DCS與TCS通訊指令脈沖寬度問題研究

趙東升，黃耀，袁孝松

（中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518124）

1 問題描述

某電廠TCS側(cè)有專門用于汽機(jī)控制的子組SGC、SLC等，子組由操縱員在DCS側(cè)畫面中進(jìn)行相應(yīng)的投入與退出操作，以實(shí)現(xiàn)對汽機(jī)的控制。目前，在1號機(jī)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(dǎo)致DCS側(cè)發(fā)出的脈沖指令丟失，致使TCS側(cè)無法準(zhǔn)確接收到DCS側(cè)發(fā)出的脈沖指令。指令丟失嚴(yán)重影響通訊的可靠性和準(zhǔn)確性，有可能導(dǎo)致TCS側(cè)接收不到DCS側(cè)的命令而使汽機(jī)的運(yùn)行不受控，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)答機(jī)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(yīng)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(guān)；DCS側(cè)也有兩對COM網(wǎng)關(guān)。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(shí)進(jìn)行，DCS-A網(wǎng)關(guān)COM65A到TCS-A網(wǎng)關(guān)CM6A，DCS-B網(wǎng)關(guān)COM65B到TCS-B網(wǎng)關(guān)CM6B同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。DCS側(cè)網(wǎng)關(guān)為主站，TCS側(cè)網(wǎng)關(guān)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(shí)從站自動(dòng)切換成為主站。

圖1 冗余通訊機(jī)制

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(guān)量，一條報(bào)文可以同時(shí)讀取多個(gè)開關(guān)量；功能碼3用于DCS讀取TCS送過來的多個(gè)模擬量，也就是一條報(bào)文可以包含多個(gè)模擬量；功能碼5用于DCS向TCS發(fā)送指令，一條指令一條報(bào)文，并且沒有發(fā)指令的時(shí)候，功能碼5的報(bào)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(bào)文同時(shí)發(fā)送多個(gè)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(bào)文同時(shí)發(fā)送多個(gè)指令，并且不斷的循環(huán)發(fā)送。

通過對3號機(jī)組通訊進(jìn)行抓包分析，得到各報(bào)文傳輸時(shí)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(rèn)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(jī)組與3號機(jī)組的通訊機(jī)制、通訊設(shè)備均相同，3號機(jī)組的分析結(jié)果可以作為1號機(jī)組通訊周期約為3秒的依據(jù)。

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

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

圖2 指令丟失示意圖

假設(shè)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(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，在滯后時(shí)間△t內(nèi)DCS發(fā)出了對TCS的指令脈沖，即DCS中將相應(yīng)的地址存儲(chǔ)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(bào)文△t之后才到達(dá)，所以在T1周期內(nèi)TCS中并不能接收到指令脈沖。當(dāng)0s＜△t＜1s時(shí)，由于脈沖寬度為2秒加滯后時(shí)間△t小于通訊周期3秒，而T1周期從DCS中發(fā)出報(bào)文到接收到TCS側(cè)的應(yīng)答時(shí)間需要3秒，所以當(dāng)T1通訊周期結(jié)束T2開始時(shí)，脈沖指令已經(jīng)消失，即相應(yīng)地址存儲(chǔ)器內(nèi)的值已置“0”，如此導(dǎo)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(jìn)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(shè)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(shí)出現(xiàn)，都可以保證在兩個(gè)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(shí)，由于只是修改脈沖寬度，對系統(tǒng)不會(huì)造成其他負(fù)面影響，需要修改指令脈沖寬度的通訊點(diǎn)如表2所示。

圖3 修改前指令脈沖寬度2S通訊示意圖

圖4 修改后指令脈沖寬度4S通訊示意圖

表1 修改指令脈沖寬度通訊點(diǎn)