LC通訊在鄒縣電廠 1000MW超臨界機組中的應用

姚秀娟,劉三

(華電國際鄒縣發電廠,山東 鄒城 273522)

1 機組 LC通訊概述

華電國際鄒縣發電廠(以下簡稱鄒縣電廠)在1000MW超臨界機組中首次采用了 LC(Link Controller)通訊。相對于傳統的硬接線,LC通訊在不同控制系統之間提供了信號連接的另一途徑,可以實現控制系統之間任意信號和大批量信號的交換。

鄒縣電廠設計 2臺 1000MW超臨界機組,廠內編號為#7機組和#8機組。主控制系統分散控制系統(DCS)采用美國愛默生公司的 OVATION 3.0系統,給水泵汽輪機電液控制系統(MEH)采用德國西門子公司的 WOODWARD 505系統,每臺小機配置1套 WOODWARD 505裝置、1套超速保護裝置,采用 3個獨立的轉速探頭經過 3塊獨立卡件三取二后參與保護,小機跳閘保護系統 METS納入 DCS進行控制。同時,該系統設有與機組 DCS之間的冗余通訊接口(LC通訊)和必要的硬接線,可在機組 DCS的操作員站上完成 MEH系統的操作和監視。

大機的DEH控制系統采用日立公司的 HIACS-5000M系統,該系統設有與機組 DCS之間的冗余通訊接口(LC通訊)和必要的硬接線,可實現在機組DCS的操作員站上完成 DEH系統的操作和監視。

OVATION系統 LC通訊協議為 OVATION系統LC卡件(通常被稱為 RLC卡件)與 1個或者多個外部設備之間建立通訊。

鄒縣電廠 1000MW超超臨界機組 LC通訊用在小機 MEH與 DCS之間、大機 DEH與 DCS之間、電氣與 DCS之間。下面以小機 MEH與 DCS的 LC通訊為例做介紹。

2 接線

小機 MEH與 DCS的 LC通訊接口形式為:DCS側為 RS422,MEH側為 RS422,中間采用 2個RS422/RS422轉換器進行信號轉換。通訊接口協議為MODBUS。

通訊連接方式為:DCS側 LC卡件上的 1個MODBUS口通過 1個 RS422/RS422轉換器連接到MEH側的 1個通訊口上(PART#1);另一個 LC卡件上的 1個 MODBUS口通過 1個 RS422/RS422轉換器連接到 MEH側的另一個通訊口上(PART#2)。

DCS側的 LC卡件為主(Master),MEH側為輔(Slaves),OVATION系統的 LC通訊都是 OVATION側的 LC卡件為主 (Master),外部設備為輔(Slaves)。所謂通訊為主(Master),是指為主(Master)的一方不需要另一方的任何指令信息,就可以往另一輔(Slaves)方發送數據,另一輔(Slaves)方接收到發送指令時,接受發送來的數據。而另一輔(Slaves)方要接收到主(Master)的一方要數據的指令,才能發送數據。

DCS側的這 2塊 LC卡件在同一個 DPU機柜內,小機通訊的卡件在 DCS的22DPU內,互為冗余,分別稱之為小機主 LC通訊和小機副 LC通訊。當系統上電時,選擇主 LC卡件通訊,處于備用狀態的LC卡也從 MEH側讀取數據,但不發送數據。

當系統檢測到主LC卡件通訊故障且沒有副LC卡件通訊故障時,則切換為副 LC卡件通訊,反之亦然。這種故障狀態下的切換是通過 OVATION系統內設置邏輯來實現的。

2.1 DCS側 LC卡與 RS 422/422轉換器之間接線

R+接 TX1+;R-接 TX1-;T+接 RX 1+;T-接RX1-。

2.2 MEH側 RS 422/422轉換器之間接線

505上有 3個串行通信端口。端口 1和端口 2用于 Modbus通信,可組態為 RS-232,RS-422或RS-485通信。從位于 505背面的端子板可接觸到端口 1和端口 2。RS-422和 RS-485通信線路有效長度為 1 219m。端口 3使用 9引腳 Sub-D接頭,專用于上傳和下載工廠的機組組態值。

從通信端口不能調用編程方式,必須從調速器面板上的鍵盤進行程序組態。

505調速器用 ASCII或 RTU Modbus傳輸協議通過 RS-232,RS-422,RS-485能與 2個裝置通信,通信端口通過端子板接線。每種通信方式的接線端子各不相同,接下來對每種方式所需的端子連接進行介紹。

2.2.1 RS-232接線

RS-232鏈路有效范圍不超過 15m。505調速器的 RS-232接線使用端子板 114-117和 106-109。圖 1所示為典型的 RS-232通信連接方案。傳輸數據(TXD)、接收數據(RXD)和信號接地(SIG GND)必須按圖 1所示正確連接,而且應至少連接 1處屏蔽(SHLD)。

2.2.2 RS-422接線

圖1 典型的 RS-232通信布置

RS-422通信接口的優點在于它使用差動電壓,從而保證有效的傳輸距離更長。1路 RS-422鏈路的有效通信距離可達1219m。505調速器的RS-422連接使用端子板 108-113和 116-121,圖 2所示為典型的 RS-422通信連接。傳輸數據對 (422T+和422T-)、接收數據對(422R+和 422R-)及信號接地(SIG GND)必須按圖 2所示正確連接,而且應至少連接 1處屏蔽(SHLD)。Modbus網絡鏈路中的最后一臺裝置(也只有這臺裝置),應將其接收器用 1個電阻器端接。505調速器有內置端接電阻器。2.2.3 RS-485接線

RS-485通信的傳輸距離也可達到 1 219m。505調速器的 RS-485連接使用端子板 108-111和116-119。圖 3所示為典型的 RS-485通信連接方式。數據線(422R+/485+和 422R-/485-)及信號接地(SIG GND)必須采取如圖 3所示正確連接,而且應至少連接 1處屏蔽(SHLD)。Modbus網絡鏈路的最后一臺裝置(也只有這臺裝置),應將其接收器用 1電阻器端接。505調速器有內置的端接電阻器。

505的所有 3個通信端口與接地完全隔離。RS-422和 RS-485技術規范要求:如果 2臺裝置之間沒有其他接地路徑,則需要使用接地線。建議對已隔離端口采用在連接線路接地的接地電纜中單獨安裝 1根接線。將屏蔽至少 1處接地,如圖 4所示。

圖4 用單獨信號接地線多點接線的推薦方案

未隔離節點可能沒有信號接地,如果沒有信號接地,則使用另一種接線方案,如圖 5所示。該方案采用將隔離節點的所有線路接地連接至屏蔽,然后再將屏蔽在一非隔離節點處接地。

圖5 用單獨信號接地線多點接線的第 2種方案

小機 MEH側與 DCS側實際接線如圖 6所示。

3 組態

在 MEH側有關通訊的組態見表 1。

在 OVATION系統中,關于與 PLC通訊的設置有 2部分,一部分在 LC卡中,一部分在控制器(DPU)中。

(1)LC卡中的組態。LC卡件的設置需要 1臺運行 DOS5.0的 PC機,通過串行口連接 LC卡,對LC卡進行設置。連接 LC卡與 PC機之間串口電纜接線如下:兩端 9針 FEMALE接頭

表1 MEH側通訊的組態

在 LC卡中必須包含以下 3個文件:mod.grp;autoexec.bat;dlmodbus.exe。

其中,autoexec.bat包含以下內容:

set No87=No_87

dlmodbus.exe

調試初期,#7機組 DCS與小機 MEH的通訊曾經出現中斷的情況。小機的通訊是冗余配置的,當一路通訊中斷時沒有自動切換到另一路通訊上。沒有自動切換的原因是原有的配置文件設定和切換邏輯不完善。后來經過大量的試驗和摸索,對原有的配置文件和切換邏輯進行了修改。

圖6 小機 505側與DCS側實際接線

所有有關 LC卡的設置主要是對 LC卡中的meh.cfg文件進行修改,目前,#7機組小機通訊 LC卡中的配置文件 meh.cfg如下(黑斜體部分為修改的部分):

##RLC Link Controller Modbus interface configuration

file

#

# DPU 22/72

#

/FILE:title=“RLCOVATION＜-＞Tubine Feed

water”,

platform=RLC,

LinkType=485,

baud=19200,

databits=8,

parity=none,

stopbits=1,

watchdogtime=3.0,

statusholdtime=2.1,

qlcstatusreg=48,/通訊狀態寄存器地址

controlreg=D0064,/控制LC卡狀態寄存器的地址

ExecutedOnceReg=D0040,/LC卡狀態寄存器地址

intermessagedelay=0,

retries=1,/重試次數

backupmodeaction=Read_on ly/設定LC卡處于備用狀態時的工作方式

/GROUP:name=“OVATION＜-＞MEH”,

number=1,

operation=PERIODIC,

Interval=0

D0101,FSC,1,0002;DO從 DCS輸出到 MEH

D0102,FSC,1,0004

D0103,FSC,1,0005

D0104,FSC,1,0008

D0105,FSC,1,0009

D0106,FSC,1,0014

D0107,FSC,1,0015

D0108,FSC,1,0016

D0110,RIS,1,0000;DI從 MEH輸出到 DCS

D0111,RIS,1,0001

D0112,RIS,1,0002

D0113,RIS,1,0014

D0114,RIS,1,0015

D0115,RIS,1,0039

D0116,RIS,1,0040

D0117,RIS,1,0041

D0118,RIS,1,0042

D0119,RIS,1,0043

D0120,RIS,1,0044

D0121,RIS,1,0045

D0122,RIS,1,0101

I0001,RIR,1,0003,uint16;AI從 MEH輸出到DCS

I0002,RIR,1,0006,uint16

I0003,RIR,1,0025,uint16

I0004,RIR,1,0030,uint16

I0005,RIR,1,0048,uint16

I0006,RIR,1,0049,uint16

I0007,PSR,1,0000,uint16;

復位 MODBUS寄存器 meh.cfg文件主要分成 2個部分:第 1部分配置系統的通訊組態,包括設置連接方式為 RS485形式、通訊速率、奇偶效驗、通訊字長度、通訊冗余的形式以及通訊過程中專用特殊位的設置等;第 2部分分別定義了數字量輸出、模擬量輸入的 DCS與 MEH之間地址的映射表。

按照這個設置,2個 LC卡之間,其中一塊處于工作狀態和小機進行數據的交換和通訊,另一塊卡處于備用狀態,也在和小機通訊,但只讀小機的數據,不會有指令輸出。LC卡的狀態是由#64寄存器(Controlreg)來決定的,當#64寄存器的值被設為 1時,LC卡就處于工作狀態,#8 LED燈亮,LC卡狀態寄存器(ExecutedOnceReg)的值為 1。當#64寄存器的值被設為 0時,LC卡就處于備用狀態,#8 LED燈不亮,LC卡狀態寄存器的值為 0。同時,在 CB里做了如圖 7所示的邏輯。

用 SLCSTATUS算法塊讀取通訊狀態寄存器的值,打包點的第 1位為“1”代表通訊正常,為“0”代表通訊中斷。只要 LC卡能夠和小機正常通訊,該位就為“1”,不管 LC卡是在工作還是備用狀態,再經過 1個 RS觸發器來決定哪塊卡處于工作狀態。用 SLCDOUT算法塊將該值寫入 LC卡的#64寄存器(Controlreg)。

為了模擬現場冗余切換,用 4塊 LC卡配成2路冗余通訊來測設該套配置,其中 2塊 LC卡作為Slave端用于模擬小機 505。共做了 4次試驗:

(1)A路工作,B路備用。斷開 A路的連線,通訊切換到 B路。

(2)B路工作,A路備用。停止 B路 Slave端的程序,通訊中斷切換到 A路。

圖7 DCS與 MEH通訊邏輯無擾切換邏輯

(3)A路工作,B路備用。拔掉 A路 Slave端的LC卡,通訊中斷切換到 B路。

(4)B路工作,A路備用。拔掉 B路 Master端的 LC卡,通訊中斷切換到 A路。

4 結束語

在現場,DCS側與小機 MEH的 LC通訊建立起來后,通過冗余切換試驗,證明了 LC通訊的冗余切換功能是可靠的。

[1]張建創.北侖電廠 1號機組 PLC系統與 DCS通訊接口詳析[C]//首屆長三角科技論壇——能源科技分論壇論文集.杭州:浙江省科學技術協會,2004.

[2]費敏銳,郎文鵬.開放型工業控制技術及系統[M].上海:上海大學出版社,2000.