九江电厂LED实时监控系统通讯链路优化及应用

刘经宇，齐 聪

（1.国家能源集团九江发电有限公司，江西 九江 332000；2.中国电建集团江西省电力设计院有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

国家能源集团九江发电有限公司350 MW发电机组重要的运行参数（功率、汽压、汽温、真空、转速及环保SO2、NOX、粉尘等）通过LED实时监控系统进行监控，为运行人员对机组运行状态的快速评估提供了较好的信息监控平台。但是，原LED实时监控系统上位机采用的是组态王kingview软件，数据从MIS系统进行实时采集，采集周期较长，有时长达3～5 s，导致数据显示滞后，实时性较差。如何提高LED实时监控系统的数据传输的及时性和准确性是目前亟待解决的问题。

1 优化前监控系统通讯链路结构

国家能源集团九江发电有限公司350 MW发电机组的控制系统采用分散控制结构，LED实时监控系统是其中重要的子系统，它为运行人员操作提供数据支撑和帮助。监控系统的及时性和准确性主要依赖其通讯链路的设计[1]。

监控系统原有的通讯链路设计的思路：通过在DCS系统（型号：日立H5 000 M）增加通讯接口站，将机组的主要监控参数实时传送到MIS系统，进行数据后加工处理。然后再经过MIS系统将数据传送至LED监控系统，如图1。

图1 优化前通讯链路结构图

显然，这种方式的通讯链路，弊端是DCS系统与LED监控系统之间通讯的中间环节较多，涵盖DCS系统以及MIS系统和LED监控系统。每套系统参数处理的方式各不相同，过程十分复杂，当任一环节出现故障时，需要排查的设备多，涉及的部门和人员多。而DCS系统与其它系统不在同一网段上，信号经过MIS系统的处理后比现场实值有较大滞后性。这给相关部门的维护人员造成了很大的困扰，而热工的维护人员不具备通讯维护能力，分析问题、查找问题存在专业知识的欠缺和盲区，从而导致缺陷故障的延误[2，3]。

2 监控系统通讯链路优化设计以及实施方案

2.1 监控系统通讯链路优化设计

为了简化通讯链路，提高数据传输的及时性和效率，利用H5 000 M系统的应用软件CoreView的基础功能，将通讯程序和数据库设计成一个标准平台[4]。由于CoreView可以选配以太网（用于TCP/IP通讯及各串口卡（用于与多个串口通讯），支持多种协议（包括支持以太网TCP/IP协议，MODBUS协议等近10种），与其它具有标准协议的外部系统直接交换信息。各系统的不同通讯程序作为可选软件模块，这些可选的软件模块可针对不同的通讯协议进行设计，在实际使用时，只要根据自身的需求将不同软件模块类似搭积木的方式直接连接到标准平台即可。这样，就可以充分利用H5000M系统自带的通讯功能实现DCS系统至LED监控系统的直接通讯，使原通讯链路环节得到极大的简化，数据采集周期减少到了1 s之内，完全满足了实时监控的需求，如图2。

图2 优化后通讯链路结构图

2.2 监控系统通讯链路优化实施方案及调试

由于LED监控系统需要同时接收两台机组DCS系统的数据，必须在DCS系统与LED监控系统上位机之间施放了2根双绞线，绕开接口站、MIS等外部系统；LED上位机RS485端口不够用，则新增USB转RS485转换器，通过转换器增加成2路RS485端口；DCS系统的计算机仅有RS232端口，则新增RS232转RS485转换器，由此实现MODBUS总线所需的物理性连接。

在DCS系统侧利用CVModbus接口功能（接口方式为RTU主站，波特率9600，无奇偶校验）指定一台操作员站为数据站，同时新增对LED监控系统上位机的通讯组态，在H5000M系统传送点定义画面中（界面右侧上端区域显示当前的接口号，数据站，从站地址、接口方式等[2]。中间区域使用不同的选项卡定义各个功能码的通讯点。传送点应该定义在哪个功能码中，需要跟通讯对方商定。在此H5000M系统在功能码06对需传送信号单点置数组态）根据需要对上传的测点进行块号与地址的定义即完成DCS系统侧的设置。

LED监控系统仍利用原来的设备以及软件，仅在组态王软件上进行部分设置修改。首先定义新的外部设备“新IO设备”，在“设备驱动”里选择"PLC"->"莫迪康"->"Modbus RTUServer"->"COM"，然后按照提示进行选择，最后弹出新增COM口的串口参数设置，按照模块的串口通信参数进行设置。如图3所示。

需注意的是：

1）由于组态王里面的COM口的默认参数是校验位偶校验，而DCS系统侧设备为无校验，这里必须要修改过来，否则会通信失败，通信方式为RS-485。

2）设备地址设置为1:100（由于是RTUServer方式，地址格式 Address:ReceiveTime，Address:1-255，ReceiveTime:0-100接收数据时间）。

图3 LED监控系统新增设备操作界面

LED监控系统完成硬件组态后进行数据库的组态：选择"数据库"->"数据词典"之后点击右边的"新建"，按照图四填写相应参数，变量名以及变量描述依据自己的定义填写，由于采集的是模拟量信号，所以在此变量类型可设定为"I/O实数"，数据类型我们设置为"ushort"。寄存器选择：R1（每个测点定义一个独立的寄存器地址）。如图4所示。

图4 LED监控系统硬件组态图

打开组态王开发系统，新建画面，关联相关变量，在此我们选择的值输出为"模拟值输出"，最后进入view界面，打开画面，就可以看到从模拟量输入模块上采集的对应数值。

完成数据库以及画面组态后，进行系统联调，H5 000 M系统Modbus数据查看工具用于调试或者通讯链路中的数据查看，使用该工具可以确认DCS系统组态的正确性和通讯数值的正确性。

3 监控系统通讯链路优化调试遇到的问题及解决方法

在监控系统通讯链路优化调试工程中，通常会遇到下列问题及相应的解决方法：

1）在组态王设备驱动设置过程中，"Modbus RTUServer"的设备地址一项填写常发“格式错误”提示。通过系统帮助地址格式不是单纯的0~255，而是Address:ReceiveTime。即1:100。

2）组态王画面上显示的数据不正常。组态王中定义的寄存器地址跟实际设备不一致导致。DCS侧Modbus地址是从0开始的，而组态王Modbus协议驱动寄存器地址是从1开始的，遇到这种情况时在组态王中定义变量时，寄存器地址要进行加1处理。

3）组态王软件数据词典中最大原始值和最大值定义不当。会导致画面看到的数据和实际设备不一致。

4）DCS侧Modbus数据类型选择错误，模拟量支持9种数据类型，其中包括有符号整型，无符号整型。在开始组态时，错误的选择了“有符号整型”，造成传送到LED显示的数值显示0或1。

5）存在小数点位数的数值，在LED屏幕中无法显示出小数点后面的数值。由于DCS侧数据类型为无符号整型，通过在DCS系统侧调整增益的方式，将实际数据扩大至一定的倍数，将需要显示的小数位涵盖其中，然后在组态王中将相应的参变量缩小同等倍数。

6）机组真空以及炉膛压力信号等为负数时无法显示出来，原因为寄存器数值超出0~65535，导致系统无法识别。通过在DCS系统侧以增益及偏移的方式，将实际数据缩小至一定的倍数，然后在组态王中将相应的参变量适当扩大。经过试验，最终确定DCS侧，真空增益10、偏移2000；炉膛负压：增益1000、偏移2000。在组态王侧：真空的表达式：（\本站点、真空-2000）/10），炉膛压力表达式：（\本站点、炉膛压力-2000）*1）。

4 优化应用情况

国家能源集团九江发电有限公司350 MW发电机组DCS系统至LED监控系统的通讯链路优化完成后，经过一段时间的运行，数据传输通讯性能及故障率都得到了很大的提高，具体表现在：

1）LED实时监控系统的数据传输的及时性和准确性都得到了很大的提高。传输速率由原来的3～5 s缩短至1 s以内；数据准确性由原来的70%左右提高到90%以上。

2）故障率下降：通讯环节简化前，通讯故障平均每个月发生2次左右。自优化实施完成后，通讯故障至今仅出现过1次。

3）简化系统流程，查找故障点便捷，缩短了处理周期：整套监控系统均归属同一个维护部门，不存在跨专业的问题即不存在知识盲点，系统的运行流程清晰，容易查找故障点。

4）网络安全得到了提升。优化后的监控系统仅从DCS系统读取数据并进行显示，不存在与其它系统的数据交换。改造后，系统使用灵活，DCS系统的维护人员可以根据运行人员的要求，自行完成对DCS系统以及大屏上位机的组态以及修改，不影响其它设备的安全运行。

5 结语

结合本次优化后产生的效果，国家能源集团九江发电有限公司350 MW发电机组LED实时监控系统通讯链路的优化不仅提高了系统性能，而且降低系统故障率，减轻维护人员的劳动强度，取得了良好的效果。