赵喜波

(黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西 太原 030000)

龙口水电站位于黄河北干流托龙段尾部、山西省和内蒙古自治区的交界地带，左岸是山西省忻州市的偏关县和河曲县，右岸是内蒙古自治区鄂尔多斯市的准格尔旗。龙口水电站为河床式，左岸布置电站厂房，右岸布置泄流建筑物。电站装设的4台单机容量100MW的轴流转桨式水轮发电机组用于晋蒙电网调峰，1台单机容量20MW的混流式水轮发电机组用于非调峰期向河道泄放基流，小机组参与基荷运行。电站以220kV电压等级接入电力系统。电站按无人值班设计。

龙口水电站通风集控系统整体采用Modbus RTU通信方式，主站采用PM583可编程控制器和CM574-RS通信模块，子站采用PM571可编程控制器等部件，在相同波特率情况下Modbus RTU传输的字符密度较高，开发编程简单，方便现场维护。

1 Modbus简述

Modbus由Modicon于1979年发明，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，可使用ASCII或RTU两种通信模式在标准Modbus上通信。ASCII模式通信时，信息帧的每一个字节用两个字符标识，而以RTU模式通信时，信息以8位二进制方式传送，这种方式的最大好处是在同等传输速率下，可以比ASCII传输模式传输的数据量更大，因此ASCII传输模式较RTU传输模式消耗的时间长，存储空间也较大。但ASCII模式的优点则是容易读取。综合考虑，鉴于子站设备多且分散，电站采用Modbus RTU通信方式，有利于数据的传输，便于运行人员对现场设备工况数据进行监视。在配置每台控制器时，Modbus总线上的所有设备应具有相同的通信模式和串行通信参数。

1.1 Modbus RTU模式

可编程控制器以RTU模式在Modbus总线上进行通信时，信息中的每8位字节分成2个4位十六进制的字符，该模式的主要优点是在相同波特率下其传输的字符密度高于ASCII模式，每个信息连续传输。Modbus RTU通信传送的信息帧分为独立的信息头，发送的编码数据和数据校验，RTU模式下信息帧见表1。

表1 Modbus RTU模式传输方式信息帧格式

RTU模式中有效的从机设备地址范围为0～247(十进制)，各从机设备的寻址范围为1～247，主机把地址放入信息帧地址区，并向从机寻址，从机响应时，把自己的地址放入响应信息的地址区，让主机识别已作出响应的从机地址，地址0为主站地址，所有从机均能识别。

1.2 Modbus常用功能码

现场主站与子站通过Modbus信息帧进行数据通信，Modbus主要的功能码见表2，不同功能码相互协作，完成主站子站之间信息传输与控制。

表2 Modbus常用功能码

调试主站与子站通信时，需要提前对调试设备进行遥控测试，现举实例说明：对AC500可编程控制器PLC地址%MX0.400.1的8个数据位进行读写操作，子站地址为03。

写1指令发送报文为：03 05 0C 81 ff 00。

返回报文：03 05 0C 81 FF 00 DE A0。

写0指令发送报文为：03 05 0C 81 00 00。

返回报文：03 05 0C 81 00 00 9F 50。

其中十六进制地址810CH与AC500可编程控制器地址%MX0.400.1相对应，通过指令测试可确定PLC设备通信链路是否正常。

2 通风集控系统网络及作用

通风集控系统由通风系统集中控制盘(主站)、现地控制单元(12个子站)及通信电缆组成，所有通风系统控制装置连成网络后，由通风系统集中控制盘接入监控上位机，通信机用RS485接口通信，网络结构见图1。

通风集控系统主要控制电站各类风机(包括送风机、消防排烟风机、消防排二氧化碳风机)和防火阀，集控盘与站内上位机通信，实现电站计算机监控系统对通风设备的监视控制和信息存储；火灾自动报警系统对子站通风设备的联动控制，保证火灾自动报警系统能启动通风设备，消防火灾联动控制柜采用多线控制以提高控制可靠性。

图1 通风系统网络结构

通风集控屏和现地控制箱采用AC500可编程控制器，实现对风机和防(排)烟阀的单机和成组控制，风机及防(排)烟阀的连锁控制，通过工业总线网接受指令，实现风机的远程控制，并能监视全厂风机的运行状态。

3 常见问题及解决方法

3.1 集控屏PLC与所有子站PLC之间通信中断

常见问题：通风集控系统站点分散，且现场环境复杂，现场运行和调试难度较大。集控屏主站触摸屏操作指令无法控制子站设备，主站与现地子站控制箱无法通信，在主站本体通信口可以下载和监控程序，主站与子站通信无响应，通信中断。

解决办法：通过反复检测发现通信中断原因是集控屏PLC COM1口故障，不但不能和控制箱PLC通信，也不能和触摸屏通信，由于通信口可以下载和监控程序，且故障点在PLC底座上；由于子站控制箱PLC的底座型号和集控屏PLC底座型号一样，且控制箱PLC只需要使用一个通信口，所以将子站控制箱PLC底座和集控屏PLC底座进行互换，互换后集控屏PLC与控制箱PLC之间通信恢复正常。

3.2 主站控制器的通信模块编译错误

常见问题：集控侧程序编译报错，通信模块库文件丢失。

解决办法：查找缺失对应的库文件，进行添加，编译通过。

3.3 子站控制器的通信异常

常见问题：现地调试子站，子站与调试电脑通信正常，恢复接线后仍无法与主站取得联系。

解决办法：检查硬件链路，由于RS485通信接入的通信防雷模块故障，导致硬件通信链路故障，更换新通信防雷模块后，通信恢复。

3.4 通信硬件链路问题

常见问题：因线路大部分采用两线制接线方式以及屏蔽双绞线，大部分厂家的接线端子标识为A、B。但由于各厂家之间采用的规范有可能不统一，致使有的A是正极，有的B是正极，再加上第三方设备接线混乱，正负极经常接反。

解决办法：站线接好后，用万用表测量线间电压，电压一般为1～5V，无电压值时无法通信。检查线路和接线；测量电压值，判断正负后再接入主站设备对应端子。

3.5 通信参数错误配置

常见问题：集控通信的子站较多，编程配置通信参数时，会出现站点ID重复或缺失的情况。

解决办法：根据现场设备分布情况，合理配置各站点参数，梳理清楚串口参数，依次查看并记录波特率、数据长度、校验、停止位等参数。

3.6 传输信号干扰

常见问题：电力设备场所电磁辐射源较多，存在信号衰减或者干扰现象。

解决办法：将通信线电缆屏蔽层、控制盘柜接地铜排接入二次等电位接地网，降低干扰，或者重新敷设更好的屏蔽电缆。

3.7 通信响应慢或无响应

常见问题：通信正常后，当主站下发通信控制指令时，子站响应较慢或无响应。

解决办法：主站查询和控制的子站较多，主站通信模块需要执行全部站点信息，串口通信所需时间周期较长，因此主站可编程控制器进行逻辑位控制时，应兼顾主站扫描周期和子站响应时间。

3.8 主站控制子站设备与目标不一致

常见问题：集控通风主站控制子站风机或防火阀时，下发指令后反馈的结果不一致，而相邻的子站设备误动作。

解决办法：检查主站Modbus定义地址，地址偏移会影响主站指令，造成错位控制。应严格筛查子站地址中每一个字节的数据位，与主站定义要求一致，检查数据格式是否正确。

3.9 子站控制设备动作异常

常见问题：主站与子站通信读取数据正常，控制指令时子站发生设备误动或拒动现象。

解决办法：检查子站PLC地址与现地设备是否一致，可在现地调试设备的单个输出指令，并进行验证。

4 结 语

利用基于Modbus RTU通信协议的通风集控系统，既可实现通风系统的集中控制操作，又能与监控系统上位机进行通信监视，方便电站运行人员操作监视；各通风子站又可与火灾消防系统联动，满足火灾消防通风的要求，提高了控制过程的自动化程度，降低了设备维护的人工成本。