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基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

電子設計 ? 來源:可編程控制器與工廠自動 ? 作者:史麗萍;王利華 ? 2020-03-25 08:00 ? 次閱讀

1、概述

intouch是由美國wonderware公司開發的過程可視化組態軟件,其功能強大、易用性好,市場占有率高,結合其他的軟件,如io server和d/a server,可以完成許多工業項目。modbus是由modicon公司開發的開放的通信協議,它已經成為事實上的工業標準,國內外生產的中低壓智能電力監控裝置大多帶rs-485接口,并支持標準modbus通訊協議。基于以上兩點,設計了一種基于intouch和modbus協議的電力監控系統,上位機采用安裝有intouch和modbus io server的研華工控機,下位機采用上海南自科技公司的snp-200系列電力測控儀表,系統開發方便,擴展性和穩定性好。

2、電力監控系統的硬件設計

電力監控系統的硬件示意圖如圖1所示。

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

snp-200測控儀表有一個rs-485接口,采用modbus-rtu通訊協議。rs-485接口的接線端子為“a”和“b”,“a”有時也被稱為差動信號的“+”,“b”被稱為差動信號的“-”,圖中所有snp-200儀表的“a”短接在一起,所有的“b”短接在一起。rs-485的傳輸介質為屏蔽雙絞線,通信距離可達1200米。當使用的波特率較高,或一條線路上的儀表較多時,通訊距離會相應縮短。此處,snp-200采用波特率為9600bps,數據格式為8位數據位+1位停止位,無奇偶校驗。為保證通信質量,應將每臺snp-200儀表的gnd端子短接在一起,并在主機處單點接地。圖中的終端電阻rt阻值為120歐,它安裝于一條rs-485總線末端的最后一塊儀表上。由圖可知,可以很方便地在rs-485總線的末端擴展新的從站儀表。另外,由于工控機擁有多個rs-232com口,每個串口都可以經各自的rs-232/rs-485電平轉換器組成一條rs-485總線,例如,可以將1~10#從站儀表接入com1帶的第一條rs-485總線,將11~20#從站儀表接入com2帶的第二條rs-485總線,余此類推,這樣分散開來,既減輕了每個com口的通訊負擔,又非常方便擴展新的從站儀表。

3、電力監控系統的軟件設計

3.1 i/o server for modicon modbus中的設置

1臺主機往往帶多個modbus從站,例如圖1所示。以1#從站儀表為例,打開modicon modbus io server,設置modbus topic definition中的參數,如圖2所示。圖2中,topic name設置為snp_1,com port為com1,slave id即為儀表的modbus從站號1,slave device type選擇為micro84plc。其他從站儀表的設置方法相同。

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

3.2 intouch中訪問名的設置

仍以1#從站儀表為例,intouch中的訪問名設置為snp_1,節點名可以不設置,或設置為本機(主機)的ip地址127.0.0.1,應用程序名為modbus,主題名和modbus topic definition中的topic name一致,即為snp_1,使用的協議為suitelink,如圖3所示,按照同樣的方法設置其他modbus從站的訪問名。

3.3 遙信功能的實現

遙信即讀取外部開關量輸入狀態(從站輸入線圈),如斷路器合閘、分閘狀態,接地刀閘位置等。結合snp-200的modbus通訊協議知,讀取1#從站儀表的4個遙信開入量,主機下發和從站返回的報文格式分別為:

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

注意報文中輸入線圈起始地址0000h對應的設備地址為10001,其他順延。本例中,主機讀取1#從站輸入線圈10001~10004共4路信號。工程應用中,可根據需要將不同的開入量接入儀表,如10001為1#配電柜內斷路器合閘狀態,10002為1#配電柜內斷路器分閘狀態,10003為1#配電柜接地刀閘位置狀態,10004為備用。在此,我們不必關注crc校驗碼的計算和校驗,只需在intouch中先配置好訪問名snp_1,再逐個配置10001~10004 i/o離散型變量,以1#從站儀表的10001為例,打開intouch開發界面,配置其標記名字典如圖4所示,圖4中,訪問名為snp_1,項目名即為設備地址10001。其他遙信開入量按照同樣的方法設置。

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

3.4 遙測功能的實現

在遙測即讀取電壓、電流、功率等寄存器地址中的數值,轉換成實際工程量,供上位機顯示用。snp-200系列儀表使用03h作為遙測功能的功能碼,以1#從站儀表為例,已知電流互感器的變比為500/5=100,要測量ia、ib、ic三相電流值,主機發送和從機返回的報文格式為:

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

功能:主機讀取1#從站儀表的報文地址為0103h開始的3個寄存器數據,分別對應ia、ib、ic的通訊值,需指出的是,電流通訊值要乘上一個系數才能換算成實際值,本例中,i實際=i通訊×ct變比/100=i通訊×100/100=i通訊。報文中ia寄存器地址0103h=259,對應設備地址為40260,其他順延。配置1#從站儀表的ia標記名字典,如圖5所示,訪問名仍為snp_1,項目名即為設備地址40260。ib、ic按照同樣的方法設置。

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

3.5 遙控功能的實現

本遙控即遠方控制snp-200電力儀表的輸出繼電器進而實現對斷路器合閘、分閘回路的控制。snp-200遙控功能碼為05h,以1#從站儀表為例,假設第一路繼電器用于合閘回路,要使其輸出一個1秒的合閘脈沖,主機發送和從機返回的報文格式為:

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

報文中線圈地址為0000,對應設備地址為00001,如果線圈地址為0001,則對應設備地址為00002,其他順延。配置1#從站儀表的合閘控制變量如圖6所示,訪問名設置為snp_1,項目地址即為設備地址00001。只需在intouch中配置一個按鈕,按鈕按下時使qf1_on_button為1,按鈕松開時使qf1_on_button為0,按下按鈕維持1秒后松開,就可以使第一路繼電器輸出1秒的合閘脈沖,進而實現對斷路器的合閘遠控。

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

3.6修改裝置參數

仍以1#從站儀表為例,要將其電流變比系數修改為100/5=20(14h),則主機發送和從機返回的報文格式為:

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

由snp-200的modbus規約,ct變比的寄存器地址為000eh=14,對應的設備地址為40015。設置標記名字典如圖7所示,要將1#從站儀表的電流變比設置為20,只需將ct_value(對應設備地址40015)修改為20即可。

基于工控機和通信協議實現電力監控系統的設計

4、結論

文章介紹的基于intouch和modbus協議的電力監控系統,以工控機作為主機實現對電力測控儀表的遙信、遙測、遙控及修改裝置參數等功能,性價比高,符合過程工業流行的趨勢,運行表明,該系統穩定、可靠,且非常易于擴展,在工程上有一定的借鑒意義。

責任編輯:gt


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