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一．项目介绍

平朔煤矸石电厂二期扩建工程（2×300MW循环流化床直接空冷机组）位于山西省朔州市区以北约20Km安太堡露天煤矿矿区内，引进ALSTOM公司CFB锅炉技术国内生产的300MW循环流化床锅炉，汽轮机为上海汽轮机有限公司制造的亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、凝汽式汽轮机，DCS采用西门子电站自动化有限公司SPPA-T3000控制系统，为目前国内同类型电厂中最大机组。3、4号机分别于2009年6月6日和8月7日顺利通过168试运行。

二．方案初衷介绍

纵观国内火电厂集散控制系统发展历史可以发现，主流进口DCS控制系统与外系统MODBUS信号通讯多采用外系统MODBUS信号—>DCS相应通讯处理模件—>DCS工厂总线（下层网）—>相应DPU处理单元—DCS服务器的方式。这种方式常用来把就地MODBUS信号，如IDAS、电气模拟量等送DCS监视，当然也可以用来做一些外围系统简单逻辑，方便运行人员的操作。其缺点也是显而易见的，那就是MODBUS信号经过层层转换，绕了一个大圈才送到DCS服务器处理，带有一定的滞后性，在国内一些电厂，这种滞后甚至达到好几秒钟，严重影响了运行操作、监视的实时性。如果能解决安全、实时这两个问题，把大部分电气信号先转成MODBUS信号，再按工艺系统通过通讯电缆送至DCS各DPU处理，将大大节省电气电缆的敷设量，节约电厂建设成本。根据平朔电厂业主建设“数字化电厂”的要求，承标DCS的西门子电站自动化有限公司与华东电力设计院及承标ECS的北京四方集团多次讨论、协商，提出了以下实施方案。

三．详细方案

1．方案原理介绍

四方ECS将电气信号就近送至各通讯管理机，由通讯管理机将硬接线信号转成MODBUS信号，按RS-485通讯协议上传至DCS。信号上传时，由不同的通讯管理机分别处理电气信号的A,B两侧。例如，6KV电气系统A侧的点由通讯管理机A处理， B侧信号则由通讯管理机B处理，以达到将危险分散的目的。DCS侧各DPU所在PROFIBUS总线按工艺系统，分别接入冗余的一对协议转换桥(负责将MODBUS485信号转换成PROFIBUS信号)来接收ECS 信号，完成MODBUS信号与PROFIBUS总线的对接，协议转换桥相当于PROFIBUS总线上的一个DP从站。北京鼎实科技创新有限公司提供相应GSD文件。

2．方案原理图

3．协议转换桥应用说明

平朔项目采用了北京鼎实科技创新有限公司生产的PB-B-MM/485/V3.3协议转换桥，该接口是PROFIBUS总线桥系列中的产品，可将具有RS232/485、CAN及MODBUS等专用通信协议的接口设备连接到PROFIBUS总线上，使设备成为PROFIBUS总线的一个从站。该设备在接口RAM 中建立了PROFIBUS到MODBUS映射数据区，由软件实现PROFIBUS和MODBUS的协议转换及数据交换。该协议转换桥常用布置如下：

1）.协议转换桥硬件结构

PB-B-MODBUS/232/485/V3x是智能型PROFIBUS到MODBUS-232/485的协议转换接口。在接口RAM中建立了PROFIBUS到MODBUS映射数据区，图三中SPC3是西门子公司的PROFIBUS通信协议芯片。PROFIBUS Interface是PROFIBUS标准驱动电路，由光隔及RS485驱动组成。RS232 Interface是标准的RS232驱动电路，由光隔及RS232驱动芯片组成。CPU通过对SPC3控制实现PROFIBUS的通信并在RAM中建立PROFIBUS通信数据缓冲区。另一方面，通过RS232 Interface实现和外部 MODBUS现场设备的通信，同样在RAM中建立MODBUS通信缓冲区。CPU通过两个通信缓冲区的数据交换，实现PROFIBUS到MODBUS的通信。

2）.协议转换桥软件转换原理

a.该产品的RAM中建立“MODBUS 报文队列”，即MODBUS报文序列。它是用户依据应用的要求，在PROFIBUS主站配置该接口产品时，由菜单选择后自动形成，并在主站与该接口连接时传送到该产品的RAM中。
b.该产品的RAM中建立PROFIBUS数据区，PROFIBUS主站与从站的通信数据都存储在这个数据区中。PROFIBUS通信数据分为输入和输出数据，都是以PROFIBUS主站为基点的。
c.该产品的RAM中建立MODBUS数据区，该接口是MODBUS主站，与MODBUS从站的通信数据都存储在这个数据区中。 MODBUS通信数据分为输入和输出数据，写入（如 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU从站的数据为输出数据，与PROFIBUS的输出数据对应；从MODBUS从站读回（如 01H、02H、03H、04H功能）的数据为 MODBUS输入数据，与PROFIBUS的输入数据对应。
d.CPU顺序取出MODBUS报文，并将报文数据通过CPU串口发送出去。如果是“写（05H、06H、0FH、10H）”功能，MODBUS报文中“写”数据来自MODBUS数据区。
e.CPU接收MODBUS回答报文，如果是“读（01H、02H、03H、04H等）”功能，将报文中MODBUS数据存入MODBUS数据区。
f.每当CPU完成一条MODBUS通信或一次MODBUS报文队列扫描后，就对MODBUS 与PROFIBUS数据区数据进行一次数据交换。
g.PROFIBUS主站通过PROFIBUS通信，完成与本接口从站PROFIBUS数据区的数据交换。

3）.接线和跳线

当PB-B-MODBUS/485/V32位于RS-485总线终端时，应在协议转换桥接线端子A-和TA 间及B+、TB 间各外接短接线，以便将内置的终端电阻接入总线，通过转动协议转换桥上的拨码开关来设置它作为DP从站的地址。ECS送DCS通讯双绞线的数据线A-、数据线B+、屏蔽线分别接下图的A-、B+、PE。

4).软件组态

平朔电厂采用的是西门子电站自动化有限公司近年新推出的SPPA-T3000控制系统。该系统继承了西门子产品一贯的上手简单，功能强大的特点，集成了大量通用功能块，组态十分方便。具体组态过程如下：

a. 将协议转换桥制造商提供的标准GSD文件倒入T-3000系统，使系统识别该设备。
b. 根据项目用到的协议转换桥的实际配置进行组态，在相应功能块中配置与ECS从站对应的波特率、从站号等MODBUS参数。组态上送的相应的通讯点。
c. 根据鼎实公司提供的使用说明书，各协议转换桥启动报文的控制字的前三位分别代表“启动MODBUS扫描”，“读允许”和“写允许”，需在T3000相应通讯块中将这三位置成“1”，保证MODBUS通讯的正常启动。
d. 生成代码并下载至各DPU,激活相应程序。

5）冗余切换

协议转换桥采用冗余配置，分别接收来自ECS的两路完全一样的信号。ECS负责给每个MODBUS从站提供一个通讯“心跳”信号，即一个以1s左右频率在“0”，“1”之间不断变化的开关量信号。当某一路通讯中断，DCS保持最后一次有效通讯值，当检测不到心跳信号超过10s，通过软件将通讯自动切为另外一路，同时发出报警。若另外一路也故障，则保持最后一次有效通讯值，并发出两路通讯都中断的报警。

6）设备上电和状态灯显示

确认协议转换桥24V电源及极性的连接，检查地址拨码开关，如果PROFIBUS主站已配置好本接口从站，应连接PROFIBUS插头，接通24V电源，电源指示灯POWER灯（绿色）亮，PROFIBUS通信故障灯PBFAL（红色）亮，表明PROFIBUS主站与本接口连接失败，检查PRFOIBUS电缆及插头和PROFIBUS主站中对本接口的配置。如果PROFIBUS通信故障灯PBFAL（红色）灭，并且PROFIBUS 通信状态灯PBOK（黄色）亮，说明PROFIBUS主站已经和本接口从站建立数据通信，PROFIBUS一侧已连通。当ECS从站正常上传信号后，协议转换桥上的收发灯将会交替闪烁，代表通讯正常。

7）一个重要的注意事项（配置从站最大报文条数）

PB-B-MM/V33型产品与原有V32型产品的不同之处是增加了对从站的状态监测功能，即在字节插槽的最末位置配置了MODBUS从站的状态监测表。由于监测表也要占用PROFIBUS中一定量的用户参数字节，这就减少了插入从站的报文条数。所以PB-B-MM/V33配置的报文除了要求最大插槽数为39个，输入/输出最大字节总数不超过232个外，还与总的用户参数字节数有关。在使用不同的“有从站状态监测类型”时所能配置的最大从站报文条数是不相同。通过咨询北京鼎实科技创新有限公司技术支持人员并结合实际应用经验，笔者对所有“有从站状态监测类型”作出归纳以供参考，具体报文条数见下表：

四.现场应用情况及总结

平朔煤矸石电厂3、4号机按不同工艺系统，共通讯28路ECS上送从站信号，计5000多点，公用系统共通讯9路ECS上送从站信号，约1000点，测点类型包括开关量输入，开关量输出，模拟量输入，模拟量输出。实践证明，采用此种方案，DCS与ECS通讯稳定，测点反应速度完全满足运行要求，机组运行情况良好。既大大节省了电气电缆的敷设量，节省了电厂建设成本，又不影响机组运行的实时性和稳定性，实现了业主建设“数字化电厂”的初衷。