一．項目介紹

平朔煤矸石電廠二期擴建工程（2×300MW循環流化床直接空冷機組）位于山西省朔州市區以北約20Km安太堡露天煤礦礦區內，引進ALSTOM公司CFB鍋爐技術國內生產的300MW循環流化床鍋爐，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，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發展歷史可以發現，主流進口DCS控制系統與外系統MODBUS信號通訊多采用外系統MODBUS信號—>DCS相應通訊處理模件—>DCS工廠總線（下層網）—>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監視，當然也可以用來做一些外圍系統簡單邏輯，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，再按工藝系統通過通訊電纜送至DCS各DPU處理，將大大節省電氣電纜的敷設量，節約電廠建設成本。根據平朔電廠業主建設“數字化電廠”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，分別接入冗余的一對協議轉換橋(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，協議轉換橋相當于PROFIBUS總線上的一個DP從站。北京鼎實科技創新有限公司提供相應GSD文件。

2．方案原理圖

3．協議轉換橋應用說明

平朔項目采用了北京鼎實科技創新有限公司生產的PB-B-MM/485/V3.3協議轉換橋，該接口是PROFIBUS總線橋系列中的產品，可將具有RS232/485、CAN及MODBUS等專用通信協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映射數據區，由軟件實現PROFIBUS和MODBUS的協議轉換及數據交換。該協議轉換橋常用布置如下：

1）.協議轉換橋硬件結構

PB-B-MODBUS/232/485/V3x是智能型PROFIBUS到MODBUS-232/485的協議轉換接口。在接口RAM中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數據區，圖三中SPC3是西門子公司的PROFIBUS通信協議芯片。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PROFIBUS的通信并在RAM中建立PROFIBUS通信數據緩沖區。另一方面，通過RS232 Interface實現和外部 MODBUS現場設備的通信，同樣在RAM中建立MODBUS通信緩沖區。CPU通過兩個通信緩沖區的數據交換，實現PROFIBUS到MODBUS的通信。

2）.協議轉換橋軟件轉換原理

a.該產品的RAM中建立“MODBUS 報文隊列”，即MODBUS報文序列。它是用戶依據應用的要求，在PROFIBUS主站配置該接口產品時，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品的RAM中。
b.該產品的RAM中建立PROFIBUS數據區，PROFIBUS主站與從站的通信數據都存儲在這個數據區中。PROFIBUS通信數據分為輸入和輸出數據，都是以PROFIBUS主站為基點的。
c.該產品的RAM中建立MODBUS數據區，該接口是MODBUS主站，與MODBUS從站的通信數據都存儲在這個數據區中。 MODBUS通信數據分為輸入和輸出數據，寫入（如 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU從站的數據為輸出數據，與PROFIBUS的輸出數據對應；從MODBUS從站讀回（如 01H、02H、03H、04H功能）的數據為 MODBUS輸入數據，與PROFIBUS的輸入數據對應。
d.CPU順序取出MODBUS報文，并將報文數據通過CPU串口發送出去。如果是“寫（05H、06H、0FH、10H）”功能，MODBUS報文中“寫”數據來自MODBUS數據區。
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數據存入MODBUS數據區。
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數據區數據進行一次數據交換。
g.PROFIBUS主站通過PROFIBUS通信，完成與本接口從站PROFIBUS數據區的數據交換。

3）.接線和跳線

當PB-B-MODBUS/485/V32位于RS-485總線終端時，應在協議轉換橋接線端子A-和TA 間及B+、TB 間各外接短接線，以便將內置的終端電阻接入總線，通過轉動協議轉換橋上的撥碼開關來設置它作為DP從站的地址。ECS送DCS通訊雙絞線的數據線A-、數據線B+、屏蔽線分別接下圖的A-、B+、PE。

4).軟件組態

平朔電廠采用的是西門子電站自動化有限公司近年新推出的SPPA-T3000控制系統。該系統繼承了西門子產品一貫的上手簡單，功能強大的特點，集成了大量通用功能塊，組態十分方便。具體組態過程如下：

a. 將協議轉換橋制造商提供的標準GSD文件倒入T-3000系統，使系統識別該設備。
b. 根據項目用到的協議轉換橋的實際配置進行組態，在相應功能塊中配置與ECS從站對應的波特率、從站號等MODBUS參數。組態上送的相應的通訊點。
c. 根據鼎實公司提供的使用說明書，各協議轉換橋啟動報文的控制字的前三位分別代表“啟動MODBUS掃描”，“讀允許”和“寫允許”，需在T3000相應通訊塊中將這三位置成“1”，保證MODBUS通訊的正常啟動。
d. 生成代碼并下載至各DPU,激活相應程序。

5）冗余切換

協議轉換橋采用冗余配置，分別接收來自ECS的兩路完全一樣的信號。ECS負責給每個MODBUS從站提供一個通訊“心跳”信號，即一個以1s左右頻率在“0”，“1”之間不斷變化的開關量信號。當某一路通訊中斷，DCS保持最后一次有效通訊值，當檢測不到心跳信號超過10s，通過軟件將通訊自動切為另外一路，同時發出報警。若另外一路也故障，則保持最后一次有效通訊值，并發出兩路通訊都中斷的報警。

6）設備上電和狀態燈顯示

確認協議轉換橋24V電源及極性的連接，檢查地址撥碼開關，如果PROFIBUS主站已配置好本接口從站，應連接PROFIBUS插頭，接通24V電源，電源指示燈POWER燈（綠色）亮，PROFIBUS通信故障燈PBFAL（紅色）亮，表明PROFIBUS主站與本接口連接失敗，檢查PRFOIBUS電纜及插頭和PROFIBUS主站中對本接口的配置。如果PROFIBUS通信故障燈PBFAL（紅色）滅，并且PROFIBUS 通信狀態燈PBOK（黃色）亮，說明PROFIBUS主站已經和本接口從站建立數據通信，PROFIBUS一側已連通。當ECS從站正常上傳信號后，協議轉換橋上的收發燈將會交替閃爍，代表通訊正常。

7）一個重要的注意事項（配置從站最大報文條數）

PB-B-MM/V33型產品與原有V32型產品的不同之處是增加了對從站的狀態監測功能，即在字節插槽的最末位置配置了MODBUS從站的狀態監測表。由于監測表也要占用PROFIBUS中一定量的用戶參數字節，這就減少了插入從站的報文條數。所以PB-B-MM/V33配置的報文除了要求最大插槽數為39個，輸入/輸出最大字節總數不超過232個外，還與總的用戶參數字節數有關。在使用不同的“有從站狀態監測類型”時所能配置的最大從站報文條數是不相同。通過咨詢北京鼎實科技創新有限公司技術支持人員并結合實際應用經驗，筆者對所有“有從站狀態監測類型”作出歸納以供參考，具體報文條數見下表：

四.現場應用情況及總結

平朔煤矸石電廠3、4號機按不同工藝系統，共通訊28路ECS上送從站信號，計5000多點，公用系統共通訊9路ECS上送從站信號，約1000點，測點類型包括開關量輸入，開關量輸出，模擬量輸入，模擬量輸出。實踐證明，采用此種方案，DCS與ECS通訊穩定，測點反應速度完全滿足運行要求，機組運行情況良好。既大大節省了電氣電纜的敷設量，節省了電廠建設成本，又不影響機組運行的實時性和穩定性，實現了業主建設“數字化電廠”的初衷。