MODBUS信號與PROFIBUS總線(xiàn)通訊方案介紹

一．項目介紹

平朔煤矸石電廠(chǎng)二期擴建工程（2×300MW循環(huán)流化床直接空冷機組）位于山西省朔州市區以北約20Km安太堡露天煤礦礦區內，引進(jìn)ALSTOM公司CFB鍋爐技術(shù)國內生產(chǎn)的300MW循環(huán)流化床鍋爐，汽輪機為上海汽輪機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，DCS采用西門(mén)子電站自動(dòng)化有限公司SPPA-T3000控制系統，為目前國內同類(lèi)型電廠(chǎng)中最大機組。3、4號機分別于2009年6月6日和8月7日順利通過(guò)168試運行。

二．方案初衷介紹

縱觀(guān)國內火電廠(chǎng)集散控制系統發(fā)展歷史可以發(fā)現，主流進(jìn)口DCS控制系統與外系統MODBUS信號通訊多采用外系統MODBUS信號—>DCS相應通訊處理模件—>DCS工廠(chǎng)總線(xiàn)（下層網(wǎng)）—>相應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，如IDAS、電氣模擬量等送DCS監視，當然也可以用來(lái)做一些外圍系統簡(jiǎn)單邏輯，方便運行人員的操作。其缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，那就是MODBUS信號經(jīng)過(guò)層層轉換，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，在國內一些電廠(chǎng)，這種滯后甚至達到好幾秒鐘，嚴重影響了運行操作、監視的實(shí)時(shí)性。如果能解決安全、實(shí)時(shí)這兩個(gè)問(wèn)題，把大部分電氣信號先轉成MODBUS信號，再按工藝系統通過(guò)通訊電纜送至DCS各DPU處理，將大大節省電氣電纜的敷設量，節約電廠(chǎng)建設成本。根據平朔電廠(chǎng)業(yè)主建設“數字化電廠(chǎng)”的要求，承標DCS的西門(mén)子電站自動(dòng)化有限公司與華東電力設計院及承標ECS的北京四方集團多次討論、協(xié)商，提出了以下實(shí)施方案。

三．詳細方案

1．方案原理介紹

四方ECS將電氣信號就近送至各通訊管理機，由通訊管理機將硬接線(xiàn)信號轉成MODBUS信號，按RS-485通訊協(xié)議上傳至DCS。信號上傳時(shí)，由不同的通訊管理機分別處理電氣信號的A,B兩側。例如，6KV電氣系統A側的點(diǎn)由通訊管理機A處理， B側信號則由通訊管理機B處理，以達到將危險分散的目的。DCS側各DPU所在PROFIBUS總線(xiàn)按工藝系統，分別接入冗余的一對協(xié)議轉換橋(負責將MODBUS485信號轉換成PROFIBUS信號)來(lái)接收ECS 信號，完成MODBUS信號與PROFIBUS總線(xiàn)的對接，協(xié)議轉換橋相當于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GSD文件。

2．方案原理圖

協(xié)議轉換橋應用說(shuō)明

平朔項目采用了北京鼎實(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)議的接口設備連接到PROFIBUS總線(xiàn)上，使設備成為PROFIBUS總線(xiàn)的一個(gè)從站。該設備在接口RAM 中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數據區，由軟件實(shí)現PROFIBUS和MODBUS的協(xié)議轉換及數據交換。該協(xié)議轉換橋常用布置如下：

1）.協(xié)議轉換橋硬件結構

PB-B-MODBUS/232/485/V3x是智能型PROFIBUS到MODBUS-232/485的協(xié)議轉換接口。在接口RAM中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數據區，圖三中SPC3是西門(mén)子公司的PROFIBUS通信協(xié)議芯片。PROFIBUS Interface是PROFIBUS標準驅動(dòng)電路，由光隔及RS485驅動(dòng)組成。RS232 Interface是標準的RS232驅動(dòng)電路，由光隔及RS232驅動(dòng)芯片組成。CPU通過(guò)對SPC3控制實(shí)現PROFIBUS的通信并在RAM中建立PROFIBUS通信數據緩沖區。另一方面，通過(guò)RS232 Interface實(shí)現和外部 MODBUS現場(chǎng)設備的通信，同樣在RAM中建立MODBUS通信緩沖區。CPU通過(guò)兩個(gè)通信緩沖區的數據交換，實(shí)現PROFIBUS到MODBUS的通信。

2）.協(xié)議轉換橋軟件轉換原理

a.該產(chǎn)品的RAM中建立“MODBUS 報文隊列”，即MODBUS報文序列。它是用戶(hù)依據應用的要求，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數據區，PROFIBUS主站與從站的通信數據都存儲在這個(gè)數據區中。PROFIBUS通信數據分為輸入和輸出數據，都是以PROFIBUS主站為基點(diǎn)的。

c.該產(chǎn)品的RAM中建立MODBUS數據區，該接口是MODBUS主站，與MODBUS從站的通信數據都存儲在這個(gè)數據區中。 MODBUS通信數據分為輸入和輸出數據，寫(xiě)入（如 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU從站的數據為輸出數據，與PROFIBUS的輸出數據對應；從MODBUS從站讀回（如 01H、02H、03H、04H功能）的數據為 MODBUS輸入數據，與PROFIBUS的輸入數據對應。

d.CPU順序取出MODBUS報文，并將報文數據通過(guò)CPU串口發(fā)送出去。如果是“寫(xiě)（05H、06H、0FH、10H）”功能，MODBUS報文中“寫(xiě)”數據來(lái)自MODBUS數據區。

e.CPU接收MODBUS回答報文，如果是“讀（01H、02H、03H、04H等）”功能，將報文中MODBUS數據存入MODBUS數據區。

f.每當CPU完成一條MODBUS通信或一次MODBUS報文隊列掃描后，就對MODBUS 與PROFIBUS數據區數據進(jìn)行一次數據交換。

g.PROFIBUS主站通過(guò)PROFIBUS通信，完成與本接口從站PROFIBUS數據區的數據交換