三星电站监控升级改造通信故障分析

四川明星电力股份有限公司 王贤福

1 引言

三星水电站原名白禅寺电航工程，属涪江干流开发的第十七级电站，距离遂宁市区约32km，电站于1999年首台机组发电。2012年初三星电站对上下位机和辅机监控进行了升级改造，上位机软件升级为南瑞NC2000，下位机取消了工业主机，顺控流程直接放入PLC，改造前后其拓扑结构如下。改造过程中问题很多，本文主要讨论驱动文件配置错误引发的通信问题。

2 故障案例

2.1 南瑞监控与许继10kV 箱式站保护通信故障

2.1.1 结构情况

10kV 箱式站2010年改造，设备数据通过通信管理机用103规约送后台计算机。改造前三星站送往调度的主设备数据通过电力猫调制后由载波传输，10kV 箱式站数据汇总给RTU 用GSM 信号传输。改造后，统一由上位机走SDH 通道发往调度。南瑞远动机为CDT 主站。

2.1.2 处理过程

通道搭建好后，串口板数据灯不亮，测量通信电压发现data+、data-间电压1.03V，电平信号不对。排除硬件原因后检查许继通信机配置，发现RTU 目录下upch6中的channel.cfg

通道配置文件串口模式为1，表示使用232方式发送，而实际接线为485方式，改为485方式输出后串口数据灯闪烁正常。

查看南瑞数据库，数据错乱，但许继监控数据正常，故可排除通信机或保护装置发送错误。打开通道报文监视：EB 90 EB 90 EB 90 71 61 15 01 00 37 00 14 01 11 01 EE 01 2C 01 5E 07 1F 02 00 4D 07 D7。

从报文可看出发送内容为重要遥测量，共21个信息字，主站地址00，子站地址01。信息字按许继转发表定义，第一点为主变高压侧电流，转换为十进制是276，转发系数为0.00293，计算公式为：显示值=实际报文值×转发系数，即276×0.00293=0.80868（A），由于传送的是二次测量值，必须乘以变比后才是一次值，所以一次电流值=0.80868×10=8.0868（A）正确。

发送端输出数据正确，中间接线经检查正常，继续检查接收端驱动文件。打开nari 目录下txt 文件夹，找到cdt_m 中的cdtdef.h 和cdtdef.c，此二文件一个是预编译头文件，一个是驱动源文件。

cdtdef.h 定义了系统库函数的头文件（#include 部分）以及数据枚举（typedef enum部分）和程序预编译。该头文件完全遵循CDT 标准编写。继续看驱动文件cdtdef.c，文件由许多功能函数构成，主函数通过while（1）不断调用MsgProcess（ ）函数，处理接收信文，定位到MsgProcess（ ）函数段，CDT 规约信文处理函数段如图2所示。

图1 CDT 规约信文处理函数段

图2 修改后的CDT 驱动文件

图中蓝色背景为模拟量处理字段，该段将P 指针指向的地址值赋给s_val。函数使用双循环提取出信息字，当i 和j 都为0时，取地址1、2，当j 为1时，取地址3、4，而i=1时分别取7、8和9、10，正好对应信息字段。根据cdt 规约定义，先传低字节后传高字节，＊256是为了以区分高低字节。图中先取出高字节，后取出低字节，顺序错误，应改为：s_val = （p[i＊CDT_WORD_LEN+1+j＊2] ） +（p[i＊CDT_WORD_LEN+1+j＊2+1] & 0xf）＊256；代码if （s_val & 0x800）和s_val = -（s_val &0x7ff）为判断数据是否超过2048，是就取最大值加负号，提示溢出（CDT 数据最大11位，极值 2047，超出会将第11位置1，表示符号位为负）。

if （（s_val & 0x8000）||（s_val & 0×4000））continue 字段是判断无效时跳出循环。f_val = s_val / 2048是将当前值除以2048赋给f_val，2048为满量程值，这时f_val 为一比例数，所以不对应改为：f_val = s_val / 1.0， 最后通过drv_AIN1（pAIN, f_val, 0,1）库函数将实时数据写入数据库。修改后的CDT 驱动文件如图3所示。修改后重新启动CDT 规约进程查看，数据正确，故障解决。

2.1.3 案例1总结

本例通信问题是因为代码公式错误且高、低字节颠倒，导致数据误差和溢出，此故障一般出现在调试过程中，维护人员应当防止误修改，平时要对重要文件进行独立备份。

2.2 南瑞监控与南瑞辅机通信故障

2.2.1 结构情况

辅机改造范围包含顶盖排水、前池加压、检修排水、渗漏排水、中压气机五大部分。改造前后区别是将常规电气控制改为了PLC 控制，对大功率设备增加软启动装置，远控操作由通信实现。

辅机PLC 使用RJ 45接口的串行通信方式与SJ30装置连接交换数据，送发电机的CPM 模块或开关站通信管理机，通信协议ModBus_RTU。

通过SJ30B 组态软件，可对通信点位、参数、地址、协议组态并生成＊.sj 配置文件，实现上传和下载。MOXA 环境模拟工具可以模拟SJ30装置运行环境，调试好驱动文件。拷贝该驱动文件到SJ30装置sbin 目录下，重启设备或加载该进程开启通信。

2.2.2 处理过程

故障点1，串口板发送和接收灯不亮。串口灯不亮意味着双方没有握手成功（MODBUS 协议采用主、从站询问应答方式通信），首先要检查站地址的问题，根据辅机点表，顶盖排水配置站地址为5，在SJ30组态软件中查看信文：

COM5 send:

5 3 0 65 0 1a d4 1e

COM5 recv:COM5 register port driver fail

第二行为主站询问报文，数字5为对侧站地址。第三行从站回复信文报寄存器端口驱动错误。联机查看PLC 配置，发现站地址是1，即辅机站地址配置与SJ30装置不一致，修改站地址后重启串口板，串口指示灯RXD 和TXD 连续交替闪烁，通信连接建立，双方握手成功。

故障点2，查看通信报文发现除最后的校验位外，模拟量数据全部为零，报文内容为：

DEBUG: COM5 send:

DEBUG: 5 3 0 65 0 1a d4 1e DEBUG: COM5 recv:

DEBUG: 5 3

DEBUG: COM5 recv:

DEBUG: 34

DEBUG: COM5 recv:

DEBUG: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9b f2

数据为零就是没有接收到数据。打开辅机PLC程序，发现约定的R101-R126字寄存器内仅R101、R102、R109-R126有值且正确，R103-R108段为空，模拟量寄存器没有数据。

定位程序到通信处理块COMMON。模拟量上送使用R103开始的8个字寄存器储存信号，程序处理模块输入数据来源为名称SEND_ALL 的中间变量，搜索SEND_ALL 变量发现没有任何地方调用，数据无来源所以块对侧从R103开始的寄存器为空。解决方法包括：一是直接取模拟量AI0001开始的8个I/O 点，即修改SEND_AI1为AI0001；二是在模拟量处理部分为SEND_ALL 中间变量定义数据来源。

使用第一种方案修改后查看R103和R104寄存器（顶盖水位）的值分别为5126和5118，换算后分别是0.70M 和0.69M 与实际一致。

故障点3，查看SJ30接收报文，没有任何改变，开关量和模拟量都是零值。将驱动头文件的PLC_REG_ADDR （起始寄存器地址）由101改为100后报文无数据，这就奇怪了，寄存器地址修改后，数据必然有所变化。由于触摸屏和辅机PLC 通信完全正常，通信协议同样为MODBUS，可参考触摸屏的配置。（辅机触摸屏使用威纶通型号为MT6056 i series 的产品）。

打开触摸屏组态软件EB8000，定位到模入信号窗口的顶盖排水数据显示部分，通信地址为4x 1277（4x 为类型定义，1277为地址），根据MODBUS 规约定义4x 为读取保持型寄存器，实现对AQ（模拟量输出寄存器）、 R（字型寄存器）和从站系统时间的读取。查看南瑞PLC 编程软件帮助文档，寄存器R1～R4096对应的通信地址为1000～5095，起始规约地址为0。换句话说，在南瑞PLC 中真实存放数据的起始地址有1000的偏移量，例如1277对应PLC 中的实际寄存器地址应当为1277-1000=277。R0277处模拟量的取值是AI_BUF1（此值是一个中间寄存器，读取的是经过品质处理后的AI0001）[1]。

寄存器地址有1000的偏移量，驱动文件中起始地址就必须加上1000。使用UltraEdit 打开顶盖排水的驱动头文件，将PLC_REG_ADDR 由101改为1100（因为MODBUS 是从0开始计算，所以地址是1100而不是1101）[2-3]。保存，编译，拷贝，重启进程，查看报文，OK！所有数据与实际完全吻合。

最后需要修改PLC 中的INIT 段的变量SI_418_PCNT，把19改为43（增加了24点模拟量，8点实际点，16点虚拟点）；24改为56（增加32点开关量，16点实际、16点虚拟），让PLC 在初始化时分配足够的储存空间。最后修改发送信文箱SEND_LENGTH 宽度，配置数据库，关联上位机画面，上位机终于正确显示出正确的顶盖水位。

2.2.3 案例2总结

该故障涉及的点比较多，从硬件到软件，从辅机PLC 配置到上位机机驱动文件，解决了一个问题又发生新的问题。由于改造时间紧迫，导致设备供货商南瑞公司对设备的出厂调试仓促，许多调试过程只能在设备到达现场后根据现象逐个消除。

3 结语

通信是实现监控的基础，没有通信，就没有数据流动，也无从谈起SCADA。监控的升级中，通信故障是一个比较普遍的问题，往往需要通过逐个功能投入试验才能发现，一蹴而就的概率极小，而驱动程序引发的问题，也基本出现在开始的调试阶段。在水电站的生命周期中，随着设备的老化，安全性能降低同时伴随新技术新工艺的出现，升级改造的过程还会不断出现，也许会有更多稀奇古怪的通信故障出现，牢固掌握基础和循序渐进的思考是解决通信问题的不可替代方法。