《工业控制计算机》2019年第32卷第2期
随着工控领域自动化水平的大幅进步，以及仿真规模和仿真方式的需求不断扩大与扩展，大量的实际工业控制系统和设备进入仿真领域，这些系统既要保持与原有实物外观和功能的一致，又要与仿真平台实现通讯交互，这就需要针对具体的项目需求开发设计一套合理的网络通讯方案和接口程序。 根据CPR1000型核电厂全范围模拟机项目的要求，模拟主控室中的后备盘、应急控制盘、调光器都采用了与实际一致的硬件设备(仪表、开关等)。这些硬件设备的信号采集和驱动由PLC 系统完成，后台的逻辑运算则由仿真平台实现。如图1所示,PLC 系统采集来自盘台开关、按钮等输入型信号后,3KeyMaste 仿真平台通过通讯程序，周期性的从PLC 系统中读取数据，送至电厂模型或控制系统中进行逻辑运算，最后将运算结果周期性地写入PLC 系统，从而触发仪表以及报警灯等输出型设备状态的改变。因此一个稳定、高效的通讯接口对于大数据量传输的核电厂全范围模拟机系统非常重要。 图1I /O 信号流程图
汽车投影
1网络通讯结构
针对项目要求,PLC 系统采用了由罗克韦尔公司旗下的ControlLogix 系列产品组成控制系统，它与3KeyMaster 仿真平台以及DCS 系统共同组成了一套完整的全范围模拟机系统。如图2展示了PLC 系统与3KeyMaster 仿真平台网络环境结构图[1]，从图2可以看到，整个全范围模拟机的PLC 系统有3套控制器组成，每一套控制器分别控制着不同后备盘区域的相关设备，各控制器的I /O 模块通过控制层ControlNet 相互链式连接至控制器，再通过信息层网络通过以太网连接的方式把各控制系统连接到交换机上，同时仿真主服务器也连接至交换机上，从而实现从仿真平台到盘台仪表开关的系统控制通信
网络。2PLC 通讯程序接口
罗克韦尔自动化公司的RSLinx 是一个通讯驱动程序，为所有罗克韦尔自动化的网络和设备提供通讯支持，具有强大的通讯和网络搜寻功能。通过RSLinx ，上位机就可以访问PLC 系统三层网络内的所有的可识别的设备，并且对这些设备进行操作，例如：编程、在线监视、参数修改、控制等，其中较为常用的通讯方式包括Rs232/485、OPC 、DDE [2]。
核电厂全范围模拟机项目对仿真计算的实时性有着严格的要求，即仿真平台下的所有的运算模块和通讯模块都应该能在指定运算周期内完成一次程序调度，例如50ms ，从而保证仿真的正确与精度。综上要求，在本通讯方案中选用RSLinx 提供的EtherNet /IP 方式作为3KeyMaster 与PLC 系统的通讯接口。其配置如图3所示,RSLinx 软件需要与3KeyMaster 软件安装在同一个服务器中，且必须使用Classic 版本。
图3RSLinx 驱动模块设置为EtherNet /IP 模式
3基于3KeyMaster 仿真平台的通讯接口开发
3KeyMaster 是一款专门用于图形化建模、动态图形开发的核电厂仿真支撑平台，该平台具备良好的程序二次开发能力，利用该平台可以开发出基于C /C++的程序模块，包括：数值计算以及通讯接口在
卡门涡街效应内的exe 程序开发。这些应用程序将作为仿真平台的独立子功能块，由仿真平台统一调度，协同计算。
基于3KeyMaster 仿真平台的通讯接口程序开发是利用罗
3KeyMaster 核电厂仿真平台与罗克韦尔PLC 系统通讯设计
张
潇
苏
康(中广核(北京)仿真技术有限公司，广东深圳518031)
Communication Between 3KeyMaster NPP Simulation Platform and Rockwell PLC System
摘要：本文从网络结构、软件配置、程序设计等方面阐述了在国内CPR1000型核电厂全范围模拟机系统中3KeyMas⁃ter 仿真平台与罗克韦尔PLC 系统通讯方案的设计与程序开发。
关键词:CPR1000，全范围模拟机，罗克韦尔PLC ，通讯
Abstract 押This paper describes the communication solution design and program development between 3KeyMaster simu⁃lation platform and Rockwell PLC system in CPR1000NPP 穴nuclear power plant雪Full Scope Simulator System from the as⁃pects of network structure熏software setup and program design.
Keywords 押CPR1000熏full-scope simulator熏Rockwell
PLC熏communication
图2PLC 系统与3KeyMaster 仿真平台网络结构图
9
3KeyMaster 核电厂仿真平台与罗克韦尔PLC 系统通讯设计
克韦尔厂商提供的编程开发包(Software Development Kit ，简称SDK )，通过编写C /C++程序对接口函数进行调用。在RSLinx 官方提供的SDK 开发者手册中提供了大量API 函数供开发人员使用。这些函数中有很多在功能上具有一定的相似性，但在通讯方式上有着很大的不同，这也决定了通讯接口运行的性能。3.1同步方式(Synchronous )
通讯程序向RSLinx 服务端发起请求，在通讯过程中一旦发生通讯阻塞，通讯程序会将会保持等待状态，直到响应返回。这种通讯方式给仿真平台系统将会系统带来比较大的负载，通讯效率较低，一旦发生阻塞，会引起整个仿真运行平台实时性的损耗。最明显的现象就是仿真平台的实时性变差，甚至会引起整个仿真平台的异常。但这种通讯方对数据理通常更为简单，可以就近处理。同时由于采用了最天然的控制过程顺序执行的方式，可以有效避免出现死锁，读脏数据的发生，因此这种通讯方式更适用于一些对控制信号有严格执行步骤的通讯项目中。3.2异步方式(ASynchronous )
通讯程序向RSLinx 发送请求后，不用等待响应，程序和仿真平台将继续自己的工作。当RSLinx 服务端处理请求后，把响应数据以回调函数方式发给仿真平台，这种通讯方式效率高，并且充分利用了CPU 性能，实现了通讯与仿真计算的并发，非常适用于电厂仿真项目较为复杂的系统。因此在本通讯方案中采用了异步通讯方式。
3.3基于C 语言格式的RSLinx SDK 函数
通讯程序的开发需要依赖RSLinx 所提供的RSLinx SDK ，它提供了基于C /C+语言的API 函数，程序的开发需要加载动态链接库DTL32.DLL 中，才能调用SDK 工具开发包函数用于通讯开发，以下5个函数是通讯程序最核心功能:
DTL_DRIVER_OPEN穴driver_id熏szDriverName熏timeout雪，该函数是一个连接函数，通过该函数发起向PLC 系统的连接请求。
DTL_INIT穴nCount雪该函用于初始化控制器中数据表的数量。DTL_C_DEFINE穴name_id熏definition雪，该函数定义了用于通讯的数据表，通过该函数可以建立3KeyMaster 与RsLinx 下装数据的映射
DTL_READ_CB 穴name_id熏variable熏io_stat熏timeout雪异步回调方式，读取PLC 系统数据。
DTL_WRITE_CB 穴name_id熏variable熏io_stat熏timeout雪异步回调方式，写PLC 系统数据。
DTL_DRIVER_CLOSE穴driver_id熏timout雪关闭与PLC 的连接。3.4通讯点表设计
3KeyMaster 平台用到的通讯点表都要依据PLC 系统所提供的硬件部署来定义和生成。如图4所示。
从图4可知DI 类型有35个卡件、DO 类型有150个卡件,
DI 、DO 每个卡件共有32个通道,AO 卡件为8通道，可以算出整个PLC 系统拥有304个AO 类型设备,1120个DI 类型设备和4800个DO 类型设备。因此根据图4可以设计出通讯点表涉及以下几个文件:
定义数据收发缓存文件(d )：在3KeyMaster 中ogd 是一种类文本的数据定义文件文件，该类文件通用于保存共享内存中的连续内存数组和变量，该文件中包含了通讯程序中用来发送和接收的数组，而数组的大小由实际PLC 硬件组态的规模决定。PLC 的系统是16位的操作系统，因此在读写数据时使通常都是用short 类型定义会非常合适，在这里定义了3个用于数据收发的内存模拟量、数字量输入、数字量输出使用的3个缓存区即:short aobuff 眼304演、short dibuff 眼70演、short dobuff眼300
演。3KeyMaster 并不能直接使用使用缓存区的数据，需要对上述数据进行打包解包，因此为了便于对任意通道变量的使用和数据管理，还需要使在在平台内定义出与通道相关的变量数组:float aodomain眼304演,int didomain眼1120演,int dodomain 眼4800演，每一个数组下标都与之PLC 系统中卡件通道设备一一对应。
通道变量信息文件( )：该文件逐条定义了PLC 系统中通道信息以及模拟量相关的量程索引，其数据格式如表1所示。
表1中，变量名为XASG401-CS 的点，属于AO 类型,aodomain 偏移量为0，表明该通道点名位于ao 缓存区的第一个通道中，即aobuff眼0演，量程索引58说明了该AO 类型设备的量程与编号58的量程信息相关。
便量名为XVVP002TOA 的点，属于DI 类型，偏移量801，表明通道点位didomain 眼801演位于dibuff眼50演中的第1位，因此数组di /dodomainn 与di /dobuff 之间的存在如下关系:di /dodomain 偏移量=di /dobuff 偏移量∗16+通道偏移量。
控制器信息文件( ):
(下转第12页
)
图4PLC 系统部署
图
表1I 通道变量信息文件数据格
式
表2控制器信息文件格
式
表3控量程信息格
式
图5
IO 通讯程序设计流程图
10
(上接第10页)氧化钢
该文件定义了多个数据表，表的数量和内容由PLC系统硬件部署决定，包括控制器的IP地址，槽号，数据类型以及数组偏移等信息。其信息格式如表2所示。
量程信息文件()：该文件定了与IODB文件中对应模拟量索引相关的量程信息，其中信息格式如表3所示。
3.5通讯程序控制流程
基于3KeyMaster平台开发的IO通讯模块，调度周期为50ms，即一个仿真周期将对硬件做20次读写操作。在模拟机加载数据阶段首先加载d，其作用是为AO、DI、DO开辟了3块连续的共享内存区域。通讯程序程尝试发起向PLC系统的连接请求，如果连接失败，程序将终止，否则继续完成加载、、文件。再完成上述工作后，程序即完成了初始化工作，进入等待状态，直到接收到3KeyMaster程序发送运行命令。程序一旦进入运行状态，通讯程序将对PLC 进行数据的读写和数据打包解包工作，直到模拟机终止程序运行。通讯程序的运转流程如图5所示。
4结束语
该方案已经在宁德核电厂、阳江核电厂以及防城港核电厂的全范围模拟机项目中应用，其稳定性和可靠性得到了业主认可。本文的研究成果还能解决许多实际工业环境下难以实验和测试的问题。
参考文献
[1]林克军，张汉泉，杨政理，等.宁德核电厂全范围模拟机硬盘台系统设
计[J].系统仿真技术,2014,10(4):321-326
[2]张昆，段其昌，张从力.MATLAB与PLC之间的通讯技术[J].自动化
技术与应用,2005,12:54-55,58
[收稿日期:2018.10.29]
整理表安装现场拍照取证图像数据。
工程验收管理：对上传的资料进行完整性检查。汇总生成工程进度报告与验收报告，向低压集抄系统提交数据。在地图上标定工程物理位置，并显示各施工点的实际进度情况，将“已完成”、“已验收”、“正在进行”的工程任务直观展现在用户面前。
运维任务管理：主要功能是故障诊断分析，自动生成运维任务，并下发到各县局运维单位。在系统的可视化运维地图上标定故障物理位置，并显示各故障点的实际运维情况，将已完成、未完成、正在进行的运维任务直观展现在用户面前。
运维质量分析：可以全局统计各采集终端发生故障的类别、发生故障的次数、故障设备的生产厂家及型号及各类故障运维任务的执行情况等，通过统计数据可全面掌握当前用电信息采集系统的运行情况。
运维流程管理：主要功能是满足现场运维标准化管理和运维闭环管控的需要，可同步运维主站的运维任务到移动作业终端上，根据标准化的作业工单(运维工作单、故障排查单、完工报告单)和作业流程进行现场运维作业。
专家知识库管理：通过建立运维知识管理，将运维管理制度与流程、运维管理经验、故障解决方案及相关知识存入运维知识库，实现知识共享，提高运维人员的整体工作效率。
3专用采集硬件设计
为了配合运维主站的工作，需要重新设计与主站功能相配套的运维工具，本节介绍该运维工具的设计。大体积混凝土降温
图2新型采集终端设计框图
在图2中，控制单元CPU和电源模块作为新装置的控制核心和动力单元，能够协调各模块与主控制器之间的信息交互和能源的供给，其余各主要模块功能为:
1)运维主机接口模块：该模块用于接收运维主站下发的运维任务，根据作业工单(运维工作单、作业指导书、故障排查单、完工报告单)完成现场运维作业。并且该模块还能提供与主站平台档案同步的功能，可以查看运维任务所涉及到的设备详细信息和用户详细信息，为现场运维提供勘察、识别等便利;
2)4G/GPRS模块：该模快主要用于将现场采集数据远程传输至运维主机，以便现场数据的及时保存，此外，该模块还可将远程专家库内的指导信息传输至运维现场，以便于现场人员的学习;
3)GPS模块：该模块主要用于GPS卫星定位与导航的功能。在使用时，终端从主站下载运维处理工作单、离线地图等数据，并可根据工作单内容在地图上自动规划出行路线，并在过程中进行导航。此外，该模块还可以将电能表安装现场的地理座标与海拨等数据连同扫描的电能表号后，一起打包发送至主站;
4)抄控器模块：该模块作为新型采集运维终端的核心模块，可以通过配备的各种抄控器在现场进行载波、无线通讯测试(包含：常用数据项抄读、规约测试、自定义帧测试、校时等功能)，并将测试结果传输至运维主机，以便于系统对现场故障的分析解决;
5)其余模块：新研制的采集运维终端还可以通过其他模块，实现对现场表计终端的条码扫描、将表号、安装位置GPS定位信息、铅封信息一并关联打包传送至运维主机，避免了后续的人为错误发生，提高了现场数据的管理水平和工作效率，且在传输过程中，对数据进行了加密处理，用户数据的安全得到了保障。
4结束语
短程蒸馏器现场应用结果表明，该系统可以将现有集抄工作效率提升7~10倍，录入档案正确率达到了98.5%，大大减少了运维人员的工作量。
参考文献
[1]盛其富，楼小波，刘黎明.智能用电信息采集系统建设与应用[M].北
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[收稿日期:2018.11.2
] 12
