[发明专利]一种核电厂控制系统通讯方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及核电厂通讯技术领域，尤其涉及一种核电厂控制系统通讯方法及系统。

背景技术

在大型热力发电厂、核能发电厂中，从热能、原子能到电能的转换过程需要成千上万的工艺设备及系统协同工作来完成，目前已采用基于控制技术、通讯技术、计算机技术的数字控制系统来实现这种协同工作任务,一个大型热力发电厂或核能发电厂中都同时需要数个甚至数十个不同的数字控制系统平台来完成全厂设备及系统的控制。

在核电机组中，通常由一个位于中央控制区的主机数字控制系统(如DCS，Distributed Control System)和若干用于特殊系统的控制系统(如汽轮机保护控制系统(TCS，Turbine Control System)、电气保护和控制系统等)组成总控制系统。DCS在中央控制室中设置有比较完整的操作和监视子系统，而其他特殊系统的控制系统(以下称为“子控制系统”)需要通过数字通讯或硬接线的方式与DCS交换数据，以使DCS的操作和监视子系统对上述子控制系统进行操作监视，进而实现对全厂设备及系统(包括上述提及的特殊系统)的集中监视与操作控制。

在DCS监视和操作所述子控制系统时，DCS通过通讯网关与若干用于特殊系统的控制系统进行信号传输，主要包括开关量信号和模拟量信号。基于TCP/IP协议的Modbus通讯是DCS控制系统与其它子控制系统进行通讯时经常采用的通讯方式。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，Modbus通讯即通过此协议，在控制器之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间实现通信，它已经成为一通用工业标准。Modbus通讯为主从模式，DCS网关为主站，子控制系统网关(TCS网关)为从站，其通讯过程采用请求/应答模式，主站周期性的进行请求，而从站被动地接收请求并完成请求报文中的内容，然后将完成情况通过应答报文来响应主站。例如，在DCS对TCS进行监控时，二者之间通过Modbus进行应用数据交换，针对不同的传输需求，DCS从TCS读取(或写入)开关量(或模拟量)。

据标准Modbus协议规范知，Modbus通讯限制单个报文的最大Byte数为255，单个报文最多能传输2000个开关量，或者最多能传输125个16bit模拟量。对于特定的两个系统之间的Modbus数据交换，对于相同数量的信号传输，其数据刷新的快慢决定于每一轮数据刷新所包含的报文数以及两个完整报文之间的时间间隔，单个报文的长短对数据刷新时间的影响是非常小的，两个完整报文之间的时间间隔远大于报文本身在链路中传输的时间。然而，在实际应用中，Modbus通讯程序未充分利用单个Modbus报文最多能传输2000个开关量或者125个16bit模拟量寄存器这个特性进行报文封装。

以主机控制系统为DCS且子控制系统为TCS为例，在某核电站TCS与DCS联合测试过程中，进行DCS与TCS Level1网关通讯性能测试时，其采用的Modbus地址分布表，如图1A～图1D所示。通过分析图1A和图1B，发现单块连续的Modbus信号地址的长度基本都远小于2000个开关量；在图1A中，1753个开关量信号分别被封装到30个报文中；在图1C中，2407个开关量信号分别被分装到12个报文中。同样的，对于图1B和图1D中的模拟量，单块连续的Modbus信号地址的长度基本都远小于125模拟量；在图1B中，88个开关量信号分别被封装到6个报文中；在图1D中，762个开关量信号分别被封装到15个报文中。最终测试发现DCS网关和TCS网关之间的数据刷新较慢，使得DCS对TCS的控制效率不高。

可见，在现有技术中存在，在主控制系统(如DCS)与子控制系统(如TCS)之间采用Modbus通讯时，Modbus通讯程序未充分利用单个Modbus报文最多传输量这一特性进行报文封装，导致在Modbus通讯过程中出现大量的短报文、报文数量增加，使得数据刷新时间显著变慢的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的，在核电厂控制系统间采用Modbus通讯时，通讯程序未充分利用单个Modbus报文最多传输量这一特性进行报文封装，导致在Modbus通讯过程中出现大量的短报文、报文数量增加，使得数据刷新时间显著变慢的技术问题，提供一种核电厂控制系统通讯方法及系统，实现了减少通讯信号的Modbus封装报文数，加快数据刷新的技术效果。

一方面，本发明实施例提供了一种核电厂控制系统通讯方法，所述方法包括步骤：