電源控制系統中通信的設計與實現

摘要：通信是電源控制系統中的關鍵技術之一，較為詳細地介紹了在直流電源微機控制系統中通信系統的方案設計和實現問題，設計了一種簡單實用的通信方式，在實際系統中的應用證明其有較好的效果。關鍵詞：通信控制；電源控制；集散系統電源控制系統中通信的設計與實現

摘要：通信是電源控制系統中的關鍵技術之一，較為詳細地介紹了在直流電源微機控制系統中通信系統的方案設計和實現問題，設計了一種簡單實用的通信方式，在實際系統中的應用證明其有較好的效果。
關鍵詞：通信控制；電源控制；集散系統1引言
電源控制系統中，通信部分的設計是非常關鍵的，當前的電源控制系統都是較為復雜的集散控制系統。通信系統是整個系統的聯結紐帶，負責著系統各部分的協調工作。由于現場工作環(huán)境一般較為惡劣，電磁干擾等較為嚴重，更對通信系統提出了嚴格的要求。本文基于作者與西安新核電力電子公司聯合研制的電池充放電計算機控制系統，設計了一套簡單實用的通信系統，在現場獲得了成功應用。
2系統結構與功能
電池充放電電源控制系統主要完成以下功能：
——主充、均充、浮充、逆變及自動運行等工作過程的控制；
——參數輸入和工作狀態(tài)設置；
——實時數據顯示、故障診斷和報警；
——在現場和操作室的計算機均可對控制器進行操作；
—連續(xù)運行數小時以上。

圖1是電源控制器的總體結構示意圖。圖中：計算機采用的是工控機，利用所編制的基于Win98操作平臺的監(jiān)測軟件進行參數與工作方式設置、參數顯示、故障報警和過程曲線繪制等。顯示器采用的是東芝T6963驅動的240X128點的液晶顯示器，用來進行參數與工作方式設置及參數顯示與故障報警，由于顯示畫面大小有限，所以未進行過程曲線顯示，接口板CPU采用Intel80C196KC，軟件采用PL/M96或C196編程，利用自建字庫完成全部漢字顯示。圖1中控制器采用與顯示器接口板同類型的單片機，該部分完成參數接收、各工作方式實現、參數發(fā)送、故障診斷等功能，同時利用非線性算法完成了電源控制，達到了控制指標要求。
在該系統中，計算機和液晶顯示器作為上位機，兩者均可以獨立進行工作，也可以同時工作（顯示相同參數數據和工作狀態(tài)）?？刂破鹘M作為該系統的下位機（具有可擴展性）。由上述系統各部分功能可知，系統的 很大工作量是依靠通信完成的，所以通信在該控制系統中占有非常重要的地位。
3通信系統設計
3．1通信方式選擇
在進行通信系統設計時，通信速度要滿足實時性要求，通信接口要簡單方便，能滿足集散系統中的一對多（多對多）要求，數據傳輸要安全可靠，抗干擾性較好，可進行遠距離通信。基于此，本文選用在工業(yè)控制中廣泛應用的RS485總線方式進行通信設計，該通信方式速率可達187.5kbps，遠遠超過該系統中的參數實時性傳遞對通信速率的要求；接口只需兩根通信線，利用差分線路進行信號傳輸，在該系統中的電磁場干擾下也能夠正常工作；該方式下通信距離可達1000m，完全滿足該系統中控制室到現場間的距離要求。
3．2硬件設計
采用RS—485的通信模式在進行硬件實現時非常簡單，對于計算機只需增加一個擴展的串口卡即可。在單片機系統中，可采用芯片75176A，該芯片的接口連線如圖2所示。圖中RXD和TXD分別連接CPU的串口接收和發(fā)送端，P1.5是利用一根單片機I/O線進行發(fā)送和接收使能端控制，485B和485A接到其它單片機的對應口或計算機串口的接收和發(fā)送端。連接線選用雙絞線就可以滿足系統要求，信號輸入輸出均采用了光電隔離。
3．3軟件設計
在該通信系統中，各計算機之間采用“Polling”方式，即問答方式，該方式可以避免通信線路上的資源競爭，防止死機等情況發(fā)生。
3．3．1幀格式
要接收和發(fā)送數據，首先需要制定一定的幀格式，否則就無法進行串行通信。在復雜的集散控制系統中常采用變長結構幀進行設計，這里為方便起見采用定長結構，對于不同的控制器定義不同的地址。由于在本系統中上位機要向控制器發(fā)送較多的參數數據，如果幀較長則可以使每次傳輸的數據比較多一些，但是，這樣將使得在上位機接收一些命令和數據時將浪費掉一些時間。如果幀太短，則在發(fā)送命令時時間很短，但在發(fā)送數據時將需要發(fā)送較多的幀，所以，這一幀數據的長度必須合適。考慮到串口的發(fā)送和接收以及編程實現的方便程度，以及參考同步鏈路層規(guī)程（HDLC）的協議，幀結構定義如下：

每幀均以同步字開頭，標明一幀開始；地址是用來區(qū)分不同的控制器和計算機；命令字說明幀的類型；信息字是要傳送的數據，在有的幀中只需要地址和命令字就可以了，而不需要信息字；校驗字部分本文是利用相加和進行校驗的；結束符表明一幀的結束（一定要與同步字有所區(qū)別）。幀中的同步字、地址、命令字、校驗字和結束符均為一個字節(jié)，信息字本文取為4個字節(jié)。在串口的設置中選擇通信速率為9600bps，校驗方式為奇偶校驗。通信模式設置選用模式2和模式3的組合方式進行多機通信[1]。
3．3．2通信協議
根據系統的需要，本文定義了一種較為簡單的協議，實現了系統的數據傳輸要求。表1是由上位機發(fā)往下位機的部分幀的定義，主要是命令字與信息字的定義，在地址的定義中，本文取計算機地址為0（顯示器與地址相同），控制器組的地址定義為1、2……n，n由實際系統中所接的控制器個數決定。

表1是整個通信協議中的一部分，全部協議中還包括了其它從上位機發(fā)往下位機的幀，以及從下位機發(fā)往上位機的幀的定義，由于篇幅有限，其它部分從略。
3．3．3軟件設計
有了通信協議和幀的定義后，就可以進行程序編制了。在程序編制中要利用幀格式中的同步字、命令字以及校驗字進行編程，程序編制主要是依據同步字作為有效接收的開始，然后把接收的一幀數據進行校驗和信息分解。用PL/M96語言編制的程序如下：
RX(INDEX)=SBUF;/*讀接收緩沖器*/
IFRX(0)=7EHTHEN/*幀頭提取*/
INDEX=INDEX＋1;
ELSE
INDEX=0;
IFINDEX=8THEN
DO;
INDEX=0;/*指針歸零*/
CALL幀解析子程序;
END;
4結論
電源控制系統中的通信系統設計是提高系統實時性和可靠性的有力保證，本文所設計的簡化的通信系統具有較高的實用性和較高的可移植性。該系統在新核電力電子公司的電源控制系統應用中，運行一年多來未出現過通信故障問題，運行效果令人滿意。