火電廠語音報警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信研究與實現(xiàn)

劉鋼+劉馮洋

【摘要】 在回顧控制系統(tǒng)報警功能的基礎上上，綜合分析了基于Modbus的DCS數(shù)據(jù)通信、基于OPC的DCS數(shù)據(jù)通信和基于實時歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集，給出了數(shù)據(jù)通信在火電廠語音報警系統(tǒng)中的應用方法和實例。

【關鍵詞】 語音報警數(shù)據(jù)采集 ModbusOPC

一、引言

報警系統(tǒng)作為流程型生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是大型火電單元機組熱工自動化控制、報警、監(jiān)測、保護的四大功能之一[1]，也是火電廠運行人員實際集中監(jiān)控過程中依賴程度很高的重要系統(tǒng)。國內(nèi)外的主要分散控制系統(tǒng)（DCS）中均設置了專門的報警模塊，但DCS中的報警模塊一般采用顯示器或光字牌等形式實現(xiàn)，這類實現(xiàn)方式對運行人員的主動性要求較高，即使通過聲音方式進行提醒，也往往是單一的警示聲，這并不利于運行人員快速發(fā)現(xiàn)異常并定位異常位置進而快速確認報警進行下一步工作，因此在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)之外，需要加裝專門的語音報警系統(tǒng)以語音的方式明確地播報報警類型[2-3]。DCS是火電廠信息化框架中的底層現(xiàn)場數(shù)據(jù)來源，以外加裝置形式存在的語音報警系統(tǒng)需要通過數(shù)據(jù)通信的方式從DCS（或輔控等其它主要控制系統(tǒng)）中獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)并進行處理，本文主要討論火電廠1000MW機組DCS加裝語音報警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信問題。

二、基于Modbus的DCS數(shù)據(jù)通信

Modbus是由Modicon提出并實現(xiàn)的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議，是各家DCS生產(chǎn)廠商均支持的通用工業(yè)標準，因此Modbus是從DCS進行數(shù)據(jù)采集的首選通信方式。若語音報警系統(tǒng)設置在電子間或工程師站，距離作為通信站的DCS控制站較近，一般采用基于串行異步通信的Modbus協(xié)議，如果距離較遠，則可采用基于TCP/IP協(xié)議棧的Modbus-TCP協(xié)議，本文重點討論基于串口的情況。

標準Modbus端口采用的是定義了連接器、連接電纜、波特率、基本校驗方法、信號等級的RS232兼容串口，Modbus控制器使用“主-從”模式進行通信的，即主站以查詢方式主動發(fā)起數(shù)據(jù)連接，從站根據(jù)現(xiàn)場情況和主站指令進行響應。在語音報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過程中，語音報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序以主站方式存在，DCS通信模件以從站的方式存在，通信的發(fā)起是由語音報警系統(tǒng)發(fā)起的。

由于DCS中的Modbus模件采用的通訊模式是RTU（遠程終端單元），因此語音報警系統(tǒng)主要采用RTU方式進行通信，典型的Modbus信息幀如圖1所示。其中ADU是應用數(shù)據(jù)單元，PDU是協(xié)議數(shù)據(jù)單元[4]。

根據(jù)以上分析，可知基于Modbus的數(shù)據(jù)采集過程，如圖2所示。

為了確保DCS中報警信息與語音報警系統(tǒng)中報警信息的一致性，語音報警系統(tǒng)僅從DCS中獲取開關量（線圈狀態(tài)）而不是獲取模擬量進行比對，因此，整個通訊過程僅需要使用功能碼“01”讀線圈狀態(tài)。當DCS從站地址為1時，典型的請求指令（請求起始地址為1的16個數(shù)據(jù)點）和回應指令如圖3所示。

三、基于OPC的DCS數(shù)據(jù)通信

OPC是基于微軟DCOM實現(xiàn)的工業(yè)通信標準，一般由DCS實現(xiàn)OPC服務器并通過專門內(nèi)部協(xié)議與OPC服務器進行通信，客戶端通過OPC服務器獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。在語音報警系統(tǒng)中實現(xiàn)OPC客戶端即可完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。在編制OPC客戶端時，首先實現(xiàn)OPC對象，由此靠右使用OPC對象的各類屬性和方法[5]，典型的OPC服務器對象如圖4所示。

典型的訪問OPC服務器數(shù)據(jù)代碼如下（以C#為例）：

//建立OPC服務器

pIOPCServer = （IOPCServer）Activator.CreateInstance（svrCo mponenttyp）；

//建立OPC組

p I O P C S e r v e r . A d d G r o u p （ G R O U P _ N A M E ， 0 ， d w R e q u e s t e d U p d a t e R a t e ， h C l i e n t G r o u p ， h T i m e B i a s . A d d r O f P i n n e d O b j e c t （ ） ， h D e a d b a n d . AddrOfPinnedObject（），LOCALE_ID， out pSvrGroupHandle， out pRevUpdateRate， ref iidRequiredInterface， out pobjGroup1）；

//定義OPC點并進行初始化，初始化內(nèi)容包括：szItemID、hClient、bActive、dwBlobSize

OPCITEMDEF opcitem = new OPCITEMDEF（）；

//添加數(shù)據(jù)點

（（IOPCItemMgt）pobjGroup1）.AddItems（LO.Count， ItemDeffArray， out pResults， out pErrors）；

//讀取數(shù)據(jù)值

OPCITEMRESULT result = （OPCITEMRESULT）Marshal. PtrToStructure（pos， typeof（OPCITEMRESULT））；

四、基于實時歷史數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)接口的數(shù)據(jù)通信

在諸如DCS負荷較高、DCS通信模件不足等情況下，需要從SIS（廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)）中間接獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。SIS中一般采用諸如PI、eDNA等實時歷史數(shù)據(jù)庫作為核心，通過這些實時歷史數(shù)據(jù)庫提供的API（應用開發(fā)接口）可獲取數(shù)據(jù)。

對于eDNA數(shù)據(jù)庫，一般采用DNAGetRTValue方法獲取實時值。該函數(shù)的原型為：

IntWINAPI DNAGetRTValue（const char *szPoint，double*pdValue）；

在使用時打包為C#函數(shù)

[DllImport（“ezdnaapi.dll”，EntryPoint=”DNAGetRTVal ue”）]

Public static extern intDNAGetRTValue（string szPoint，ref double pdValue）；

其中szPoint是要獲取數(shù)據(jù)點的點名，通過對報警點表循環(huán)調(diào)用該函數(shù)，即可獲取各個開關量的狀態(tài)，從而進行報警。

對于PI數(shù)據(jù)庫，可以選擇使用PI-SDK進行訪問，一般的訪問步驟包括：

1）連接到PI

PISDK.IPISDK piSDK= new PISDK.PISDKClass（）；

PISDKDlg.ConnectionspiConn=new PISDKDlg. ConnectionsClass（）；

PISDK.ServerpiServer；

piServer=piSDK.Servers[“192.168.103.101”]；

piConn.Login（ref piServer，refUID，refPWD，true，false）；

2）讀取數(shù)據(jù)

PISDK.PIPointpiPoint；

piPoint=piServer.PIPoints[“TagName”]；

piTagValue=Convert.ToDouble（piPoint.Data.Snapshot.Value）；

五、現(xiàn)場應用

以上對語音報警系統(tǒng)中現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集常用方法進行了分析，在實際應用中需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行分析。以平圩電廠三期2*1000MW機組工程為例，該工程采用Ovation作為DCS，以DCS為監(jiān)控核心，實現(xiàn)對單元機組機、爐、電集中控制。Ovation按照開放式網(wǎng)絡標準建立了整套工業(yè)系統(tǒng)[6]，在設計期加裝了Mobus串口通信模件并提供了開放的工業(yè)化通信環(huán)境，因此在該工程中采用Modbus與DCS進行通信，通信數(shù)據(jù)點每臺機組232個，其中備用點80個，數(shù)據(jù)點涵蓋了電力生產(chǎn)的各個重要環(huán)節(jié)，通信速度可以達到每秒1000點次，完全可以滿足語音報警的數(shù)據(jù)要求。

參 考 文 獻

[1]黃勇. 火電廠熱工自動化的安全系統(tǒng)研究[J]. 硅谷，2011，20：81.

[2]李延華.1000MW機組熱控自動化設計方案探討[J].中國高新技術企業(yè)，2013，36：49-51.

[3]王君宇，王明春.電廠新型語音報警系統(tǒng)的研究和開發(fā)[J].發(fā)電設備，2014，06：421-423+427.

[4] 于樹新，戴毅姜，周黎輝，陳潔.Modbus協(xié)議在DCS通信中的應用[J].儀器儀表與分析監(jiān)測，2007，01：1-2+6.

[5] 劉志強.OPC數(shù)據(jù)存取服務器和客戶端的研究與設計[D].內(nèi)蒙古大學，2011.

[6] 李濱.OVATION控制系統(tǒng)在1000MW超超臨界機組的應用[J].華東電力，2012，08：1452-1455.