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    朱亞清：廣東省電力試驗(yàn)研究所

    廣東韶關(guān)發(fā)電廠8號(hào)200MW機(jī)組的DCS和DEH改造，DCS采用西屋公司的OVATION分散控制系統(tǒng)，DEH采用新華公司的由XDPS 400分散控制系統(tǒng)組成的DEH―ⅢA。在改造設(shè)計(jì)中，DEH系統(tǒng)配備工程師站和歷史站各一臺(tái)，沒(méi)有專(zhuān)用的操作員站。DEH系統(tǒng)采用與DCS系統(tǒng)共享操作員站的方案，通過(guò)通訊的方法，實(shí)現(xiàn)在DCS的操作員站上對(duì)DEH系統(tǒng)進(jìn)行全部監(jiān)控的功能。

    1  DEH與DCS通訊原理

    如圖1所示，DEH側(cè)的工程師站和歷史站同時(shí)兼作通訊站，其第3塊網(wǎng)卡通過(guò)RJ45通訊電纜與DCS側(cè)的1、2號(hào)FDDI（光纖分布數(shù)據(jù)接口）交換機(jī)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)與DCS側(cè)的07、57號(hào)控制器（Drop07、Drop57）通訊。通訊協(xié)議采用TCP/IP上的MODBUS，DEH側(cè)為從站（SLAVE），DCS側(cè)為主站（MASTER）。

圖1 DEH與DCS通訊結(jié)構(gòu)圖

    DEH側(cè)運(yùn)行新華公司開(kāi)發(fā)的“Hbgtw.exe”程序與OVATION系統(tǒng)進(jìn)行通訊，該程序當(dāng)初是新華公司為XDPS400系統(tǒng)與H&B公司的CONTRONIC DCS系統(tǒng)通訊而開(kāi)發(fā)的，后來(lái)成為新華公司的XDPS400系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊的一部份，并且與多個(gè)DCS系統(tǒng)通訊取得了成功。

    DCS側(cè)利用OVATION系統(tǒng)的虛擬IO（Input & Output）設(shè)備與DEH系統(tǒng)進(jìn)行通訊，虛擬IO設(shè)備是OVATION系統(tǒng)集成的與第三方系統(tǒng)通訊的功能，利用虛擬IO設(shè)備，OVATION可以直接與AB PLC、MODBUS PLC、GE Mark Ⅴ/Ⅵ、RTP I/O等第三方系統(tǒng)進(jìn)行通訊。在本工程中，將DEH系統(tǒng)虛擬為OVATION系統(tǒng)的MODBUS PLC設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與DEH系統(tǒng)的通訊。

    2  DEH與DCS通訊存在的問(wèn)題

    2.1 DCS無(wú)法正常向DEH發(fā)送操作指令

    新華公司的XDPS400系統(tǒng)采用“HBGTW.EXE”程序與H&B公司的CONTRONIC、ABB BAILEY的SYMPHENY等系統(tǒng)進(jìn)行通訊都取得了成功，但與OVATION系統(tǒng)通訊還是第一次。
在韶關(guān)電廠8號(hào)機(jī)組改造中，DEH與DCS通訊一開(kāi)始調(diào)試時(shí)，就發(fā)現(xiàn)雖然DEH側(cè)的數(shù)據(jù)可以正確送到DCS系統(tǒng)，但是DCS無(wú)法對(duì)DEH進(jìn)行正常操作，而且當(dāng)通訊程序啟動(dòng)后，DEH的所有操作塊每秒周期地被操作一次，造成DEH系統(tǒng)出現(xiàn)混亂。

    新華公司的“HBGTW.EXE”程序當(dāng)初是為實(shí)現(xiàn)DEH與DCS共享操作員站而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，其設(shè)計(jì)的當(dāng)初是與DCS的操作員站進(jìn)行通訊，“HBGTW.EXE”程序用MODBUS功能號(hào)2、4完成向DCS傳送開(kāi)關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)、用MODBUS功能號(hào)5、6完成DCS對(duì)DEH系統(tǒng)進(jìn)行的脈沖和置數(shù)操作。在通訊過(guò)程中，主站（MASTER）DCS周期地向從站（SLAVE）DEH發(fā)送MODBUS功能號(hào)2、4消息，DEH回應(yīng)主站的號(hào)2、4消息，從而實(shí)現(xiàn)DEH側(cè)數(shù)據(jù)傳送到DCS側(cè)；當(dāng)DCS側(cè)要對(duì)DEH進(jìn)行脈沖或置數(shù)操作時(shí)，主站DCS向從站DEH發(fā)送MODBUS 2號(hào)或4號(hào)息消，DEH收到主站的2、4號(hào)消息后，向DPU（Distributed Process Unit）發(fā)送操作指令信號(hào)，就象運(yùn)行人員在DEH操作員站對(duì)DEH進(jìn)行操作一樣，從而實(shí)現(xiàn)DEH與DCS共享操作站。

    在本工程中，DEH是與OVATION系統(tǒng)的控制器通訊，而不是操作員站。OVATION控制器用MODBUS功能號(hào)5、6向DEH傳送的不是操作指令，而是開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)，而且是周期地傳送的。由于DCS與DEH兩系統(tǒng)對(duì)MODBUS功能號(hào)5、6消息的解釋不同，DEH每收到一條MODBUS功能號(hào)5或6消息，DEH系統(tǒng)就對(duì)其DPU進(jìn)行一次操作，造成每個(gè)通訊周期DEH都要對(duì)其DPU進(jìn)行一次脈沖和置數(shù)操作，引起DEH系統(tǒng)混亂。

    2.2  通訊無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余

    通訊設(shè)計(jì)時(shí)，DCS側(cè)的07號(hào)控制器與DEH的工程站通訊，DCS側(cè)的57號(hào)控制器與DEH的歷史站通訊。DEH側(cè)的工程師站和歷史站在通訊上是相互冗余來(lái)設(shè)計(jì)的，任一個(gè)站與DCS通訊正常都能保證DEH與DCS兩系統(tǒng)間的通訊正常。

    DCS側(cè)的07、57號(hào)控制器作為冗余而配置的控制器，采用一用一備的工作方式，當(dāng)07號(hào)控制器為主時(shí)，57號(hào)控制器備用，反之，當(dāng)57號(hào)控制器為主時(shí)，07號(hào)控制器備用。處于備用方式的控制器跟蹤主控制器，其本身并不進(jìn)行IO掃描運(yùn)算，因此，處于備用方式的控制器并不會(huì)與DEH進(jìn)行通訊，而處于主工作方式的控制器只與DEH的其中一個(gè)站進(jìn)行通訊，當(dāng)這路通訊線路故障或DEH側(cè)正在通訊的站出現(xiàn)故障或關(guān)閉時(shí)，雖然DCS與DEH的另一路通訊回路正常，但DCS主控制器并不會(huì)切換到與DEH側(cè)的另一臺(tái)站進(jìn)行通訊，DCS的主/備控制器也不會(huì)自動(dòng)切換，造成DCS與DEH的通訊失去。
可見(jiàn)，雖然設(shè)計(jì)了兩個(gè)通訊回路，但由于通訊是一對(duì)一的方式，一路通訊中斷后無(wú)法自動(dòng)切換到另一路通訊上，兩個(gè)通訊回路無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)相互冗余的功能。

    3  DEH與DCS通訊問(wèn)題解決

    3.1 DCS無(wú)法正常向DEH發(fā)送操作指令的解決

    從上面的分析可以得知，DCS無(wú)法向DEH發(fā)送操作指令的原因是DCS向DEH傳送的不是操作指令，而是開(kāi)關(guān)量和模擬信號(hào)。要解決DCS不能對(duì)DEH進(jìn)行正常操作的問(wèn)題，理論上分析可有兩種解決方案。

    第一種是對(duì)DCS側(cè)的通訊設(shè)置進(jìn)行修改，使DCS向DEH發(fā)送的不是開(kāi)關(guān)量和模擬信號(hào)，而是操作指令，即DCS側(cè)只有運(yùn)行人員對(duì)DEH進(jìn)行開(kāi)關(guān)量或模擬量置數(shù)操作時(shí)，才向DEH發(fā)送MODBUS功能5或6號(hào)消息。采用這個(gè)方案的好處是通訊實(shí)時(shí)性較好，通訊負(fù)擔(dān)也較小，但DCS側(cè)的OVATION系統(tǒng)是采用虛擬IO設(shè)備與DEH進(jìn)行通訊，虛擬IO設(shè)備是OVATION系統(tǒng)集成的功能，我們可能無(wú)法對(duì)OVATION系統(tǒng)進(jìn)行修改。

    第二種是對(duì)DEH側(cè)進(jìn)行修改，使DEH收到DCS傳送來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)，不是直接對(duì)DPU進(jìn)行操作，而是將數(shù)據(jù)送到DPU進(jìn)行邏輯判斷，判斷出DCS需要對(duì)DEH進(jìn)行操作時(shí)，再通過(guò)邏輯處理的方法對(duì)DPU進(jìn)行操作。這種方案，DCS側(cè)對(duì)DEH進(jìn)行操作時(shí)，操作指令先送到DCS的控制器，由控制器進(jìn)行邏輯處理后再以IO輸出方式通訊到DEH側(cè)，DEH收到后再經(jīng)過(guò)邏輯處理才進(jìn)行操作。可見(jiàn)，在DCS側(cè)進(jìn)行操作后，至少要經(jīng)過(guò)DCS和DEH各一個(gè)邏輯掃描周期后，DEH才進(jìn)行操作，操作實(shí)時(shí)性較第一種方案差。DEH側(cè)的通訊程序?yàn)樾氯A公司開(kāi)發(fā)，新華公司的研發(fā)人員可以很容易對(duì)通訊程序進(jìn)行修改。當(dāng)?shù)谝环N方案無(wú)法實(shí)施時(shí)，只能采用這種方案了。

    通過(guò)對(duì)OVATION系統(tǒng)資料的查閱和廠家的確認(rèn)，我們無(wú)法對(duì)OVATION系統(tǒng)進(jìn)行修改，最后決定采用第二種方案進(jìn)行實(shí)施。修改DEH側(cè)的通訊程序，增加接收MODBUS 15和16功能碼消息來(lái)實(shí)現(xiàn)接收開(kāi)關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)。當(dāng)通訊傳送的是開(kāi)關(guān)量或模擬量數(shù)據(jù)而不是操作指令時(shí)，采用MODBUS功能號(hào)5和6則效率太低，因?yàn)镸ODBUS功能號(hào)5或6號(hào)的每一個(gè)通訊數(shù)據(jù)包只能包含一個(gè)開(kāi)關(guān)量或一個(gè)模擬量，而MODBUS功能號(hào)15和16則不同，每一個(gè)通訊數(shù)據(jù)包可以包含多個(gè)開(kāi)關(guān)量和多個(gè)模擬量。因此，當(dāng)通訊傳送的是多個(gè)開(kāi)關(guān)量或模擬量數(shù)據(jù)時(shí)，采用MODBUS 15或16號(hào)功能碼更為合適。

    要使OVATION系統(tǒng)采用MODBUS功能號(hào)15和16傳遞數(shù)據(jù)，只需修改相關(guān)的通訊點(diǎn)的“I/O ACCESS PATH”的設(shè)置即可，如I/O ACCESS PATH 為“MODBUS 1 OUT 16001 PLC_1”表示OVATION系統(tǒng)的PLC_1虛擬設(shè)備采用MODBUS功能號(hào)5向1號(hào)從站的MODBUS地址6000傳送開(kāi)關(guān)量，改為“MODBUS 1 OUT 6001 PLC_1”則為采用MODBUS功能號(hào)15來(lái)傳遞；再如“MODBUS 1 OUT 36001 PLC_1”表示OVATION系統(tǒng)的PLC_1虛擬設(shè)備采用MODBUS功能號(hào)6向1號(hào)從站的
MODBUS地址6000傳送模擬量，改為“MODBUS 1 OUT 46001 PLC_1”則為采用MODBUS功能號(hào)16來(lái)傳遞。

    要實(shí)現(xiàn)DCS側(cè)能夠操作DEH，DCS側(cè)和DEH側(cè)的邏輯都要作相應(yīng)的修改。對(duì)于開(kāi)關(guān)量的脈沖操作，DCS側(cè)操作時(shí)，只需向DEH發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，DEH將DCS發(fā)送來(lái)的脈沖信號(hào)與其自身的操作進(jìn)行“相或”運(yùn)算即可；對(duì)于模擬量置數(shù)操作，還要在DCS側(cè)為每一個(gè)置數(shù)操作增加一路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，這個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)作為“模擬量置數(shù)操作的有效”信號(hào)，當(dāng)在DCS側(cè)進(jìn)行模擬量置數(shù)時(shí)，除了將模擬量數(shù)據(jù)傳送到DEH外，同時(shí)將相應(yīng)的“置數(shù)操作的有效”信號(hào)以一個(gè)脈沖發(fā)送到DEH側(cè)，DEH通過(guò)判斷“置數(shù)操作的有效”信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的置數(shù)操作。DEH相應(yīng)的邏輯處理如圖2、圖3所示。

圖2 DCS對(duì)DEH進(jìn)行開(kāi)關(guān)量操作的DEH邏輯(虛線部分為增加)

圖3 DCS對(duì)DEH進(jìn)行模擬量置數(shù)操作的DEH邏輯(虛線部分為增加)

     3.2  通訊冗余的實(shí)現(xiàn)

    DEH的兩臺(tái)操作員站和DCS的DROP07、DROP57對(duì)其各自系統(tǒng)來(lái)說(shuō)已經(jīng)是冗余的，若能實(shí)現(xiàn)DCS與DEH之間既能一對(duì)一通訊，又能交叉通訊，也就能實(shí)現(xiàn)DEH與DCS通訊冗余了。DEH側(cè)的兩臺(tái)交換機(jī)采用光纖連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)交換機(jī)之間相互通訊連接的功能，已實(shí)現(xiàn)了DCS側(cè)DROP07、DROP57與DEH工程師站、歷史站之間的硬件交叉連接。在DEH與DCS的通訊中，DEH為從站，既可接受DCS側(cè)DROP07的連接請(qǐng)求，也可接受DROP57的連接請(qǐng)求；而DCS為主站，處于主動(dòng)地位，因此，要實(shí)現(xiàn)交叉通訊，必須從DCS側(cè)的OVATION系統(tǒng)著手進(jìn)行修改。

    經(jīng)過(guò)對(duì)OVATION系統(tǒng)資料的查閱和廠家的確認(rèn)，OVATION系統(tǒng)這種通過(guò)虛擬IO設(shè)備與第三方進(jìn)行通訊是不具備冗余功能的，必須另想辦法才能實(shí)現(xiàn)通訊的冗余。最后我們采用增加一路虛擬IO設(shè)備的方法，成功實(shí)現(xiàn)了通訊冗余功能。

    OVATION系統(tǒng)共有5個(gè)設(shè)備號(hào)（DEVICE）可用，而每個(gè)設(shè)備號(hào)最多又可帶5路虛擬設(shè)備，原通訊設(shè)計(jì)Drop07和Drop57均采用了第三個(gè)設(shè)備號(hào)（DEVICE#3）的第一路虛擬IO設(shè)備PLC_1。為此，我們?cè)贒EVICE#3上再增加一路虛擬IO設(shè)備PLC_2，并設(shè)置使其與DEH另一臺(tái)通訊站進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)DCS同時(shí)與DEH兩臺(tái)通訊站進(jìn)行通訊。當(dāng)Drop07為主時(shí)，其虛擬IO設(shè)備PLC_1與DEH的工程師站通訊、PLC_2與DEH的歷史站通訊；反之，當(dāng)Drop57為主時(shí)，其虛擬IO設(shè)備PLC_1與DEH的歷史站通訊、PLC_2與DEH的工程師站通訊。

    DCS采用兩路虛擬IO設(shè)備與DEH進(jìn)行通訊，信號(hào)的處理與采用兩塊真實(shí)IO卡與DEH進(jìn)行連接的處理是相似的。DCS發(fā)送數(shù)據(jù)到DEH時(shí)，將數(shù)據(jù)同時(shí)送到兩路虛擬IO設(shè)備，兩路通訊將數(shù)據(jù)同時(shí)送到DEH的兩臺(tái)通訊站，DEH只要保證其中一臺(tái)通訊站正確收到數(shù)據(jù)，DEH就能正確收到DCS發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)；DCS接收DEH數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)兩路通訊來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行“2選1”邏輯處理，當(dāng)兩路通訊均正常時(shí)，取其中一路數(shù)據(jù)，當(dāng)有一路通訊不正常時(shí)，取正常的那一路數(shù)據(jù)。這樣，就實(shí)現(xiàn)了DCS與DEH的冗余通訊功能。

    4  結(jié)語(yǔ)

    經(jīng)過(guò)這次改造后，成功實(shí)現(xiàn)了DEH與DCS的通訊，并采用雙回路實(shí)現(xiàn)了冗余通訊功能。正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)通訊回路同時(shí)工作，兩路通訊相互冗余，相互熱備用，只要保證有一路或以上的通訊正常時(shí)，就能保證DEH與DCS系統(tǒng)通訊的正常，這就大大提高了機(jī)組的安全可靠性。這種采用兩個(gè)通訊回路來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊冗余的方法，兩個(gè)通訊回路相互熱備用，具有較高的可靠性，對(duì)于其它系統(tǒng)的通訊冗余設(shè)計(jì)也有很大的參考價(jià)值。