體.txt文件名。

      圖8 最大值(T01)的計算式

      3 數(shù)據(jù)顯示故障的處理

      實際運行過程中,若全部IDAS測點失準,可查看ScanMonitor軟件狀態(tài),通常重啟S2或S4電腦即可解決。若僅僅是計算值數(shù)據(jù)出錯,應重啟歷史站電腦。如果連續(xù)的多個數(shù)據(jù)同時顯示失準,應檢查是否為單個前置器引起。

      圖9所示為各前置器之間的并聯(lián)結構圖。假定1號為起始地址,順次地并聯(lián)到2、3……n號前置器,再送入打包器。以圖9中2號前置器為例,對故障情況進行說明。

      圖9 前置器之間的并聯(lián)結構

      如果前置器2的主、從通信中1個接頭被拔掉,2號前置器失去冗余,S2或S4電腦的2號前置器無數(shù)據(jù)。根據(jù)打包器與Nport的對應關系,當拔掉接頭的一組通訊連接到Nport1時,S2電腦顯示異常;反之,則S4電腦顯示異常。當前置器2的兩路通信插頭全部拔掉時,則所有PGP電腦的2號前置器數(shù)據(jù)均不能正常顯示。如果前置器2的主、從通訊中全部接線斷線,則2號前置器及2號前置器之前的前置器(在圖9中為前置器1)離線,3號前置器及后面的數(shù)據(jù)可以正常顯示。

      4 結 語

      面對大量現(xiàn)場信號,采用前置器可節(jié)約大量信號電纜和補償導線。基于MODBUS通信協(xié)議的IDAS系統(tǒng)實現(xiàn)了現(xiàn)場總線技術中就地數(shù)據(jù)向遠程統(tǒng)一傳送的功能。但由于其通信的可靠性尚存在不足,并沒有應用到控制系統(tǒng)的邏輯保護部分。

      隨著智能儀表的開發(fā)與完善,現(xiàn)場總線技術終將在電廠中得到實際應用和大力推廣。智能電廠將是新一代熱工技術人員共同奮斗的目標。

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