MODBUS協議實現脫硝系統PLC與DCS通訊

顧誠甦 吳瓊

摘 ? ?要： 本文介紹了電廠脫硝改造工程中PLC與DCS的通訊協議、配置方案，以及DCS側的組態和操作畫面設計方案。

關鍵詞： DCS ? ?PLC ? ?組態 ? ?操作畫面 ? ?方案

1.引言

氮氧化物氣體是危害最大，最難處理的大氣污染物之一。據統計，我國大氣污染物中NOX60%來自于煤的燃燒，其中，火電廠發電用煤又占了全國燃煤的70%。2000年我國火電廠氮氧化物排放量控制在500萬噸左右，按照目前排放控制水平，到2020年，氮氧化物排放量將達到1000萬噸以上[1]。面對嚴峻的環保形勢，為響應國家號召，我們可以在發電機組改造過程中增設脫硝控制設備，有效降低燃煤造成的大氣污染。

2.MODBUS協議

MODBUS協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其他設備之間可以通信。已經成為通用工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。MODBUS的幀格式簡單、緊湊，并支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。

電廠脫硝系統主邏輯由PLC控制，相關聯鎖、計算及調節邏輯均由PLC執行;為了運行人員操作方便，實現一體化控制，脫硝畫面監視和操作功能由DCS實現。PLC代替DCS對脫硝系統進行數據采集與控制，但信息要與DCS共享，并由DCS操作站實現對PLC的監控。該PLC系統支持MODBUS RTU協議，故決定采用MODBUS協議通訊的數字通訊方式，實現兩系統的互聯。目前改造后系統運行效果良好。

3.硬件連接和地址設置

MODBUS通訊協議適用于RS-232和RS-485標準接口，在實際運用中可根據現場情況選定用哪一種。RS-232只能實現一對一的連接，傳輸速率局限于20Kbps，并且存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，一般傳輸距離只有20KM左右;RS-485最多可驅動32臺設備，傳輸距離在100Kbps時可達1200m。但是RS-232也有其優點：能做到收發同時進行，效率比RS485高，且與PC機和其他通訊端口兼容性好[2]-[3]。

由于該改造項目PLC與DCS需要長距離傳輸信號，因此采用RS-485，雙向傳輸，在DCS端使用MOXA轉換器將RS-485轉換成RS-232信號。RS-485接口處采用兩線制，對方DATA+接至MOXA的DATA+，即對方DATA-接至MOXA的DATA-號。圖2為MOXA轉換器的接線示意圖。

圖1 ? ?MOXA交換器接線圖

然后通過通訊電纜將RS232上的9針串口轉換NTMP端子板上的25針串口，再由一根KTU電纜連接至MFP12主模件。NTMP端子板跳線如下圖2。

圖2 ? ?NTPM01端子板布置圖

使用該端子板下方單側接口通訊。即P6口接RS232電纜25針串口，P1口接KTU電纜連接至主模件。J1跳線見下圖3。

圖3 ? ?NTPM01端子板J1跳線圖

J3、J8、J9、J10跳線見下圖4。

圖4 ? ?NTPM01端子板J3、J9、J8、J10跳線圖

J11為空，無需跳線。J14、J15、J18跳線如下圖5：

圖5 ? ?NTPM01端子板J14、J15、J18跳線圖

當然，如果PLC設備與DCS設備之間距離不超過20m，就不需要采用RS485連接。因為經過RS485/RS232轉換器，會占用一定的轉換時間。有些時候，還會造成或多或少的通訊沖突，甚至通訊中斷。

4.MODBU通訊一般要求

PLC組態編寫完成后，應整理用于通訊的設備信息及地址，通訊信息分配點表。

PLC側設備信息包括：（1）串行口設置（DCE或者DTE設置）。（2）通訊波特率。（3）數據位數和停止位數。（4）接口的針腳。（5）奇偶校驗。（6）握手信號設置等。

每個通訊的信息點均要設置其在PLC和DCS的存儲位置及其他相關參數，即通訊信息分配點表，點表中應包括以下內容：（1）信號類型，包括Analog/Digital/SpecialAnalog。（2）信號名稱。3、信號的英文描述。（4）信號傳輸的方向，DCS→PLC或者PLC→DCS。（5）存儲地址。（6）信號傳輸的縮放比例。（7）信號的偏置設定。（8）掃描時間。我們使用KWIKEDIT軟件寫入點表，再通過DOS命令下裝至MFP主模件中。

注意：通訊信息點表中地址參數應該與實際地址一致，在下裝前應先進行檢查核對，否則會造成通訊錯位甚至中斷。（通訊信息整理見附件）

5.建立通訊中應注意的問題

（1）不要帶電插拔串口，否則串口易損壞。

（2）調試時使用測試軟件進行調試，如MODSCAN軟件，可不經過NTMP端子板和模件，直接掃描RS232串口數據是否正常，達到事半功倍的效果。

（3）在下裝組態通訊及點表之前，必須先下裝NBS文件，為通訊模件進行編碼。否則在組態下裝之后，主模件會出現C程序故障報警。

（4）DCS組態中有一頁專用設置通訊配置參數，即標準參數頁，其功能碼的塊號一般使用3000至3999。其余主邏輯中的功能碼不能使用這個區間的塊號，否則會造成通訊異常。

6.OIS操作畫面

畫面是供運行人員監視及操作的媒介，應做到符合現場實際，合理布置。我們將脫硝系統分為兩個畫面顯示：系統和操作畫面，數據顯示畫面。

系統操作畫面——3SCR，包含脫硝系統主要設備的運行狀態、重要數據顯示、故障報警，以及每個蒸汽吹灰器和聲波吹灰器的顯示和操作。（如圖6）

圖6 ? ?SCR主操作畫面

數據顯示畫面——3SCRDATA，主要包含A/B反應器內每層的參數，反應效率。蒸汽吹灰和聲波吹灰的參數和狀態。（如圖7）

圖7 ? ?SCR數據監視畫面

當然，所有畫面顯示和操作都必須在PLC與DCS通訊正常時才有效。為了脫硝設備安全可靠運行，可以在機組EWS安置一臺PLC上位機，其畫面與OIS畫面類似，以便通訊故障時運行人員應急使用。

7.結語

火力發電廠實施脫硝工程能有效減少NOX的排放，改善大氣環境。目前機組脫硝設備正常運行，脫硝控制器通訊狀況良好，運行人員操作界面清晰方便，為今后PLC與DCS通訊，集中控制遠方可編程控制器提供有效的借鑒意義。

參考文獻：

[1]杜雅麗.選擇性催化還原法脫硝控制系統論述.山西電力，2009.4.

[2]史運濤.基于Modbus協議的通訊集成技術研究.化工自動化及儀表，2010.4.

[3]陳小賓.基于Modbus協議的PLC與DCS系統集成的研究和實現，科技信息，2008.7.