九江電廠LED實時監控系統通訊鏈路優化及應用

劉經宇，齊 聰

（1.國家能源集團九江發電有限公司，江西 九江 332000；2.中國電建集團江西省電力設計院有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

國家能源集團九江發電有限公司350 MW發電機組重要的運行參數（功率、汽壓、汽溫、真空、轉速及環保SO2、NOX、粉塵等）通過LED實時監控系統進行監控，為運行人員對機組運行狀態的快速評估提供了較好的信息監控平臺。但是，原LED實時監控系統上位機采用的是組態王kingview軟件，數據從MIS系統進行實時采集，采集周期較長，有時長達3～5 s，導致數據顯示滯后，實時性較差。如何提高LED實時監控系統的數據傳輸的及時性和準確性是目前亟待解決的問題。

1 優化前監控系統通訊鏈路結構

國家能源集團九江發電有限公司350 MW發電機組的控制系統采用分散控制結構，LED實時監控系統是其中重要的子系統，它為運行人員操作提供數據支撐和幫助。監控系統的及時性和準確性主要依賴其通訊鏈路的設計[1]。

監控系統原有的通訊鏈路設計的思路：通過在DCS系統（型號：日立H5 000 M）增加通訊接口站，將機組的主要監控參數實時傳送到MIS系統，進行數據后加工處理。然后再經過MIS系統將數據傳送至LED監控系統，如圖1。

圖1 優化前通訊鏈路結構圖

顯然，這種方式的通訊鏈路，弊端是DCS系統與LED監控系統之間通訊的中間環節較多，涵蓋DCS系統以及MIS系統和LED監控系統。每套系統參數處理的方式各不相同，過程十分復雜，當任一環節出現故障時，需要排查的設備多，涉及的部門和人員多。而DCS系統與其它系統不在同一網段上，信號經過MIS系統的處理后比現場實值有較大滯后性。這給相關部門的維護人員造成了很大的困擾，而熱工的維護人員不具備通訊維護能力，分析問題、查找問題存在專業知識的欠缺和盲區，從而導致缺陷故障的延誤[2，3]。

2 監控系統通訊鏈路優化設計以及實施方案

2.1 監控系統通訊鏈路優化設計

為了簡化通訊鏈路，提高數據傳輸的及時性和效率，利用H5 000 M系統的應用軟件CoreView的基礎功能，將通訊程序和數據庫設計成一個標準平臺[4]。由于CoreView可以選配以太網（用于TCP/IP通訊及各串口卡（用于與多個串口通訊），支持多種協議（包括支持以太網TCP/IP協議，MODBUS協議等近10種），與其它具有標準協議的外部系統直接交換信息。各系統的不同通訊程序作為可選軟件模塊，這些可選的軟件模塊可針對不同的通訊協議進行設計，在實際使用時，只要根據自身的需求將不同軟件模塊類似搭積木的方式直接連接到標準平臺即可。這樣，就可以充分利用H5000M系統自帶的通訊功能實現DCS系統至LED監控系統的直接通訊，使原通訊鏈路環節得到極大的簡化，數據采集周期減少到了1 s之內，完全滿足了實時監控的需求，如圖2。

圖2 優化后通訊鏈路結構圖

2.2 監控系統通訊鏈路優化實施方案及調試

由于LED監控系統需要同時接收兩臺機組DCS系統的數據，必須在DCS系統與LED監控系統上位機之間施放了2根雙絞線，繞開接口站、MIS等外部系統；LED上位機RS485端口不夠用，則新增USB轉RS485轉換器，通過轉換器增加成2路RS485端口；DCS系統的計算機僅有RS232端口，則新增RS232轉RS485轉換器，由此實現MODBUS總線所需的物理性連接。

在DCS系統側利用CVModbus接口功能（接口方式為RTU主站，波特率9600，無奇偶校驗）指定一臺操作員站為數據站，同時新增對LED監控系統上位機的通訊組態，在H5000M系統傳送點定義畫面中（界面右側上端區域顯示當前的接口號，數據站，從站地址、接口方式等[2]。中間區域使用不同的選項卡定義各個功能碼的通訊點。傳送點應該定義在哪個功能碼中，需要跟通訊對方商定。在此H5000M系統在功能碼06對需傳送信號單點置數組態）根據需要對上傳的測點進行塊號與地址的定義即完成DCS系統側的設置。

LED監控系統仍利用原來的設備以及軟件，僅在組態王軟件上進行部分設置修改。首先定義新的外部設備“新IO設備”，在“設備驅動”里選擇"PLC"->"莫迪康"->"Modbus RTUServer"->"COM"，然后按照提示進行選擇，最后彈出新增COM口的串口參數設置，按照模塊的串口通信參數進行設置。如圖3所示。

需注意的是：

1）由于組態王里面的COM口的默認參數是校驗位偶校驗，而DCS系統側設備為無校驗，這里必須要修改過來，否則會通信失敗，通信方式為RS-485。

2）設備地址設置為1:100（由于是RTUServer方式，地址格式 Address:ReceiveTime，Address:1-255，ReceiveTime:0-100接收數據時間）。

圖3 LED監控系統新增設備操作界面

LED監控系統完成硬件組態后進行數據庫的組態：選擇"數據庫"->"數據詞典"之后點擊右邊的"新建"，按照圖四填寫相應參數，變量名以及變量描述依據自己的定義填寫，由于采集的是模擬量信號，所以在此變量類型可設定為"I/O實數"，數據類型我們設置為"ushort"。寄存器選擇：R1（每個測點定義一個獨立的寄存器地址）。如圖4所示。

圖4 LED監控系統硬件組態圖

打開組態王開發系統，新建畫面，關聯相關變量，在此我們選擇的值輸出為"模擬值輸出"，最后進入view界面，打開畫面，就可以看到從模擬量輸入模塊上采集的對應數值。

完成數據庫以及畫面組態后，進行系統聯調，H5 000 M系統Modbus數據查看工具用于調試或者通訊鏈路中的數據查看，使用該工具可以確認DCS系統組態的正確性和通訊數值的正確性。

3 監控系統通訊鏈路優化調試遇到的問題及解決方法

在監控系統通訊鏈路優化調試工程中，通常會遇到下列問題及相應的解決方法：

1）在組態王設備驅動設置過程中，"Modbus RTUServer"的設備地址一項填寫常發“格式錯誤”提示。通過系統幫助地址格式不是單純的0~255，而是Address:ReceiveTime。即1:100。

2）組態王畫面上顯示的數據不正常。組態王中定義的寄存器地址跟實際設備不一致導致。DCS側Modbus地址是從0開始的，而組態王Modbus協議驅動寄存器地址是從1開始的，遇到這種情況時在組態王中定義變量時，寄存器地址要進行加1處理。

3）組態王軟件數據詞典中最大原始值和最大值定義不當。會導致畫面看到的數據和實際設備不一致。

4）DCS側Modbus數據類型選擇錯誤，模擬量支持9種數據類型，其中包括有符號整型，無符號整型。在開始組態時，錯誤的選擇了“有符號整型”，造成傳送到LED顯示的數值顯示0或1。

5）存在小數點位數的數值，在LED屏幕中無法顯示出小數點后面的數值。由于DCS側數據類型為無符號整型，通過在DCS系統側調整增益的方式，將實際數據擴大至一定的倍數，將需要顯示的小數位涵蓋其中，然后在組態王中將相應的參變量縮小同等倍數。

6）機組真空以及爐膛壓力信號等為負數時無法顯示出來，原因為寄存器數值超出0~65535，導致系統無法識別。通過在DCS系統側以增益及偏移的方式，將實際數據縮小至一定的倍數，然后在組態王中將相應的參變量適當擴大。經過試驗，最終確定DCS側，真空增益10、偏移2000；爐膛負壓：增益1000、偏移2000。在組態王側：真空的表達式：（\本站點、真空-2000）/10），爐膛壓力表達式：（\本站點、爐膛壓力-2000）*1）。

4 優化應用情況

國家能源集團九江發電有限公司350 MW發電機組DCS系統至LED監控系統的通訊鏈路優化完成后，經過一段時間的運行，數據傳輸通訊性能及故障率都得到了很大的提高，具體表現在：

1）LED實時監控系統的數據傳輸的及時性和準確性都得到了很大的提高。傳輸速率由原來的3～5 s縮短至1 s以內；數據準確性由原來的70%左右提高到90%以上。

2）故障率下降：通訊環節簡化前，通訊故障平均每個月發生2次左右。自優化實施完成后，通訊故障至今僅出現過1次。

3）簡化系統流程，查找故障點便捷，縮短了處理周期：整套監控系統均歸屬同一個維護部門，不存在跨專業的問題即不存在知識盲點，系統的運行流程清晰，容易查找故障點。

4）網絡安全得到了提升。優化后的監控系統僅從DCS系統讀取數據并進行顯示，不存在與其它系統的數據交換。改造后，系統使用靈活，DCS系統的維護人員可以根據運行人員的要求，自行完成對DCS系統以及大屏上位機的組態以及修改，不影響其它設備的安全運行。

5 結語

結合本次優化后產生的效果，國家能源集團九江發電有限公司350 MW發電機組LED實時監控系統通訊鏈路的優化不僅提高了系統性能，而且降低系統故障率，減輕維護人員的勞動強度，取得了良好的效果。