MODBUS信號與PROFIBUS總線通訊方案介紹

一．項目介紹

平朔煤矸石電廠二期擴建工程（2×300MW循環(huán)流化床直接空冷機組）位于山西省朔州市區(qū)以北約20Km安太堡露天煤礦礦區(qū)內，引進ALSTOM公司CFB鍋爐技術國內生產(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采用西門子電站自動化有限公司SPPA-T3000控制系統(tǒng)，為目前國內同類型電廠中最大機組。3、4號機分別于2009年6月6日和8月7日順利通過168試運行。

二．方案初衷介紹

縱觀國內火電廠集散控制系統(tǒng)發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，主流進口DCS控制系統(tǒng)與外系統(tǒng)MODBUS信號通訊多采用外系統(tǒng)MODBUS信號—>DCS相應通訊處理模件—>DCS工廠總線（下層網(wǎng)）—>相應DPU處理單元—DCS服務器的方式。這種方式常用來把就地MODBUS信號，如IDAS、電氣模擬量等送DCS監(jiān)視，當然也可以用來做一些外圍系統(tǒng)簡單邏輯，方便運行人員的操作。其缺點也是顯而易見的，那就是MODBUS信號經(jīng)過層層轉換，繞了一個大圈才送到DCS服務器處理，帶有一定的滯后性，在國內一些電廠，這種滯后甚至達到好幾秒鐘，嚴重影響了運行操作、監(jiān)視的實時性。如果能解決安全、實時這兩個問題，把大部分電氣信號先轉成MODBUS信號，再按工藝系統(tǒng)通過通訊電纜送至DCS各DPU處理，將大大節(jié)省電氣電纜的敷設量，節(jié)約電廠建設成本。根據(jù)平朔電廠業(yè)主建設“數(shù)字化電廠”的要求，承標DCS的西門子電站自動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信號轉成MODBUS信號，按RS-485通訊協(xié)議上傳至DCS。信號上傳時，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(tǒng)A側的點由通訊管理機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總線按工藝系統(tǒng)，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)來接收ECS 信號，完成MODBUS信號與PROFIBUS總線的對接，協(xié)議轉換橋相當于PROFIBUS總線上的一個DP從站。北京鼎實科技創(chuàng)新有限公司提供相應GSD文件。

2．方案原理圖

協(xié)議轉換橋應用說明

平朔項目采用了北京鼎實創(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總線橋系列中的產(chǎn)品，可將具有RS232/485、CAN及MODBUS等專用通信協(xié)議的接口設備連接到PROFIBUS總線上，使設備成為PROFIBUS總線的一個從站。該設備在接口RAM 中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數(shù)據(jù)區(qū)，由軟件實現(xiàn)PROFIBUS和MODBUS的協(xié)議轉換及數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)區(qū)，圖三中SPC3是西門子公司的PROFIBUS通信協(xié)議芯片。PROFIBUS Interface是PROFIBUS標準驅動電路，由光隔及RS485驅動組成。RS232 Interface是標準的RS232驅動電路，由光隔及RS232驅動芯片組成。CPU通過對SPC3控制實現(xiàn)PROFIBUS的通信并在RAM中建立PROFIBUS通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。另一方面，通過RS232 Interface實現(xiàn)和外部 MODBUS現(xiàn)場設備的通信，同樣在RAM中建立MODBUS通信緩沖區(qū)。CPU通過兩個通信緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)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。它是用戶依據(jù)應用的要求，在PROFIBUS主站配置該接口產(chǎn)品時，由菜單選擇后自動形成，并在主站與該接口連接時傳送到該產(chǎn)品的RAM中。

b.該產(chǎn)品的RAM中建立PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)，PROFIBUS主站與從站的通信數(shù)據(jù)都存儲在這個數(shù)據(jù)區(qū)中。PROFIBUS通信數(shù)據(jù)分為輸入和輸出數(shù)據(jù)，都是以PROFIBUS主站為基點的。

c.該產(chǎn)品的RAM中建立MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)，該接口是MODBUS主站，與MODBUS從站的通信數(shù)據(jù)都存儲在這個數(shù)據(jù)區(qū)中。 MODBUS通信數(shù)據(jù)分為輸入和輸出數(shù)據(jù)，寫入（如 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU從站的數(shù)據(jù)為輸出數(shù)據(jù)，與PROFIBUS的輸出數(shù)據(jù)對應；從MODBUS從站讀回（如 01H、02H、03H、04H功能）的數(shù)據(jù)為 MODBUS輸入數(shù)據(jù)，與PROFIBUS的輸入數(shù)據(jù)對應。

d.CPU順序取出MODBUS報文，并將報文數(shù)據(jù)通過CPU串口發(fā)送出去。如果是“寫（05H、06H、0FH、10H）”功能，MODBUS報文中“寫”數(shù)據(jù)來自MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)。

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(shù)據(jù)存入MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)。

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(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)進行一次數(shù)據(jù)交換。

g.PROFIBUS主站通過PROFIBUS通信，完成與本接口從站PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)交換