DCS與TCS通訊指令脈沖寬度問題研究

趙東升 黃耀 袁孝松

【摘 要】論文通過對指令脈沖寬度的分析及其對DCS與TCS通訊的影響，提出了DCS側(cè)指令脈沖寬度的修改方案，增強了二者通訊的可靠性，防止由于指令脈沖寬度設置過短而出現(xiàn)指令丟失。

【Abstract】The paper analyzes the pulse width of the instruction and its influence on the communication of DCS and TCS， and puts forward the modification scheme of pulse width of DCS side instruction， which enhances the reliability of the communication of the two， and prevents the instruction loss for the instruction pulse width is set too short.

【關鍵詞】DCS；TCS；通訊；指令；脈沖寬度

【Keywords】DCS； TCS； communication； instruction； pulse width

【中圖分類號】TK39 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）11-0173-02

1 問題描述

某電廠TCS側(cè)有專門用于汽機控制的子組SGC、SLC等，子組由操縱員在DCS側(cè)畫面中進行相應的投入與退出操作，以實現(xiàn)對汽機的控制。目前，在1號機65號站DCS與TCS通訊中，DCS送TCS的指令脈沖寬度為2秒，但DCS與TCS的最長通訊周期約為3秒，如此可能導致DCS側(cè)發(fā)出的脈沖指令丟失，致使TCS側(cè)無法準確接收到DCS側(cè)發(fā)出的脈沖指令。指令丟失嚴重影響通訊的可靠性和準確性，有可能導致TCS側(cè)接收不到DCS側(cè)的命令而使汽機的運行不受控，影響機組的穩(wěn)定運行。

2 原因分析

電廠DCS與TCS通訊采用MODBUS通訊協(xié)議，其為請求應答機制，雙方中需要一方作為MODBUS通信主站，另一方作為從站，主站向從站讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)的過程為：主站向從站請求讀寫需求，從站響應主站請求[1]。

如圖1所示：TCS與DCS之間的通訊互為冗余，TCS側(cè)有兩對CM104通訊網(wǎng)關；DCS側(cè)也有兩對COM網(wǎng)關。冗余功能由雙方共同管理，為并行冗余模式，即在兩條通信鏈路上，數(shù)據(jù)的收發(fā)同時進行， DCS-A網(wǎng)關COM65A到TCS-A網(wǎng)關CM6A，DCS-B網(wǎng)關COM65B到TCS-B網(wǎng)關CM6B同時進行數(shù)據(jù)收發(fā)。DCS側(cè)網(wǎng)關為主站，TCS側(cè)網(wǎng)關為從站。DCS與TCS系統(tǒng)的通訊站各自兼顧各自冗余情況，冗余主站故障時從站自動切換成為主站。

電廠DCS與TCS之間的通訊總共使用了1、3、5、15、16等功能碼，功能碼1用于DCS讀取TCS送過來的開關量，一條報文可以同時讀取多個開關量；功能碼3用于DCS讀取TCS送過來的多個模擬量，也就是一條報文可以包含多個模擬量；功能碼5用于DCS向TCS發(fā)送指令，一條指令一條報文，并且沒有發(fā)指令的時候，功能碼5的報文不循環(huán)發(fā)送的；功能碼15用于DCS向TCS發(fā)送指令，可以一條報文同時發(fā)送多個指令，并且不斷的循環(huán)發(fā)送；功能碼16用于DCS向TCS發(fā)送模擬量指令，可以一條報文同時發(fā)送多個指令，并且不斷的循環(huán)發(fā)送。

通過對3號機組通訊進行抓包分析，得到各報文傳輸時間：A列通訊周期為2.648秒，B列通訊周期為1.307秒。TCS側(cè)西門子CM模塊默認以A列為主，B列為輔。CM6A有延遲，但是不直接影響通訊，也不是鏈路等直接影響通訊的故障，所以通訊仍將以A列為主，即通訊周期為2.648秒。由于1號機組與3號機組的通訊機制、通訊設備均相同，3號機組的分析結(jié)果可以作為1號機組通訊周期約為3秒的依據(jù)。

DCS與TCS之間每一個通信點都有一個固定地址，DCS對TCS發(fā)送指令脈沖的過程即為DCS中將相應地址存儲器中的數(shù)據(jù)寫入TCS中對應地址存儲器的過程。

目前指令脈沖的寬度設置為2秒，以最長通訊周期為3秒計，指令脈沖丟失過程如圖2所示：

假設T1為最長通訊周期，即T1 為3秒，在通訊周期T1中，DCS側(cè)在t0點發(fā)送網(wǎng)絡報文，在滯后時間△t內(nèi)DCS發(fā)出了對TCS的指令脈沖，即DCS中將相應的地址存儲器置“1”并維持2秒。在T1周期內(nèi)指令脈沖是在發(fā)出請求報文△t之后才到達，所以在T1周期內(nèi)TCS中并不能接收到指令脈沖。當0s<△t<1s時，由于脈沖寬度為2秒加滯后時間△t小于通訊周期3秒，而T1周期從DCS中發(fā)出報文到接收到TCS側(cè)的應答時間需要3秒，所以當T1通訊周期結(jié)束T2開始時，脈沖指令已經(jīng)消失，即相應地址存儲器內(nèi)的值已置“0”，如此導致在T2周期內(nèi)TCS側(cè)依然接收不到DCS側(cè)的指令脈沖，致使指令丟失。

3 改進方案

目前通訊周期延遲問題還在分析論證階段，短期無法解決，所以將DCS側(cè)指令脈沖寬度設置為2秒有可能造成指令丟失，將DCS側(cè)的指令脈沖寬度修改為4秒，如此讓脈沖寬度大于MODBUS的通訊周期，這樣不論指令脈沖在何時出現(xiàn)，都可以保證在兩個通訊周期內(nèi)TCS側(cè)接收到DCS側(cè)指令。修改前后的指令脈沖通訊如圖3和圖4所示：

以上圖4所示，將指令脈沖寬度修改為4秒可以確保DCS側(cè)指令通訊到TCS側(cè)，避免了指令的丟失，提高了通訊可靠性。同時，由于只是修改脈沖寬度，對系統(tǒng)不會造成其他負面影響，需要修改指令脈沖寬度的通訊點如表2所示。

【參考文獻】

【1】湛繽紛.核電廠DCS與TCS系統(tǒng)接口方案應用優(yōu)化：中國核科學技術(shù)進展報告（第四卷）——中國核學會2015年學術(shù)年會論文集第2冊（核能動力分卷（上）），2016[C].北京：中國原子能出版社，2016.