DCS与TCS通讯指令脉冲宽度问题研究

2018-11-21赵东升黄耀袁孝松

中小企业管理与科技 2018年31期

赵东升，黄耀，袁孝松

（中广核研究院有限公司，广东深圳 518124）

1 问题描述

某电厂TCS侧有专门用于汽机控制的子组SGC、SLC等，子组由操纵员在DCS侧画面中进行相应的投入与退出操作，以实现对汽机的控制。目前，在1号机65号站DCS与TCS通讯中，DCS送TCS的指令脉冲宽度为2秒，但DCS与TCS的最长通讯周期约为3秒，如此可能导致DCS侧发出的脉冲指令丢失，致使TCS侧无法准确接收到DCS侧发出的脉冲指令。指令丢失严重影响通讯的可靠性和准确性，有可能导致TCS侧接收不到DCS侧的命令而使汽机的运行不受控，影响机组的稳定运行。

2 原因分析

电厂DCS与TCS通讯采用MODBUS通讯协议，其为请求应答机制，双方中需要一方作为MODBUS通信主站，另一方作为从站，主站向从站读数据和写数据的过程为：主站向从站请求读写需求，从站响应主站请求[1]。

如图1所示：TCS与DCS之间的通讯互为冗余,TCS侧有两对CM104通讯网关；DCS侧也有两对COM网关。冗余功能由双方共同管理，为并行冗余模式，即在两条通信链路上，数据的收发同时进行，DCS-A网关COM65A到TCS-A网关CM6A，DCS-B网关COM65B到TCS-B网关CM6B同时进行数据收发。DCS侧网关为主站，TCS侧网关为从站。DCS与TCS系统的通讯站各自兼顾各自冗余情况，冗余主站故障时从站自动切换成为主站。

图1 冗余通讯机制

电厂 DCS 与 TCS 之间的通讯总共使用了 1、3、5、15、16等功能码，功能码1用于DCS读取TCS送过来的开关量，一条报文可以同时读取多个开关量；功能码3用于DCS读取TCS送过来的多个模拟量，也就是一条报文可以包含多个模拟量；功能码5用于DCS向TCS发送指令，一条指令一条报文，并且没有发指令的时候，功能码5的报文不循环发送的；功能码15用于DCS向TCS发送指令，可以一条报文同时发送多个指令，并且不断的循环发送；功能码16用于DCS向TCS发送模拟量指令，可以一条报文同时发送多个指令，并且不断的循环发送。

通过对3号机组通讯进行抓包分析，得到各报文传输时间：A列通讯周期为2.648秒，B列通讯周期为1.307秒。TCS侧西门子CM模块默认以A列为主，B列为辅。CM6A有延迟，但是不直接影响通讯，也不是链路等直接影响通讯的故障，所以通讯仍将以A列为主，即通讯周期为2.648秒。由于1号机组与3号机组的通讯机制、通讯设备均相同，3号机组的分析结果可以作为1号机组通讯周期约为3秒的依据。

DCS与TCS之间每一个通信点都有一个固定地址，DCS对TCS发送指令脉冲的过程即为DCS中将相应地址存储器中的数据写入TCS中对应地址存储器的过程。

目前指令脉冲的宽度设置为2秒，以最长通讯周期为3秒计，指令脉冲丢失过程如图2所示：

图2 指令丢失示意图

假设T1为最长通讯周期，即T1为3秒，在通讯周期T1中，DCS侧在t0点发送网络报文，在滞后时间△t内DCS发出了对TCS的指令脉冲，即DCS中将相应的地址存储器置“1”并维持2秒。在T1周期内指令脉冲是在发出请求报文△t之后才到达，所以在T1周期内TCS中并不能接收到指令脉冲。当0s＜△t＜1s时，由于脉冲宽度为2秒加滞后时间△t小于通讯周期3秒，而T1周期从DCS中发出报文到接收到TCS侧的应答时间需要3秒，所以当T1通讯周期结束T2开始时，脉冲指令已经消失，即相应地址存储器内的值已置“0”，如此导致在T2周期内TCS侧依然接收不到DCS侧的指令脉冲，致使指令丢失。

3 改进方案

目前通讯周期延迟问题还在分析论证阶段，短期无法解决，所以将DCS侧指令脉冲宽度设置为2秒有可能造成指令丢失，将DCS侧的指令脉冲宽度修改为4秒，如此让脉冲宽度大于MODBUS的通讯周期，这样不论指令脉冲在何时出现，都可以保证在两个通讯周期内TCS侧接收到DCS侧指令。修改前后的指令脉冲通讯如图3和图4所示：

以上图4所示，将指令脉冲宽度修改为4秒可以确保DCS侧指令通讯到TCS侧，避免了指令的丢失，提高了通讯可靠性。同时，由于只是修改脉冲宽度，对系统不会造成其他负面影响，需要修改指令脉冲宽度的通讯点如表2所示。