(江苏国信扬州发电有限责任公司 江苏扬州 225000)
摘要：为满足现代火电厂的控制及测点数据传输的要求，传统火电厂需要改变孤岛式控制系统的通信方式，以构成一体化远程控制网络。在火电厂中，孤岛式控制通常采用PLC作为控制器，采用串行通信作为数据传输手段。串行通信受限于传输距离，往往难以实现长距离实时传输，从而成为了构建一体化远程控制网络的难点。本文通过串行通信转换硬件，将串行RS485通信转换为以太网TCP/IP通信，并以此为基础构建柔远程控制网络，从而实现对孤岛式系统的远程监测及控制。
关键词：远程控制网络；串行通信；以太网通信
前言
燃气-蒸汽联合循环发电厂相比于传统燃煤发电厂，由于存在与上游天然气门站数据对接、各热用户供热远程控制以及取补水泵房远程控制的需求，配置了各类远程控制站，距离可达几十公里，这对数据通信及远程控制提出了较高的要求。由于长距离通讯存在电缆及光缆敷设的困难，电厂中通常采用的以太网TCP/IP结构的网络难以构建。
为建立DCS、热网、SIS等各系统深度融合的一体化生产系统，将各远程控制站连接成一体化网络或实时监控远程站，必须对通信方式做出转换。现场总线控制系统中的RS-485串行总线通信由于结构简单、成本较低及可靠性较高，在发电厂的PLC控制系统中广泛应用。而基于以太网通信协议的Internet网络具有信息传输快和交互性强的特点，成为现代测量数据传输的一个重要发展方向[1]。本文提出采用硬件将串行通信RS485协议转换为以太网通信TCP/IP协议，并以此为基础构建一体化远程控制网络。
1 串行总线-以太网通信转换原理
串行总线中的RS485通信定义了接口电路的电气特性，数据信号传输采用平衡传输方式，具有成本低廉、结构简单和抗干扰能力强等优点，广泛应用于工业控制领域。但RS485通信可连接的节点数量有限，不能将控制现场的数据直接传送至上层信息管理层，无法很好的实现远程监控[2]。
基于TCP/IP的以太网通信协议网络是标准开放式网络，通用性强，组网灵活方便，能够实现数据远距离传输，且采用带有冲突检测的载波侦听多路访问协议，数据传输容错性较高。燃机电厂的远程控制站中通常采用遵循MODBUS协议的RS485串行通信。
串行通信总线在结构和协议上与以太网通信完全不同。对串行通信和以太网通信进行转换时，所做的工作实际上是对数据格式的重新封装，使得数据能被串行现场总线和以太网所接收，起到协议转换的作用。协议转换则采用分层转换的方法，自底向上逐层进行。以以太网TCP/IP数据包为例，转换器接LAN口接收到该数据包后，采用TCP/IP协议栈对其进行解码得到原始数据信息，再通过UART控制器对原始数据信息进行RS485格式的数据封装，并将封装好的RS485数据包通过转换器串口发出。如果将上述流程反向，则实现了RS485转换为以太网的流程。
2串行总线-以太网通信转换硬件实现
目前串行通信转以太网通信的硬件设备形式很多，如STM32嵌入式转换器、MODBUS网关和基于ARM Cortex控制器的转换器等。其中，MODBUS网关结构稳定，网络构建灵活性好。
根据数据传输路径的不同，以光缆作为传输通道的网络选用MODBUS网关进行RS485和TCP/IP的转换，以无线通信作为传输通道的网络选用无线网关进行RS485和TCP/IP的转换。
采用MOXA MB3180作为MODBUS网关进行RS485和以太网TCP/IP的转换。MOXA MB3180是标准的MODBUS网关，可以完成TCP/IP和RS485之间的转换，通过配置MASTER端和SLAVES端来选择数据发出端与接收端。
KN835A无线网关采用双频GSM/GPRS进行数据传输，支持透明数据传输与协议转换和动态数据中心IP地址，利用GPRS/CDMA1x 网络平台实现数据信息的透明传输。同时考虑到无线通信方式在组网方面的需要，在网络结构上实现虚拟数据专用网，适用于中心对多点、点多分散的中小数据量的传输。
3 天然气流量计数据远距离传输
某燃气-蒸汽联合循环发电厂与某上游中石油天然气门站距离约35公里，为保证贸易结算的准确性，需将发电厂内天然气流量及色谱等数据进行上传。中石油天然气门站使用PLC为核心的控制系统，使用串行现场总线（FCS）的通信方式构建控制网络。燃气-蒸汽联合循环发电厂使用NT6000型分散控制系统（DCS控制系统），使用100/1000M以太网TCP/IP协议的通信方式构建控制网络。
燃气-蒸汽联合循环发电厂的天然气流量数据，首先由安装于调压站的六声道超声波流量计进行一次测量，通过RS485通信至流量计算机进行二次计算；色谱数据由色谱仪进行测量后，通过RS485通信至流量计算机。天然气流量及色谱数据上传，需要将流量计算机输出的RS485通信转换为TCP/IP通信，然后在中石油门站的接收端将TCP/IP通信再次转换为RS485通信，再将该RS485通信接入门站的PLC控制系统。另外，中石油门站与发电厂之间没有直接的通信互联线路，需要一路专线光缆进行连接。
完成MB3180网关转换通信回路构建后，对流量及色谱数据上传进行调试。首先对专线光缆两端进行IP地址检查并进行PIN通信，确认该光缆已经正确连接。将发电厂侧MB3180设置为SLAVES端，采样周期设置为200ms，使用MODSCAN软件对其进行扫描，扫描正确后接收到流量计算机送出的RS485数据包。将中石油门站侧MB3180设置为MASTER端，使用MODSCAN软件增加偏移地址位后进行扫描，扫描出电厂侧的TCP/IP数据包。中石油门站侧MB3180将接收到的TCP/IP数据包再次转换为RS485数据包，并发送至PLC控制系统，PLC控制系统上位机将RS485数据包读取并显示。经过比对电厂侧和门站侧流量色谱数据，该型MODBUS网关进行的RS485-以太网转换的数据传输正确，响应性高，通信实时性好。
5 结论
本文所述的基于MODBUS网关的远程数据传输，通过通信协议的转换，将远程控制站接入到一体化网络中，并以此为基础构建柔远程控制网络，从而实现对孤岛式系统的远程监测及控制，提高了控制系统的可靠性。
参考文献:
[1] RS-485总线以太网接口转换装置研究.巩全成，吴亚锋，李江红[J].计算机工程,2012,Vol.38,No.22:248-249.
[2] 基于LM3S8962的RS48-Ethernet协议转换器的设计.刘文军,马维华[J].微计算机应用,2009，Vol.30,No.7：71-74.
[ 作者简介：作者简介:茆亚平(1973年- )，男，工程师，研究方向为发电技术及生产管理、电厂过程控制。]