基于ModBus协议的核电厂KRT与DCS通信改进研究及应用.docx

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1、基于ModBus协议的核电厂KRT与DCS通信改进研究及应用 信息通过ModBus/RTU协议与电厂数字化限制系统DCS实现通信，使得操作人员在主控室可以实时监测KRT系统的运行状态，以保证核电站的核辐射平安。KRT与DCS系统采纳ModBus RTU协议进行通信，DCS为ModBus主站，KRT为ModBus子站，两台机组KRT系统与DCS系统通信链路采纳冗余结构设计，用以提高系统通信的牢靠性。但在系统实际运行过程中发觉，当KRT系统端数据通信出现异样后，DCS端无法刚好检测到通信异样并自动切换至冗余通信链路，本文针对这一问题缘由进行了分析并对KRT与DCS系统通信方案进行了改进，改进方案应

2、用后KRT与DCS系统通信稳定，问题得到了较好的解决。 1 CPR1010项目KRT与DCS系统通信结构 1.1 KRT系统结构 CPR1010项目为双堆布置，双堆布置中2台机组的KRT系统由101多个测量通道和两台数据服务器DAS组成，每个测量通道包含有探头、数据测量和显示设备、数据接线箱等，全部测量通道数据通过ModBus RTU/ RS 485协议将下端的测量数据传输至上端的服务器DAS。依据KRT各测量通道在全厂的安装位置，将两台机组的KRT测量通道分为16组，每组采纳独立的RS 485链路与两台服务器DAS A和DAS B连接，结构上为冗余结构。同时通过选择合理的分组策略可使每组RS

3、 485链路长度不超过1 200 m，确保RS 485数据通信的稳定性，系统结构如图1所示。 1.2 KRT系统数据通信软件结构 CPR1010项目KRT服务器基于Windows XP操作系统，开发了独立的数据通信管理系统RAMVISION，该系统具备数据采集、存储、显示、通道参数设置、数据通信等功能，可实现对全厂KRT测量通道集中管理并与DCS进行数据通信。主要的软件功能模块包括数据采集、显示、参数设置、数据管理以及数据通信等。同时在设计上预留了TCP/IP组网扩展功能，便于核电站多机组间KRT系统的组网。 采纳ModBus通信协议及RAMVISION系统充分考虑了核电厂KRT系统的实际需求

4、，便于扩展和集成新增测量通道；同时对部分放射性剂量较高的区域，在工作人员不便于进行修理和检查时，可通过KRT服务器RAMVISION软件相关模块实现对测量通道的远程限制及参数设置，避开了现场定期巡检给工作人员带来的额外剂量照耀。 为便于分析KRT与DCS通信问题的改进方案，下文主要介绍RAMVISION软件的3个功能模块： 数据采集模块SUPACQ32，该模块主要用于采集从各COM端口传输的下端测量数据及报警状态信息等，并将数据存储于内部数据库中。同时，该模块可设置KRT服务器与下端测量通道的数据通信参数，如采集周期或频率，模拟报警阈值设置等。 数据管理模块RAMVISION MP0，该模块主

5、要用于从SUPACQ32数据库中读取数据，并将数据按DCS报文恳求的要求进行封装等。 数据通信模块MGPNETBRIDGE，该模块主要用于接收和响应DCS的报文恳求，将报文恳求传递给RAMVISION MP0并将RAMVISION MP0的应答报文传递给DCS；同时该模块设置有报警抑制功能，在人为进行下端设备检修时设备由于失电将产生报警信号，可由操作人员手动闭锁产生的报警信号，以免DCS端主控室产生误判。 RAMVISION软件的主要结构如图2所示。 1.3 KRT与DCS系统通信结构 CPR1010项目KRT系统通过服务器DAS与DCS系统进行数据通信，通信链路设计为冗余结构。在通信过程中，

6、当KRT出现一台机组的DAS故障后，导致该DAS与DCS的通信中断，DCS可向另一台机组的DAS读取测量数据和报警信息，如图3所示。 为避开ModBus通信过程中KRT端测量通道多导致ModBus报文数量多而使数据传输时间变长的问题，将KRT全部子站统一编号为101，即KRT端只存在一个逻辑子站，其余子站按地址依次依次递增编码，可极大削减报文交换的数量，提高数据通信效率，经现场测试只需不超过4个报文即可将KRT全部通道测量及报警数据传递给DCS系统。KRT与DCS系统典型数据通信格式见表1。 2 CPR1010项目KRT与DCS系统通信特点及 主要存在的问题 CPR1010项目KRT与DCS系

7、统通信主要存在以下问题： KRT系统内部软件SUPACQ32模块与RAMVISION MP0模块之间共享数据时缺少故障联锁机制。SUPACQ32故障，或者SUPACQ32与下层通道通信故障时，RAMVISION MP0的数据源不再更新，但RAMVISION MP0未能感知。在MGPNETBRIDGE和RAMVISION MP0模块未故障的状况下，KRT与DCS之间的ModBus RTU链路仍能交换数据，但DCS得到的数据是KRT不再更新的数据，导致主控室长时间将显示静态不更新数据。 KRT与DCS系统之间ModBus通信缺少通信异样的自我诊断功能，即当KRT与DCS系统通信出现异样后，KRT，

8、DCS系统无法刚好给出通信异样的相关提示，并由DCS自动切换至冗余链路进行通信。 3 CPR1010项目KRT与DCS通信改进方案 3.1 生命监测信号 在改进方案中，针对KRT每一个测量通道的数据处理和显示设备，都增加一个测量计数器，该计数器为一个16位寄存器，每个测量循环周期更新一次状态，数值范围为065 535。修改ModBus通信组态，将每个通道的测量计数器值与该通道的测量及报警状态值一起通过ModBus RS 485链路传输至DAS服务器即形成生命监测信号，如表2所示。 注：-表示依次依次递增。 生命监测信号引入DAS服务器后，由数据管理模块RAMVISION MP0推断每个生命监测

9、信号的更新状态，如表3所示。当RAMVISION MP0监测到全部生命监测信号不更新后，说明本台机组KRT系统DAS服务器的SUPACQ32与全部通道的通信中断，以ModBus exception response异样格式应答DCS的报文恳求。 3.2 ModBus报文异样响应格式及通信冗余切换 当KRT系统DAS服务器检测到生命监测信号不更新后，RAMVISION MP0将以异样响应格式应答DCS恳求，如表4所示。 DCS系统在收到KRT系统一台DAS服务器的异样响应报文后，将依据内部逻辑自动切换至另一台DAS服务器进行数据通信，并在DCS端主控室发出报警提示，以便刚好通知主控室操作人员，如

10、图4所示。 4 结 论 KRT与DCS系统网络通信方案的改进设计，较好地解决了KRT与DCS系统缺少通信异样自诊断和监测功能，通过引入生命监测信号和ModBus异样响应机制，较好地实现了通信异样自诊断和监测功能，提高了KRT与DCS系统网络通信的牢靠性，为主控室操作人员监控核电站放射性水平以确保机组的平安运行供应了保障，并可推广应用至核电厂其他第三方系统与DCS系统的网络通信中。 参考文献 1 MODICON. MODICON ModBus protocol reference guide， revision J R. Massachusetts： MODICON， 11016. 2 赵钊.基

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