罗克韦尔自动化集成架构在陕西国华锦界煤电工程中的应用

1 工程慨况 陕西国华锦界发电厂总设计容量为4800兆瓦，分四期建设，每期为2X600兆瓦，发电机冷却系统采用变频器风冷方案（见图1、图2和图3）。 图1 风冷岛仰视 图2 风冷岛鸟瞰图（模型） 冷却系统配置AB公司PowerFlexF700系列20BC205A3ANNADC0型110KW变频器4X56台，四期共配224台。变频器拖动变频电机，使直径10米的风机旋转，从而将地面冷空气向上喷射到盘管，进行热交换。这种风冷方式比传统的水冷方式，每年可节约用水大约3400万立方米，特别适用于干旱少雨的地区。 变频器的启动/停车及输出频率的调节既可以在变频器室就地控制，也可以在DCS监控中心远程控制。变频器的运行信息（启动/停车/故障、输出电流、输出频率等）通过硬接线和DeviceNet网络两个不同的途径同时送到DCS监控中心，组成互为冗余的信息系统。 系统调试时，在PC机上安装RSLogix5000、RSNetWorx for DeviceNet、RSLinx Classic Gateway软件。目前一、二期已经建成并网发电,三、四期正在施工中.图3是二期变频器控制室. 图3 变频器室一角 2 变频器控制[1] 图4 变频器控制原理图 ①运行模式 变频器有手动和自动两种运行模式。参数P361=7，P320=01 手动模式：，P90=2，P325=10，P326=0 将开关S5打到“手动”位置，将开关S3打到“运行”位置，KA1吸合，变频器启动；S3打到“停车”位置，KA1释放，变频器停车。变频器输出频率通过电位器R给定。 自动模式：P93=1，P322=20，P323=4，P364=15 将开关S5打到“自动”位置，当DCS输出S4闭合时，继电器KA2吸合并自保，变频器启动，当DCS输出S1断开时，继电器KA2释放，变频器停车。输出频率由DCS送到端子1-2的电流给定。 ②硬接线通信：参数P340=11，P342=0，P343=20，P344=4，P345=2，P346=20，P347=4，端子6-7输出频率信号，端子8-9输出电流信号。 ③故障保护：P380=1，P362=2，P363=0，变频器故障时，端子11-12闭合，继电器KA3吸合，灯亮，停车，将开关S2打到旋转“清除”位置，S2闭合，通过端子28清除故障。 ④运行信号：设置P384=4，变频器运行时端子15-16接通，继电器KA4吸合，运行灯亮 3 设备网 构建设备网的目的是将变频器的输出电流、输出电压和输出频率传送到DCS系统，和硬接线组成冗余的信息通信。 按照风冷岛风机的布局，将变频器分成8排，每排7台。56台变频器分成2个网络，分别由两块1756-DNB模块控制，1-28号变频器由地址为61的模块控制，29-56号变频器由地址为62的模块控制。 通信适配器型号为20-COMM-D。适配器主要参数设置如下表[2]： 特别应该指出：参数10和11设置为3可以确保当通信失败或扫描器故障时变频器仍保持正常运行。 图5 设备网 设备网通信模块指示器： 正常运行时，模块面板上排显示器显示“A#62 RUN”，下排MOD/NET，I/O，OK三个LED灯绿色常亮，其中“62”是模块的节点号。 当通信故障（例如断线）时：模块面板上排显示器显示“A#62 RUN N#43 E#78”，下排MOD/NET红色闪动，I/O，OK绿色常亮，表示第43号节点故障，故障码78。 当网络失电时：显示“No Network Power”, MOD/NET红色闪动，I/O灯不亮，OK绿色常亮. 设备网电缆为BELDEN 3082A,网络电源为AB 1606-XLE DC24V10A.。 4 MODBUS通信 由于上位机和PLC通信使用Modbus协议，因此，在机架1#槽插入美国Prosoft公司的通信模块：MVI56-MCM（插在1#槽的原因是：和模块同时提供的样例程序是对1#槽编制的，如果插在其他槽，需要对样例程序进行修改）[3]。 Modbus协议是一种通用的工业标准，应用十分广泛，特别是近几年，笔者为用户进行系统设计时，经常遇到Modbus自动化仪表和AB PLC通信问题，例如：污水处理厂、发电厂等。如何使用第三方模块，用户和设计/调试人员都比较生疏，为此，本文就MVI56-MCM模块在AB PLC系统中的使用方法进行较详细的讨论，供同行参考。 MVI56-MCM模块是Modbus网络和Allen-Bradley backplane之间的一个网关，在Modbus网络上异步传送来自于ControlLogix处理器的数据。模块内部有5000个字的继存器，用于处理器和Modbus网络之间的数据交换。 4．1 模块的使用 使用模块的第1步是设置模块： 把样例程序复制到工程中并按图6、图7进行配置（样例程序可以在模块所附的光盘上找到，中文说明书可以在Prosoft网站上找到）。 图6是配置输入/输出镜象空间。模块的输入镜象是250个字，输出镜象是248个字，它的作用是：当模块和ControlLogix进行双向数据交换时作为数据缓冲区。这些工作在把样例程序复制到工程后程序自动完成。模块数据结构也同时自动完成（图7）。 图6 配置输入/输出 图7 用户定义数据 图8 配置通信参数 按图8配置通信：打开Controller Tags，展开MCM文件夹，对通信速率、数据位、停止位、校验、站号进行配置。 port1设置： MCM.port1.enabled=1 MCM.port1 .type=1 MCM.port1 .baudrate=19200 MCM.port1.databits=8 MCM.port1.stopbits=1 MCM.port1.slaveID=1（1#站） 同样port2设置为: MCM.port2.slaveID=2（2#站） 最后用模块自带的电缆通过设置/调试端口将它下载到模块,配置工作结束（下载时把模块跳线插到“SETUP”位置，结束后恢复到“RUN”位置）。 使用模块的第2步是编制应用程序（见图9）。 Modbus串行链路协议是一个主-从协议，采用请求-响应方式，主站发出带有从站地址的请求报文，具有该地址的从站收到后发出响应报文进行应答。串行总线中只有一个主站，可以有1-127个从站。Modbus通信只能由主站发起，子站在没有收到来自主站的请求时，不会发送数据，子站之间也不会互相通信。 本例中为了把变频器的实时运行数据通过Modbus网络传送到DCS系统，按下面3个步骤进行： 第1步：在MainRoutine中添加梯级1和2（见图10），图9中MainProgram是样例程序。作用:启动设备网扫描模块。 第2步：编制程序main，作用：把变频器的数据写入模块的数据区（见图12）。 图9 用户程序 图10 MainRoutine 图11 main 图12 写入变频器数据 图13用MSG指令读取参数值 图14 设置路径 图12是读取节点1变频器的输出电流、输出电压和输出频率的梯形图。其中，梯级0和梯级1是读取输出电流值并将其放在MCM.WriteData[0]和MCM.WriteData[1]中。梯级2和梯级3是读取输出电压值并将其放在MCM.WriteData[2]和MCM.WriteData[3]中。梯级4和梯级5是读取输出频率值并将其放在MCM.WriteData[4]和MCM.WriteData[5]中。每一个参数占2个字。图13、14是MSG指令的配置。 第3步：对样例程序和用户程序进行规划，图15表示先执行样例程序后执行用户程序。 图15 程序排定 图16是数据传送结果，图中：1#变频器输出频率为34.1hz,电压为270.7v,电流为0（输出未接电动机）。 图16 节点1读取的参数 读取变频器输出频率的另一个方法： 由于变频器的输出频率是隐式信息，1#变频器上传到PLC的数据被映射到 2：I.DATA[0]，见图17。这个32位字的前16位是状态字，后16位是变频器输出频率值。因此，可以用COP命令将它读出。 图17 1#变频器输入映射 4．2 输出连接