论文部分内容阅读
摘 要：以某发电厂为例，对ETS系统与DCS系统通讯设计的必要性进行分析，提出整体设计方案，并在此基础上对系统硬件、软件进行科学配置，最后根据运行成果总结通讯运行效果，结果显示：改造后的通讯系统运行良好，能够实现一体化监控。
关键词：PLC；ETS系统；DCS系统；通讯
【引 言】
DCS系统能够提供详实的生产数据，给操作人员工作带来便利。在实际应用时，如何保证DCS系统与第三方操作系统的正常通讯，并实现实时数据交换功能，需要得到相关人员的关注。
1.系统设计必要性分析
以某发电厂为例，该电厂DCS系统由德国提供相应技术，在进行分布式控制系统改造时，未将ETS系统（汽轮机跳闸保护系统）与DCS系统充分结合。由于ETS系统相对独立，相关操控人员不能在集控室直接对ETS数据变化情况进行监督和控制，加之该系统无固定的显示界面，因此无法准确记录开关实际状态。在实际生产过程中，发生过2次切换开关造成跳机现象。同时，由于操控人员无法直接监视到ETS数据变化情况及信号状态，往往忽略相关保护装置，给系统正常运行功能带来严重影响。为此，在实际工作中，要通过特定通讯方式将ETS数据与DCS系统充分结合在一起，PLC（可编程逻辑控制器）技术使两者之间的通讯成为可能。
2.设计方案
Modbus RTU通讯协议（属于施耐德电气公司的品牌）是现阶段工业领域最为常见的通讯协议方式，是大多数电子控制器的通用语言，利用Modbus RTU通讯协议，能够实现控制器与设备的联通、通讯，即使是不同厂家、不同参数、不同型号的设备，均可通过Modbus RTU通讯协议连接成整体性的工业网络体系，实现集中监督、控制的目的[1]。该协议支持以太网、RS-232、422、485等接口设备，由于分布式控制系统和汽轮机跳闸保护系统均能够有效支持Modbus RTU通讯协议，因此在对该发电厂通讯系统进行设计时，要充分兼顾到现场设备数量及实际距离。RS-485接口是目前工业领域应用率较高的双向性传输接口，能够对多点连接提供有效支持。同时，RS-485接口信号传输速度快，且具有较好的抗干扰能力，为此本系统设计采用RS-485作为接口，布线方便，并创建多个节点网络体系，实现信号远距离传输（最长可达1.2km）。
3.硬件、软件配置
3.1硬件配置分析
PLC系统（可编程逻辑控制器）采用RS-485接口将相关通讯模块串联在一起，并采用MODBUS-SLAVE调试工具作为从站软件设计。ETS信号传输柜与DCS系统柜需要布设电源、信号等控制性电缆，其周围存在较强的电磁干扰信号，为充分防止和减少干扰信号对设备的损坏，本系统设计在相应部位加装中继隔离器，并采用独立电源对其进行控制，发挥光电隔离作用。不同类型卡在RS-485接口中的使用要点见表1。
采用中继隔离器可将其充分连接，注意在安装CP341卡之前，要对MODBUS-SLAVE调试工具状况进行确定，并保证硬件狗安装的正确性。
3.2软件配置分析
3.2.1基于PLC（可编程逻辑控制器）的软件编程
首先，要安装特定版本的编程软件及MODBUS-SLAVE调试工具，同时准确安装CP341驱动程序，并与用于编程的电缆进行有效连接，完成可编程逻辑控制系统的构建。对PLC系统及相应程序进行严格分析，进而确定通讯点主要内容[2]。
3.2.2定义CP341卡
在系统硬件相关配置中定义通讯卡，也是比较重要的设计环节。因此，在对通讯卡进行定义时，要关注属性页中的相关地址，通常情况下，地址是从数字325——627。由于后面环节中要填写准确地址，例如通讯快调用环节，因此设计人员要记住初始地址。在相关参数中，正确选择协议后，MODBUS-SLAVE调试工具即可做出相应选择。选定相关通讯协议后，要双击“LD（Lord Driver）”，如此便可将MODBUS-SLAVE调试工具等软件装置在通讯卡上。
3.2.3配置Modbus RTU通讯协议
双击P，可直接进入到通讯协议配置相关页面中，在将MODBUS-SLAVE调试工具面设置地址，并依次为根据确定数据的主要格式。而后，要进行通讯点配置，其功能码使用“FC02”，将可编程逻辑控制系统的寄存器（M8.0-18.8）直接对应到“FC02”地址上，地址段为0-119；同时，将可编程逻辑控制系统的寄存器（I8.0-9.8）直接对应到“FC02”地址上，地址段为120-135[3]。对接口进行配制，所有涉及到的相关参数，在配置好后均要为其下载对应的硬件配置。最后，要修改可编程逻辑控制程序，CP341通讯卡下的Modbus RTU通讯协议利用循环程序来实现良好通讯，并对其进行调用，进而对数据进行准确读取，复位操作则按照初始化模块进行详细操作。
3.2.4信号分配
为已经分配好的信号正确选择任务，在相应窗口位置设置一定的缓冲区域，点击快捷键，选择“A”选项及过程点。相关的功能图表中若未包含I/O模块，系统会为其自动创建新模块，这些功能的实现有赖于“通道分配窗口”。将新生成的模块放置在功能图表中，并对缓冲区域进行重新分配。
4.通讯效果分析
通过分布式控制系统与汽轮机跳闸保护系统通讯改造，在PLC（可编程逻辑控制系统）的有效帮助下，该电厂实现了对两个系统的自动化及一体化监督、控制，并且能够达到控制室相关操作的和谐一致。不仅能够为操作人员提供便利条件，同时也可有效减少跳机风险，对保证电厂安全生产奠定基础。
虽然运行结果显示，该电厂汽轮机跳闸保护系统与分布式控制系统改造效果明显，但是改进过程并非一帆风顺，中间经历多次修改，主要原因在于设计人员在初始阶段并未充分考虑到静电感应所引起的电磁反应，导致PLC（可编程逻辑控制系统）通讯设计多次失败。通过增加中继隔离器，并通过独立电源对其运行做出良好保障，未出现类似情况，系统实现高效运行。
【结束语】
目前，DCS系统（分布式控制系统）被广泛应用在电厂自动化生产活动中，能够完成大部分智能化操控，但是在使用过程中要对其进辅助功能进行优化，进而不断整合相关生产资料、数据及运行信息。本文提出基于PLC，对ETS系统、DCS系统进行改造，实现了两者的互通互联，对监督通讯运行效果具有重要推动作用。
参考文献：
[1]李东斌.炼油厂余热发电DCS控制系统的应用研究[D].西安石油大学，2014.
[2]唐骐.城市基础地理信息系统的数据维护与更新[D].武汉大学，2010
[3]薛勇，罗瑛，A.P.CRACKNELL等.远程通讯地学处理：遥感，地理信息系统，全球定位系統和远程通讯的集成[J]. 世界科技研究与发展，2013，18（06）：55-64.
关键词：PLC；ETS系统；DCS系统；通讯
【引 言】
DCS系统能够提供详实的生产数据，给操作人员工作带来便利。在实际应用时，如何保证DCS系统与第三方操作系统的正常通讯，并实现实时数据交换功能，需要得到相关人员的关注。
1.系统设计必要性分析
以某发电厂为例，该电厂DCS系统由德国提供相应技术，在进行分布式控制系统改造时，未将ETS系统（汽轮机跳闸保护系统）与DCS系统充分结合。由于ETS系统相对独立，相关操控人员不能在集控室直接对ETS数据变化情况进行监督和控制，加之该系统无固定的显示界面，因此无法准确记录开关实际状态。在实际生产过程中，发生过2次切换开关造成跳机现象。同时，由于操控人员无法直接监视到ETS数据变化情况及信号状态，往往忽略相关保护装置，给系统正常运行功能带来严重影响。为此，在实际工作中，要通过特定通讯方式将ETS数据与DCS系统充分结合在一起，PLC（可编程逻辑控制器）技术使两者之间的通讯成为可能。
2.设计方案
Modbus RTU通讯协议（属于施耐德电气公司的品牌）是现阶段工业领域最为常见的通讯协议方式，是大多数电子控制器的通用语言，利用Modbus RTU通讯协议，能够实现控制器与设备的联通、通讯，即使是不同厂家、不同参数、不同型号的设备，均可通过Modbus RTU通讯协议连接成整体性的工业网络体系，实现集中监督、控制的目的[1]。该协议支持以太网、RS-232、422、485等接口设备，由于分布式控制系统和汽轮机跳闸保护系统均能够有效支持Modbus RTU通讯协议，因此在对该发电厂通讯系统进行设计时，要充分兼顾到现场设备数量及实际距离。RS-485接口是目前工业领域应用率较高的双向性传输接口，能够对多点连接提供有效支持。同时，RS-485接口信号传输速度快，且具有较好的抗干扰能力，为此本系统设计采用RS-485作为接口，布线方便，并创建多个节点网络体系，实现信号远距离传输（最长可达1.2km）。
3.硬件、软件配置
3.1硬件配置分析
PLC系统（可编程逻辑控制器）采用RS-485接口将相关通讯模块串联在一起，并采用MODBUS-SLAVE调试工具作为从站软件设计。ETS信号传输柜与DCS系统柜需要布设电源、信号等控制性电缆，其周围存在较强的电磁干扰信号，为充分防止和减少干扰信号对设备的损坏，本系统设计在相应部位加装中继隔离器，并采用独立电源对其进行控制，发挥光电隔离作用。不同类型卡在RS-485接口中的使用要点见表1。
采用中继隔离器可将其充分连接，注意在安装CP341卡之前，要对MODBUS-SLAVE调试工具状况进行确定，并保证硬件狗安装的正确性。
3.2软件配置分析
3.2.1基于PLC（可编程逻辑控制器）的软件编程
首先，要安装特定版本的编程软件及MODBUS-SLAVE调试工具，同时准确安装CP341驱动程序，并与用于编程的电缆进行有效连接，完成可编程逻辑控制系统的构建。对PLC系统及相应程序进行严格分析，进而确定通讯点主要内容[2]。
3.2.2定义CP341卡
在系统硬件相关配置中定义通讯卡，也是比较重要的设计环节。因此，在对通讯卡进行定义时，要关注属性页中的相关地址，通常情况下，地址是从数字325——627。由于后面环节中要填写准确地址，例如通讯快调用环节，因此设计人员要记住初始地址。在相关参数中，正确选择协议后，MODBUS-SLAVE调试工具即可做出相应选择。选定相关通讯协议后，要双击“LD（Lord Driver）”，如此便可将MODBUS-SLAVE调试工具等软件装置在通讯卡上。
3.2.3配置Modbus RTU通讯协议
双击P，可直接进入到通讯协议配置相关页面中，在将MODBUS-SLAVE调试工具面设置地址，并依次为根据确定数据的主要格式。而后，要进行通讯点配置，其功能码使用“FC02”，将可编程逻辑控制系统的寄存器（M8.0-18.8）直接对应到“FC02”地址上，地址段为0-119；同时，将可编程逻辑控制系统的寄存器（I8.0-9.8）直接对应到“FC02”地址上，地址段为120-135[3]。对接口进行配制，所有涉及到的相关参数，在配置好后均要为其下载对应的硬件配置。最后，要修改可编程逻辑控制程序，CP341通讯卡下的Modbus RTU通讯协议利用循环程序来实现良好通讯，并对其进行调用，进而对数据进行准确读取，复位操作则按照初始化模块进行详细操作。
3.2.4信号分配
为已经分配好的信号正确选择任务，在相应窗口位置设置一定的缓冲区域，点击快捷键，选择“A”选项及过程点。相关的功能图表中若未包含I/O模块，系统会为其自动创建新模块，这些功能的实现有赖于“通道分配窗口”。将新生成的模块放置在功能图表中，并对缓冲区域进行重新分配。
4.通讯效果分析
通过分布式控制系统与汽轮机跳闸保护系统通讯改造，在PLC（可编程逻辑控制系统）的有效帮助下，该电厂实现了对两个系统的自动化及一体化监督、控制，并且能够达到控制室相关操作的和谐一致。不仅能够为操作人员提供便利条件，同时也可有效减少跳机风险，对保证电厂安全生产奠定基础。
虽然运行结果显示，该电厂汽轮机跳闸保护系统与分布式控制系统改造效果明显，但是改进过程并非一帆风顺，中间经历多次修改，主要原因在于设计人员在初始阶段并未充分考虑到静电感应所引起的电磁反应，导致PLC（可编程逻辑控制系统）通讯设计多次失败。通过增加中继隔离器，并通过独立电源对其运行做出良好保障，未出现类似情况，系统实现高效运行。
【结束语】
目前，DCS系统（分布式控制系统）被广泛应用在电厂自动化生产活动中，能够完成大部分智能化操控，但是在使用过程中要对其进辅助功能进行优化，进而不断整合相关生产资料、数据及运行信息。本文提出基于PLC，对ETS系统、DCS系统进行改造，实现了两者的互通互联，对监督通讯运行效果具有重要推动作用。
参考文献：
[1]李东斌.炼油厂余热发电DCS控制系统的应用研究[D].西安石油大学，2014.
[2]唐骐.城市基础地理信息系统的数据维护与更新[D].武汉大学，2010
[3]薛勇，罗瑛，A.P.CRACKNELL等.远程通讯地学处理：遥感，地理信息系统，全球定位系統和远程通讯的集成[J]. 世界科技研究与发展，2013，18（06）：55-64.