基于Modbus通訊協議的LC卡在電廠中的應用

謝 松，李西亮

（寧夏棗泉發電有限責任公司，銀川 750409）

0 引言

寧夏棗泉電廠2×660MW超超臨界火電機組DCS采用艾默生過程控制有限公司的Ovation控制系統，軟件版本號3.5.1，控制器型號OCR1100。Ovation提供了基于Modbus通訊協議的鏈路控制器模塊，以下簡稱LC卡，允許第三方設備或系統以串行數據通訊的方式連接到Ovation控制系統。寧夏棗泉電廠的IDAS壁溫、干式電除塵控制、集控室LED大屏均通過LC卡接入DCS。本文擬從IDAS智能前端配置、LC卡參數配置、DCS邏輯組態、常見問題及原因分析4個方面闡述LC卡在電廠中的應用。

表1 Modbus功能碼及作用對照表Table 1 Modbus function codes and function comparison table

1 Modbus通訊協議[1]簡介

Modbus通訊協議由MODICON公司于1979年開發，是一種工業現場總線協議標準。Modbus通訊協議是一項應用層報文傳輸協議，包括ASCII、RTU、TCP三種報文類型。標準的Modbus通訊協議物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網接口，采用master/slave方式通信。本文介紹的LC卡通訊使用的Modbus RTU報文類型和RS485接口、常用Modbus功能碼及作用見表1。

2 IDAS智能前端配置

IDAS智能前端[2]需要設置從站地址、傳輸波特率、每個通道的信號類型，當輸入信號為熱電偶時還要設置冷端補償方式：恒溫補償、自動補償、具體通道補償。傳輸數據格式為2字節16位帶符號整數，且在數據傳輸過程中默認將數值放大20倍后以整型數值進行傳輸，DCS側讀取到數值后再乘以0.05轉化為實際壁溫數值，這樣既能保證溫度測量精度為0.05℃，又能減少LC卡的數據寄存器占用。

智能前端具有雙網冗余功能，每臺前端的CPU內有兩個可同時工作的UART，AB兩條總線分別送至兩塊LC卡，可以同時并行工作，極大地提高了總線型網絡的可靠性。

智能前端通訊參數：通訊方式為半雙工異步通訊；網絡冗余為雙Modbus總線，可同時通訊；接口類型為RS485；通訊協議為Modbus RTU；主從關系為DCS為主站，智能前端為從站；通訊波特率為9600Kbps；數據格式為起始位1/數據位8/停止位1/無奇偶校驗。

3 LC卡參數配置[3]

3.1 配置文件內容

主要包括兩部分：通訊參數和寄存器地址映射關系。通訊參數與第三方設備相匹配。寄存器地址映射關系中I0000表示LC卡的寄存器地址，address 0000表示智能前端的寄存器地址，data_type INT16表示數據類型為帶符號整數。

platform RLC # LC卡類型

baud 9600 # 通訊波特率

data_bits 8 # 數據位

parity None # 無奇偶校驗

stop_bits 1 # 停止位

duplex half # 半雙工通訊方式

flow_ctl rts_on_tx # 流控方式

link_stat_reg 700 # 鏈接

status_hold_time 200 # 狀態保持時間

group "AI" # 數據組名稱

operation periodic # 周期性運行方式

interval 100 # 掃描周期

slave 1 func RHR # 從站地址及讀取模擬量的功能碼

point I0000 address 0000 data_type INT16 # 模擬量地址映射關系

......

point I0020 address 0020 data_type INT16

group "DI" # 數據組名稱

operation periodic # 周期性運行方式

slave 1 func RIS # 從站地址及讀取開關量的功能碼

point D0021 address 0000 # 開關量地址映射關系

......

point D0024 address 0003

3.2 將配置文件寫入LC卡

1）將刷卡批處理文件autoexec.bat、配置文件conf.txt、Modbus通訊協議支持文件modbus.exe、刷卡執行文件rlcflash.exe拷貝至工控電腦的虛擬盤LCnameSpace。

2）用通訊電纜連接工控電腦與LC卡，并打開LC Loader軟件的Terminal程序。

3）對LC卡進行熱拔插操作，使其重啟。

4） 通過cpoy命令，將以上4個文件拷貝至LC卡存儲空間（識別為A盤），并執行rlcflash命令將配置文件寫入LC卡，配置完成后提示“FLASH ram successfully programmed”。

5）再次對LC卡進行熱拔插操作使其重啟，此時按“A”鍵即可查看報文，再次按“A”鍵停止查看。

3.3 LC卡通訊報文解讀

1）通訊報文格式[4]

主站查詢報文格式：

?

從站應答報文格式：

?

2）開關量報文

tx:01 02 00c8 0014 f9fb

解讀：主站查詢01號從站，地址200～219這20路開關量輸入的狀態。

解讀：01號從站應答回復3個字節長度的數值，將每個字節十六進制轉換為二進制，從低位到高位分別代表8個開關量的狀態，1=ON；0=OFF，其數值與地址之間的對應關系如箭頭所示。若查詢的開關量個數不是8的倍數，則在最后的數據字節中的剩余位到字節的最高位全部填0。

3）模擬量報文

tx:01 04 0000 0014 f005

解讀：主站查詢01號從站，地址0～19這20個模擬量輸入的數值。

解讀：01號從站應答回復40個字節長度的內容，每2個字節對應一個模擬量點（定義的傳輸數據格式為2字節16位帶符號整數），將十六進制轉換為十進制即為當前模擬量輸入的數值。

4 DCS邏輯組態[5]

Ovation有專門用于LC卡通訊的邏輯模塊，SLC DIN、SLC DOUT、SLC AIN、SLC AOUT分別對應開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出信號。以模擬量輸入邏輯模塊SLC AIN為例，需要配置參數：數據類型、起始寄存器地址、主LC卡硬件地址、備LC卡硬件地址、LC卡類型。

LC卡硬件地址的計算方法：查看LC卡的模件點Module Point如D10P2B1L1，將 Hareware Address（4C0DH）的最后一位D改寫為0，即4C00H。再轉換為十進制19456，即為LC卡的硬件地址。

LC卡通訊故障判斷邏輯：監視LC卡的模件點Module Point如D10P2B1L1的A2字段第2位的狀態，通訊正常時為ON，通訊異常時為OFF，增加延時時間來組態主備卡切換邏輯。

5 常見問題及原因分析

問題1：IDAS單個溫度點跳變。

原因分析：爐膛傳出部分元件因含硫煙氣中酸霧冷凝腐蝕熱電偶，導致熱電偶損壞。

問題2：單個智能前端上的全部點數據不更新，點的質量為Good，歷史趨勢為一條直線。

原因分析：智能前端斷電或智能前端損壞。由于Modbus通訊總線是多個智能前端并聯送入LC卡，故單個智能前端損壞后不會導致通訊中斷，只是數據不更新，傳輸點的質量仍是Good。

問題3：LC卡報通訊故障，多個智能前端溫度點質量變壞點。

原因分析：檢查智能前端電源電纜靠近爐頂支吊架，支吊架處溫度227℃，將電纜絕緣皮燙壞，導致電纜短路，上級電源柜空開跳閘，導致所有智能前端失電，Modbus通訊中斷，故DCS上溫度全部變壞點。

問題4：LC卡在冬季環境溫度低于0℃后通訊中斷，當環境溫度高于0℃后，LC卡通訊恢復正常。

原因分析：用Modscan32和Modsim32串口調試軟件[6]測試分別對上位機和LC卡進行通訊調試，發現LC卡現有配置支持傳輸負數，上位機不支持傳輸負數。修改上位機的配置文件后LC卡通訊恢復正常。

6 結束語

采用Modbus通訊協議方式傳輸信號的最大特點是一根通訊電纜代替了信號從就地引到電子間的電纜及其對應的控制柜和卡件，極大節省了建設成本和維護費用。缺點是通訊電纜損壞或LC卡的故障將導致整個系統數據的異常，因此這種通訊方式只適用于輔助監視參數的傳輸，不適于重要信號的傳輸。本文從IDAS智能前端配置、LC卡參數配置、DCS邏輯組態、常見問題及原因分析4個方面闡述LC卡在電廠中的應用，為其他同樣采用Ovation系統的電廠提供參考。