Modbus TCP通讯在火电厂辅控网一体化控制中的应用吴承锋

发表时间：2018-04-18T11:39:27.420Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：吴承锋

[导读] 摘要：基于支持Modbus TCP通讯的设备作为数据采集接口，通过以太网进行组网连接，由DCS系统进行数据处理、运行及控制，实现火电厂辅控各子系统在辅控DCS系统一体化控制及管理。

（云南大唐国际红河发电有限责任公司云南红河 661600）

摘要：基于支持Modbus TCP通讯的设备作为数据采集接口，通过以太网进行组网连接，由DCS系统进行数据处理、运行及控制，实现火电厂辅控各子系统在辅控DCS系统一体化控制及管理。本文提出了基于Modbus TCP通讯协议组建的辅控网DCS系统，阐述了Modbus

TCP通讯在辅控网各子系统一体化集中控制的实现，对火电厂的辅控系统集控设计或改造有一定的借鉴作用。

关键词：Modbus TCP；辅控网；一体化控制

1、概述

云南大唐国际红河发电有限责任公司2x300MW 工程循环流化床机组，辅控网各辅助车间（输煤、凝结水精处理、江边取水、气力除灰、锅炉补给水、燃油泵房、制氢站、生水石灰、工业废水、炉内加药、含煤废水、次氯酸、污水处理等）采用Schneider Quantum系列

PLC控制，电除尘系统采用中原环保的IPC软件控制，2005年为实现辅控网各系统的集中监视及操作控制，对辅控网进行了改造，完成了辅控网各系统的集中监控，系统图如图1所示。该模式只实现了辅控网的集中监视及操作，服务器故障、网络故障不能自动切换等问题常常使集控室失去监视及控制功能，给设备的安全运行造成了危害，严重影响设备的安全及稳定运行。针对现状，本文提出了一种基于Modbus

TCP通讯的辅控网DCS控制改造方案，经过充分的调研、论证，火电厂辅控网DCS一体化控制在技术上及应用上是可行的。

协议，Modbus传输协议定义了控制器可以识别和使用的信息结构，而不须考虑通信网络的拓扑结构，是一种开放协议，广泛应用于电子控制器的一种通用语言，已成为通用工业标准，从功能上讲，MODBUS包括24种命令，每一功能都有相应的功能码，最基本的功能主要包括AI/AO、DI/DO的数据传送，数据结构主要包括输入离散量、线圈、输入寄存器、保存寄存器4个基本单元。

本厂采用的Quantum PLC都支持Modbus，Modbus是应用层报文传输协议，主要应用于以太网TCP/IP、有线介质、无线、光纤上的异步传输，本次改造采用了以太网TCP/IP的Modbus通信。互联网编号分配管理机构给Modbus协议赋予了TCP 502端口，支持Ethernet II 和802.3两种帧格式，在以太网上传输，其Modbus通信栈结构如图3所示，使用TCP/IP以太网的5层结构：

物理层：提供设备的物理接口；

数据链路层：格式化源/目的硬件地址的数据帧；

网络层：实现带有32位IP地址的IP报文包；

传输层：实现可靠性连接、传输、查错、重发、端口服务、传输调度；

应用层：实现Modbus协议报文。

DPU正常运行时，Modbus是双网并行运行的，以PLC1的数字量输入DI为例，Modbus1通过192.168.4.*（4段交换机）运行，数据区为MB2的1，通过输入选择功能块PLC1DI的IN1输入；Modbus2通过192.168.6.*（6段交换机）运行，数据区为MB3的1，通过输入选择功能块PLC1DI的IN2输入。DCS数据选择逻辑如图5、图6、图7所示，IN1、IN2接受的数据为同一个PLC寄存器地址的数据，两者状态相同，OUT输出通过PLC1的状态来选择是IN1还是IN2，数据区MB2、MB3是实时更新的，通过逻辑判断实现了网络故障或通信延时的无扰动切换，解决了改造前网络故障或通信延时不能切换的问题，并提供了网络故障报警功能。

3.3DCS中各DPU负荷率

辅控网DCS改造后，因DPU的运算、逻辑处理功能与Modbus TCP通讯功能是由独立的硬件完成的，其DPU的总体负荷率都在30%以内，其中DPU1为20.97%，DPU2为27.80%，DPU3为29.26%，DPU4为26.16%，工业交换机负荷率为42.31%。其负荷率及实时性都能满足现场控制需要。

4结束语

辅控网集中控制是当今及未来的重点发展方向，把辅控各系统连接起来集中监视及操作，其功能单一，不能实现各系统之间的数据共享，自动化程度低。采用适应环境能力强、运行稳定、可靠的PLC作为数据接口站，稳定、可靠的工业以太网双网实时运行，功能强大的DCS来实现辅控网一体化控制，对辅控网各系统之间进行控制逻辑优化，提高了各系统之间的自动化水平，使辅控网自动化水平

大大提高，本方案在本厂已成功投入运行，运行稳定、可靠，为火电厂的辅控系统集控设计或改造提供了参考方案。

参考文献：

[1] 周振辉.辅控系统在DCS上的一体化监控应用[J].云南电力技术，2014（1）：103-105.

[2] 陈亚林等．PLC编程及应用实战[M]．北京：电子工业出版社，2011.

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