MB+通信编程实现水电站监控系统数据采集与控制

唐　辉，李　俊，吕晓东（雅砻江水电开发有限公司官地水电站，四川 西昌 615000）

MB+通信编程实现水电站监控系统数据采集与控制

唐辉，李俊，吕晓东
（雅砻江水电开发有限公司官地水电站，四川 西昌 615000）

摘要：通过介绍MB+网的应用对象、特点、工作方式、帧格式等，简要说明了坝区监控系统(以下简称坝区LCU)的MB+组网结构，以表孔闸门控制系统为例，重点阐述施耐德PLCUnityPro如何以MB+通信编程方式实现坝区LCU对辅助控制系统的数据采集与控制，总结官地水电站MB+组网应用特点、不足及处理措施，指出MB+网对水电站辅助机电设备在检修、运行方面的作用及实现官地水电站现代化建设和发展上所表现出的意义。

关键词：MB+；LCU；PLC；MBP_MSTR；UnityPro

0　引言

官地水电站坐落在四川省凉山州，装机4台，共2400MW，2012年全部投产后由设在成都的总部集控中心进行远程监控，电能主要输往华东地区，作为刚投产的新型电站，在计算机监控系统建设上大量采用了通信、网络技术来实现电站的数据采集与控制，其中利用MB+通信方式实现了计算机监控系统LCU对全厂辅助控制系统进行数据采集及控制。

1　MB+简介

MB+是ModBusPlus的简称,是Schneider公司推出的一种专为工厂级应用而设计的工业局域网，主要为其PLC产品提供一种网络通信协议，是一种高速现场总线网络，也是一种典型的令牌总线网。它允许计算机、PLC和其他数据源以对等方式进行通信,设备通过获得“令牌”的方式实现数据交换,严格定义了令牌的传递方式、数据校验及通信接口等方面的参数。标准MB＋网最多可支持32个对等节点，通信距离为457.2m，网络中的每个节点均分配有唯一的地址，一个节点拥有令牌就可以与所选的目标进行信息传递。数据传送速率达1Mb/s,MB+网的构成部件主要包括可编程控制器（PLC）、RR85中继器、BP85网桥、BM85网桥多路器等，PLC是MB+网的关键节点部件；网络为模块式结构，可根据实际要求配置成树形、星形、环形，传输介质为双绞线、同轴电缆或光纤，MB＋网具有高速、对等通信结构简单、安装费用低等特点。典型应用主要包括网络控制、数据采集、信号监测、程序上装/下传、远程测试编程等。

MB+网工作过程：

（1）从低地址向高地址顺序传递令牌。

（2）其他未获令牌节点处于监听状态，并记录获令牌节点的要求。

（3）原处于监听状态的节点获得令牌后，便按上次拥有令牌节点对自己的要求收/发数据。同时向网上节点发布自己的要求，并自动传递令牌。

MB+报文帧格式如表1所示。

表1

2　MB+组网应用

以计算机监控系统坝区LCU接入表孔闸门控制系统（共5套）中的1号表孔闸门PLC为例，其结构示意图如图1。

图1坝区LCUMB+网结构示意图

坝区LCU及辅助控制系统均采用施耐德昆腾PLC，网络传输介质为双绞线，与分支缆连接的专用插头可插进每个PLC的9针D型ModbusPlus口上，在一个网络的两端节点，使用专用的终端插头，在其余中间节点使用专用的TAP在线插头，MB+网络电缆总长度400m，网络节点数量8个。

坝区LCU与1号表孔闸门PLC的通信是通过图形化工程块语言（FBD）的MBP_MSTR功能块来进行的，该功能块是施耐德PLCUnityPro软件专用于网络通信（MB+、TCP/IP、SY/MAX以太网）的功能块，使用该功能块可以读取或写入1号表孔闸门PLC的内部字（%MW）。以报文中地址码来区分5套表孔闸门，以报文中功能码实现读写数据请求。

3　坝区LCUMB+通信编程

坝区LCU中与1号表孔闸门PLC通信的数据读取的初始化结构化文本（ST）程序定义如下：

IFBKZM1_PLC=1THEN//1号表孔闸门PLC有效MBP_BKZM1:=11;//1号表孔闸门站地址11 MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[1]：=2；//CONTROL[1]=2：读取1号表孔闸门PLC数据

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[3]: =DINT_TO_INT(IN:=(BKZM1_DI_NO/16))+DINT_TO_INT(IN:=BKZM1_AI_NO)+1；//CONTROL [3]=DINT_TO_INT(IN:=(BKZM1_DI_NO/16)) +DINT_TO_INT(IN:=BKZM1_AI_NO)+1:数据区，读取1号表孔闸门PLC状态量、模拟量数据的数量；

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[4]:=601; //读取 1号表孔闸门 PLC寄存器起始地址（% MW601）

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[5]:=11; //地址码：1号表孔闸门PLC的地址

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].CONTROL[6]:=0; //目标节点地址:如CONTROL[5]已设置，本项为0

MBPLUS_R[MBP_BKZM1].ENABLE:=1；//使能=ON

ENDIF

坝区LCU中与1号表孔闸门PLC通信的数据写入初始化程序定义如下：

IFBKZM1_PLC=1THEN

MBP_BKZM1:=11;

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[1]:=1;

//CONTROL[1]=1：向1号表孔闸门PLC写入数据

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[3]:=1;

//CONTROL[3]=1:数据区，向1号表孔闸门PLC写入1个字（闸门开度数据、闸门启闭令）

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[4]:=800;

//写入1号表孔闸门 PLC寄存器地址（% MW800）

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[5]:=11;

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].CONTROL[6]:=0;

MBPLUS_1[MBP_BKZM1].ENABLE:=1;

ENDIF

坝区LCU中与1号表孔闸门PLC通信使用MBP_MSTR功能块，如图2：

图2坝区LCUMSTR功能块图

功能块参数释义：

ENABLE：若MBPLUS[MBP_BKZM1].ENABLE: =1，则功能块激活。

SUCCESS：BooL值，当读取1号表孔闸门PLC数据成功时为1（ON）。

CONTROL：数组，数据类型为字，执行通信初始化程序中的CONTROL[X]中的内容。

DATABUF：数组，数据类型为字，对于提供数据的操作（如上位机设定闸门预置开度数据的操作、闸门的启闭等），该数据字段为数据源。对于接收数据的操作（如读取1号表孔闸门PLC数据），该数据字段是数据目标。

TON：接通延时功能块，20s内MSTR未成功读取表孔闸门控制系统数据（MBPLUS_1[MBP_BKZM1]. SUCCESS参数值体现）则判定系统间MB+通信失败。

坝区LCU节点地址为1号，优先获取令牌，向11号节点-1号表孔闸门PLC发出读取或写入数据要求，1号表孔闸门PLC收到读数据要求后将数据放入起始地址为%MW601寄存器片区，MBP_MSTR功能块从寄存器%MW601接收到的数据放在MBPLUS_1[MBP_BKZM1].DATABUF，LCU将.DATABUF中的数据字通过循环程序（定义为状态量地址的字提取16个状态量数据，定义为模拟量地址则提取一个模拟量数据）读完所有的寄存器数据。

当运行人员在上位机经坝区LCU预置闸门开度数据时，闸门设定值写入MSTR功能块程序语句MBPLUS1[1].DATA_BUF[1]:=DUMMY.AI_VALUE[11]，1号表孔闸门PLC收到写数据要求后将地址% MW800清空迎接新的数据写入，通过%MW800读取到坝区LCU的.DATA_BUF[1]数据，设定开度值并将值回送到坝区LCU,坝区LCU判断与1号表孔闸门 PLC的 MB+网通信状态（即 MBPLUS_1 [MBP_BKZM1].ERROR=0）是否正常以及闸门设定开度值与闸门开度MB+通信反馈值（COMMU. AI_VALUE[31]）相一致后方可执行下一步流程，否则上位机发出报警提示并拒绝执行指令，闸门开度控制程序如下：

732:IF(MBPLUS[MBP_BKZM1].ERROR=0 ANDDUMMY.AI_VALUE[1

1]=COMMU.AI_VALUE [31])THEN

SEQ_INFO[object].CSTEP:=735;//流程下一步号ELSE

ALARM_CODE:=2501;//告警码及编号

FAIL:=1;//流程失败标志

END_IF;

4　表孔闸门控制系统PLCMB+通信程序

以上送坝区LCU状态数据为例，1号表孔闸门PLC通过在 FBD标准库里的类型转换功能块BIT_TO_WORD、WORD_TO_INT功能块将BooL数据类型的输入值转换为整型字并向LCU上送状态量数据，功能块输入既可以是PLC的DI模件输入量、DO开出量，也可以是PLC程序中间变量。功能块输出则定义为1号表孔闸门PLC与坝区LCU协商一致的起始寄存器地址%MW601。MB+通信功能块示意图如图3：

图3表孔闸门PLCMB+通信功能块图

1号表孔闸门PLC接收坝区LCU下发的闸门开度值模拟量1个，闸门启/停令、关闭令2个；向坝区LCU上送的模拟量信号6个，包括闸门开度、闸门行程、闸门偏差、闸门下滑量等，状态量信号37个，包括油泵、闸门运行状态和控制方式、控制系统及传感器状态监测、报警信号等，囊括了整个表孔闸门系统机械、电气、二次控制系统的全部状态信息。部分功能块输入点具体定义事例如表2。

表2 状态信号上送监控系统点表

5　组网特点、不足及解决措施

（1）组网特点：官地水电站全厂辅助控制系统数量众多，分布面大，但没有直接接入工控机，各工区的辅助系统相互之间也未采用网桥连接而是分别接入8套LCU，每套LCU接入数量不超过10个节点，完成一次数据采集速度快，实时采集、控制性能好，而且网络层级清晰，节省了大量LCU硬件及信号电缆投资。

（2）不足：组网传输介质为双绞线，在节点应用环境恶劣的条件下，网络电缆可能发生鼠咬、绝缘下降、强电串入、雷电波侵入，造成网络瘫痪，而故障的查找、排查、处理比较困难，且网络结构为链型，故障点越靠近接入LCU点，则脱网的节点越多。

（3）解决措施

通信电缆与动力电缆尽量分开布置，否则MB+网容易受到干扰，出现误报现象。

对于链型网络结构，实施技改，形成光缆环网结构，增强网络可靠性。

在环境较差的接入节点，安装防雷器，注意每个防雷器的接入衰减可减少电缆接入距离40m。

MB+网络的两端节点，除使用专用的终端插头外，还要把终端插头中的MB+干缆双绞线接入终端阻抗匹配端子，以防止造成信号反射，影响网络正常运行。

为保证可靠性、冗余度，辅助控制系统部分重要信号仍须通过硬接线方式接入所属片区LCU。

6　结语

MB+网的应用是对水电站计算机监控系统的补充与延伸，通过MB+网数据采集，监控系统完整、全面采集全厂辅助设备系统状态数据，专业维护人员利用数据分析工具，对全厂辅助机电设备进行故障分析、趋势分析，参考传统的计划检修模式，因地制宜实行状态检修，大大节省了人力、资金成本。同时采集到的数据通过数据传输网传输，使设在成都的集控人员可远程监控全厂辅助机电设备，大大减轻了运行现场值守人员的巡视负担，为水电站实现“无人值班、少人值守”打下坚实基础，也为实现数字化、网络化、智能化电站提供良好的支撑。

参考文献：

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[3]王晟，卢妮，简江涛.MB+在柳洪水电站辅机通信网络中的应用[J].西北水电，2009（1），52-54.

[4]施耐德公司.采用UnityPro的QuantumModBusPlus网络模块用户手册[Z].2006

中图分类号：TV736

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）01-0021-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.007

收稿日期：2014-05-05

作者简介：唐辉（1973-），男，工程师，从事水电厂通信自动化工作。