基于工控機和通信協(xié)議實現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1、概述

intouch是由美國wonderware公司開發(fā)的過程可視化組態(tài)軟件，其功能強大、易用性好，市場占有率高，結(jié)合其他的軟件，如io server和d/a server，可以完成許多工業(yè)項目。modbus是由modicon公司開發(fā)的開放的通信協(xié)議，它已經(jīng)成為事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外生產(chǎn)的中低壓智能電力監(jiān)控裝置大多帶rs-485接口，并支持標(biāo)準(zhǔn)modbus通訊協(xié)議。基于以上兩點，設(shè)計了一種基于intouch和modbus協(xié)議的電力監(jiān)控系統(tǒng)，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(tǒng)開發(fā)方便，擴(kuò)展性和穩(wěn)定性好。

2、電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件示意圖如圖1所示。

snp-200測控儀表有一個rs-485接口，采用modbus-rtu通訊協(xié)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(zhì)為屏蔽雙絞線，通信距離可達(dá)1200米。當(dāng)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(yīng)縮短。此處，snp-200采用波特率為9600bps，數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)位+1位停止位，無奇偶校驗。為保證通信質(zhì)量，應(yīng)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(kuò)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(jīng)各自的rs-232/rs-485電平轉(zhuǎn)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(fù)擔(dān)，又非常方便擴(kuò)展新的從站儀表。

3、電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 i/o server for modicon modbus中的設(shè)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(shè)置modbus topic definition中的參數(shù)，如圖2所示。圖2中，topic name設(shè)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(shè)置方法相同。

3.2 intouch中訪問名的設(shè)置

仍以1#從站儀表為例，intouch中的訪問名設(shè)置為snp_1，節(jié)點名可以不設(shè)置，或設(shè)置為本機（主機）的ip地址127.0.0.1，應(yīng)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(xié)議為suitelink，如圖3所示，按照同樣的方法設(shè)置其他modbus從站的訪問名。

3.3 遙信功能的實現(xiàn)

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

注意報文中輸入線圈起始地址0000h對應(yīng)的設(shè)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(yīng)用中，可根據(jù)需要將不同的開入量接入儀表，如10001為1#配電柜內(nèi)斷路器合閘狀態(tài)，10002為1#配電柜內(nèi)斷路器分閘狀態(tài)，10003為1#配電柜接地刀閘位置狀態(tài)，10004為備用。在此，我們不必關(guān)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(fā)界面，配置其標(biāo)記名字典如圖4所示，圖4中，訪問名為snp_1，項目名即為設(shè)備地址10001。其他遙信開入量按照同樣的方法設(shè)置。

3.4 遙測功能的實現(xiàn)

在遙測即讀取電壓、電流、功率等寄存器地址中的數(shù)值，轉(zhuǎn)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(fā)送和從機返回的報文格式為：

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(shù)據(jù)，分別對應(yīng)ia、ib、ic的通訊值，需指出的是，電流通訊值要乘上一個系數(shù)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(yīng)設(shè)備地址為40260，其他順延。配置1#從站儀表的ia標(biāo)記名字典，如圖5所示，訪問名仍為snp_1，項目名即為設(shè)備地址40260。ib、ic按照同樣的方法設(shè)置。

3.5 遙控功能的實現(xiàn)

本遙控即遠(yuǎn)方控制snp-200電力儀表的輸出繼電器進(jìn)而實現(xiàn)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(shè)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(fā)送和從機返回的報文格式為：

報文中線圈地址為0000，對應(yīng)設(shè)備地址為00001，如果線圈地址為0001，則對應(yīng)設(shè)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(shè)置為snp_1，項目地址即為設(shè)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(jìn)而實現(xiàn)對斷路器的合閘遠(yuǎn)控。

3.6修改裝置參數(shù)

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

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

4、結(jié)論

文章介紹的基于intouch和modbus協(xié)議的電力監(jiān)控系統(tǒng)，以工控機作為主機實現(xiàn)對電力測控儀表的遙信、遙測、遙控及修改裝置參數(shù)等功能，性價比高，符合過程工業(yè)流行的趨勢，運行表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，且非常易于擴(kuò)展，在工程上有一定的借鑒意義。

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