智能算法PLC与DCS通讯实现

Vol.252018 No.3

智能算法PLC与DCS通讯实现

鲍教旗，贾国栋，安建军，刘 浩，公培雪，程春艳，朱兰荣，闫卫国

（华能曲阜热电有限公司，山东 曲阜 273100）

摘 要：本文RS-485总线连接通过MODBUS RTU协议转换，实现罗克韦尔PLC与上海新华DCS通讯，并通过虚拟DPU建立数据交互和组态应用关系，从而达到智能控制算法作用到DCS控制系统自动优化的目的。关键词：MODBUS；PLC；通讯；虚拟 DPU

DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2018.03.013

中图分类号：TP273.5 文献标志码：A

文章编号：1671-1041(2018)03-0043-03

Intelligent Algorithm PLC and DCS Communication Realization

Bao Jiaoqi, Jia Guodong, An Jianjun, Liu Hao, Gong Peixue,

Cheng Chunyan, Zhu Lanrong, Yan Weiguo

（Huaneng Qufu Thermal Power Co., Ltd., Shandong, Qufu, China, 273100）

Abstruc：The RS-485 bus is connected through the MODBUS RTU protocol conversion, Rockwell PLC and Shanghai Xinhua DCS communications, and established by the virtual DPU data interaction and configuration application, so as to achieve automatic optimization intelligent control algorithm to the DCS control system for the purpose of. Key words：MODBUS；PLC；communication；virtual DPU

0 引言

华能曲阜电厂 2×225MW 供热机组，采用上海新华控制工程公司 XDPS400+ 控制系统。智能外挂硬件采用 AB

[1]

归的预测功能判断任何工控下的压力、温度、燃料等状态并对其进行调整控制；可通过算法编写状态观测器对现场参数进行状态观测，并可以调整动态偏差以达到辅助精细化控制的目的；利用该模块开发了双层模糊控制的给煤机前馈控制，使燃料控制的超前性和线性控制更能适合机组 AGC 运行，以上功能开发经现场运行取得了良好的效果。另外，该模块可支持进一步的神经网络控制开发为多种智能算法提供了开发平台。

PLC1756-l 63，智能算法写在 PLC，由于智能算法输出指令不能直接作用到现场 I/O 控制站，就无法达到控制就地设备的目的,因此需要建立 PLC 与 DCS 的联系关系，通过DCS 的硬件 I/O 完成智能算法的应用。

XDPS 对外接口中的 I/O 驱动方式可将外部系统的实时数据点，映射为 XDPS的 I/O 地址，直接用于XDPS的图形组态和逻辑控制。基于虚拟DPU的 I/O 驱动方式可直接以主站方式驱动标准的 Modbus 设备，实现其他控制系统与 XDPS的通讯。罗克韦尔PLC 提供了RS-485 接口的 MODBUS RTU 通讯模块。通过采用MODBUS通讯协议实现 PLC外挂系统和 DCS相互作用的机组的自动控制的智能控制，该 PLC 模块可实现以下功能：

通过采集 DCS 的热力系统参数，利用其动态线性自回

1 通讯实现

1.1 MODBUS 通讯协议

MODBUS协议由Modicon公司开发，是工业领域最流行的通讯协议。该协议支持传统的RS485和以太网设备。MODBUS协议规定了两种通讯方式，即RTU和ASCII方式。RTU（远程终端）方式通讯采用8位字节的二进制数据通讯，数据校验采用 CRC循环冗余校验，通讯速度较

收稿日期：2018-01-06

基金项目：华能集团有限公司技术创新中心资助。

作者简介：鲍教旗（1981-），男，山东郓城人，本科，工程师，研究方向：自动化、控制系统通讯。

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仪器仪表用户INSTRUMENTATION第25卷

快；AS CII 方式采用7位 AS CII 码进行通讯，数据校验采用LRC 逻辑冗余校验，通讯速率较慢。本设计采用 RTU通讯方式。罗克韦尔 MODBUS 数据通讯可通过串口服务器与主站 DCS实现双向通讯。上海新华 DCS 可通过建立虚拟DPU 的虚拟 I/O 驱动，实现与罗克韦尔 PLC 的相互“协作”[2]。MODBUS 通信协议的特点是将通讯参与者规定为“主”（MASTER）和“从”（S LAVE）。每台从站都有自己唯一编号，即从站地址，地址范围1～255。通讯时先由主站发出通讯申请指令字符串，指令字符串由从站地址开头，然后根据功能码类型做出相应回答，对发送给其他从站的指令字符串则不进行处理。

立智能设备，完成串行数据和网络IP数据包之间的数据转换，进而实现终端登录、扩展串行、联网传统串行设备等功能。整体网络及通讯设计如图1所示。

2 接口软件及驱动配置

通讯软件（VDPU）运行在 XDPS 系统的任意一台 MMI站上。

2.1 驱动程序组成

XDPS Modbus (RTU) [3] 程序由动态链接文件 Modiplc.dll和配置文件Modiplc.ini组成。如采用VDPU方式，应将这两个文件拷贝至VDPU目录下运行；如采用DPU方式，则应以文件下装的形式，把以上两个文件安装至VDPU目录下，采用 VDPU 方式。

1.2 通讯原理

运行于 XDPS 系统软件的虚拟 DPU（VDP U）通过调用动态链接 MODIP LC. DLL 通讯接口程序，将#机组的汽机主控、锅炉主控、燃料主控及相关执行机构和现场参数数据发送给PLC，PLC通过映射的数据地址接入PLC智能算法的输入端，PLC 数据经串口服务器转换映射为 XDPS系统的虚拟I/O卡件，每一个数据对应虚拟 I/O 卡件的虚拟 I/O 通道。这样，对DCS 数据的处理就变得和 XDP S 系统通过现场 I/O卡件采集的数据相同了。PLC系统强大的智能算法同样适用于对通讯数据的处理，从而通过DCS数据的采集和数学模型的结合完成算法的功能实现。

2.2 虚拟寄存器与VDPU数据通道对应关系

XDPS每个站最多可安装14块 I/O卡件，但 VDPU 每个站最多可带 16块虚拟卡件，每对最多可带 16个站。XDPS内测点地址由以下几个因素确定：DPU节点号、站号、卡件地址、通道号、MODBUS

设备从站地址号、寄存器地

址。这种映射关系在 Modiplc.i ni 中定义完成。

2.3 驱动配置文件(Modiplc.ini)

驱动配置文件用于定义通讯接口参数以及外部数据与虚拟I/O通道的对应关系。驱动文件配置示例：

[CONFIG] communication_port1 = TCP, 222.222. 221. 50,4001, 3, debug // 通讯口1

参数配置：通讯串口号，波特率，数据位，偶校验，1个停止位，3 个卡通讯[Port1_PLC1]//通讯口 1 的第一个卡的通讯数据配置，#1机组 MMI Slave_No=1//该MMI的 MODBUS从站地址Station_No=1//对应的虚拟I/O站号PlateNum=1// 该MMI所对应的虚拟卡件数量Plate1_No=1//卡件地址为 1Plate1_AI=3,a,n,5 Plate2_AO=3,b,n,5 //#1 卡为AI卡，通讯功能码3（读从 4001 开始的寄存器），起始寄存器地址4001，连续读n个点，采样周期 500ms，a、b 代表对应 PLC 的数据地址。

1.3 硬件及通讯网络

通讯硬件采用 PLC 的 RS -485 接入串口服务器，由串口服务器的 RJ45 接入主系统的交换机，从而汇入高速数据网实现与工控机的虚拟 DPU 的连接。

本工程选用MOXA（NP ORT5430）串口服务器作为RS485与以太网通讯转换的中间设备。5430的以太网接口连接至 XDPS 高速数据网（C网）实现通讯数据网络共享。NPORT5430 串口服务器实际上充当了串行接口到以太网的通信网关，实现串口和以太网接口的双向数据传输，它是一个带有 CPU、嵌入式操作系统以及完整 TCP /IP协议的独

2.4 DPU 配置文件 (VDPU. CFG)

DPU配置文件中定义需要使用的接口驱动以及虚拟I/O站配置。

配置文件配置说明：［IOSTATION］TotalDriver = 1

DRIVER1 = modiplc，1，3，16

I/O 站驱动配置、驱动数量、驱动1=驱动名，起始虚拟I/O 站号，虚拟 I/O 站数量，每个虚拟 I/O 站卡件数量。

3 功能实现

图1 网络连接示意

Fig.1 Network connection signal

3.1 数据转换实现

AB PLC 内部地址定义数据传输的模式为 16 位（高8

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图2 DCS组态数据转换示意

Fig.2 Signal conversion of DCS configuration data

图4 PLC逻辑算法Fig.4 PLC logic algorithm

逻辑的无扰切换，执行机构的指令和反馈实时跟踪。同时，在 PLC 内部编程现在 DCS 自动控制逻辑中得跳手动及投入条件，这样控制就达到了真正的无扰。

另外，为了保证PLC通讯或故障时能顺利将智能算法控制切入 DCS 控制，在 PLC 内部搭设了通讯文件包的中断判断，如果通讯数据出现丢包严重的情况，系统将直接切回DCS控制，同时发出报警信号。PLC的算法模块如图4所示。

4 结束语

图3 通讯故障保护

Fig.3 Communication failure protection

通过搭设虚拟 DPU 和 PLC 通讯回路，使得智能算法可在电厂自动化生产过程中得到应用。通过对减温水、燃料调节的使用，此系统在系统参数调整上满足各项规程的要求的同时，将调节的速度由原来15 min缓冲期缩短到 5min～6min使系统在扰动的情况下恢复平衡。随着智能 设备的不断出现 和控制硬件设备 的稳定性和处理速度的提高，智能控制将会在电厂得到更为广泛的应用，神经网络和模糊控制都将陆续应用到电厂的自动发电系统里面来。

位、低8位顺序）的整型数据，该传输模式与新华DCS的组态软件的模拟量收发模块一致，如图2所示。开关量 数据 采 用布 尔转换 长整 型的 方式 进行转换传输。因此，通过定义数据地址的一一对应关系，便可实现DCS数据与PLC数据的全双工数据转换。另外，由于采集和发送参数数据用来作为URF（单元机组精细化调整系统）的自动调整使用，在组态中对某些参数进行了放大倍数和数字过大的无扰置零组态，如图3所示。

参考文献：

[1]新华控制工程有限公司.XDPS 接口软件用户手册[Z]. [2]罗克韦尔硬件说明书、软件使用说明[Z].

[3]杜雯雯,史运涛, 刘伟川. 基于PC的Modbus软件网关的实现[J].

微计算机信, 2012, (9): 353-355.

3.2 智能控制与DCS控制的无扰切换

为防止 PLC 硬件或通讯异常带来机组失控的风险，在DCS 通过无扰切换模块实现 DCS 自动逻辑和 PLC 智能算法（上接第92页）

参考文献：

[1]王强.核电厂DCS控制系统I/O分配的原则和方法[J].自动化仪

表,2014,35(2):50-52.

[2]相溢炯,冯坚.核电厂非安全级DCS系统输入输出(I/O)分配方案

[J].科技视界,2012,8(24):303-304.

[3]刘中明,冯骥,周则星.DCS在海南昌江核电厂的应用[J].核电管

理与维修,2015,S(2):151-154.

[4]徐伟.方家山核电站数字化仪控系统浅析[J].企业技术开发,2011,

30(14):87-88.

[5]王远隆.核电厂数字化仪控系统结构比较分析[J].中国核电,2011,

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