基于InTouch和MODBUS協(xié)議的電力監(jiān)控系統(tǒng)

1 概述

　intouch是由美國(guó)wonderware公司開(kāi)發(fā)的過(guò)程可視化組態(tài)軟件，其功能強(qiáng)大、易用性好，市場(chǎng)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(xiàng)目。modbus是由modicon公司開(kāi)發(fā)的開(kāi)放的通信協(xié)議，它已經(jīng)成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)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?；谝陨蟽牲c(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了一種基于intouch和modbus協(xié)議的電力監(jiān)控系統(tǒng)，上位機(jī)采用安裝有intouch和modbus io server的研華工控機(jī)，下位機(jī)采用上海南自科技公司的snp-200系列電力測(cè)控儀表，系統(tǒng)開(kāi)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(jì)

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件示意圖如圖1所示。

圖1 電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件示意圖

　　snp-200測(cè)控儀表有一個(gè)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(shí)也被稱為差動(dòng)信號(hào)的“+”，“b”被稱為差動(dòng)信號(hào)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(shí)，通訊距離會(huì)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(wú)奇偶校驗(yàn)。為保證通信質(zhì)量，應(yīng)將每臺(tái)snp-200儀表的gnd端子短接在一起，并在主機(jī)處單點(diǎn)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(jī)擁有多個(gè)rs-232com口，每個(gè)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(kāi)來(lái)，既減輕了每個(gè)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(jì)

　　3.1 i/o server for modicon modbus中的設(shè)置

　　1臺(tái)主機(jī)往往帶多個(gè)modbus從站，例如圖1所示。以1#從站儀表為例，打開(kāi)modicon modbus io server，設(shè)置modbus topic definition中的參數(shù)[1]，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(hào)1，slave device type選擇為micro84plc。其他從站儀表的設(shè)置方法相同。

圖2 modbus topic definition設(shè)置圖

　　3.2 intouch中訪問(wèn)名的設(shè)置

　　仍以1#從站儀表為例，intouch中的訪問(wèn)名設(shè)置為snp_1，節(jié)點(diǎn)名可以不設(shè)置，或設(shè)置為本機(jī)(主機(jī))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(wèn)名。

圖3 intouch訪問(wèn)名配置圖

　　3.3 遙信功能的實(shí)現(xiàn)

　　遙信即讀取外部開(kāi)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(gè)遙信開(kāi)入量，主機(jī)下發(fā)和從站返回的報(bào)文格式分別為[2]：

　　主機(jī)發(fā)送 ： 0 02 000 0004 crc

　　地址 功能碼 起始地址 讀開(kāi)關(guān)量個(gè)數(shù) crc碼

　　從機(jī)響應(yīng)： 01 02 01 02 crc

　　地址 功能碼 字節(jié)數(shù) di狀態(tài)數(shù)據(jù) crc碼

　　注意報(bào)文中輸入線圈起始地址0000h對(duì)應(yīng)的設(shè)備地址為10001，其他順延。本例中，主機(jī)讀取1#從站輸入線圈10001~10004共4路信號(hào)。工程應(yīng)用中，可根據(jù)需要將不同的開(kāi)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(yàn)碼的計(jì)算和校驗(yàn)，只需在intouch中先配置好訪問(wèn)名snp_1，再逐個(gè)配置10001~10004 i/o離散型變量，以1#從站儀表的10001為例，打開(kāi)intouch開(kāi)發(fā)界面，配置其標(biāo)記名字典如圖4所示，圖4中，訪問(wèn)名為snp_1，項(xiàng)目名即為設(shè)備地址10001。其他遙信開(kāi)入量按照同樣的方法設(shè)置。

圖4 遙信變量的標(biāo)記名字典配置圖

　　3.4 遙測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)

　　在遙測(cè)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(shí)際工程量，供上位機(jī)顯示用。snp-200系列儀表使用03h作為遙測(cè)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(cè)量ia、ib、ic三相電流值，主機(jī)發(fā)送和從機(jī)返回的報(bào)文格式為[2]：

　　功能：主機(jī)讀取1#從站儀表的報(bào)文地址為0103h開(kāi)始的3個(gè)寄存器數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)ia、ib、ic的通訊值，需指出的是，電流通訊值要乘上一個(gè)系數(shù)才能換算成實(shí)際值，本例中，i實(shí)際=i通訊×ct變比/100=i通訊×100/100=i通訊。報(bào)文中ia寄存器地址0103h=259，對(duì)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(wèn)名仍為snp_1，項(xiàng)目名即為設(shè)備地址40260。ib、ic按照同樣的方法設(shè)置。

圖5 遙測(cè)變量的標(biāo)記名字典配置圖

　　3.5 遙控功能的實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)1秒的合閘脈沖，主機(jī)發(fā)送和從機(jī)返回的報(bào)文格式為[2]：

　　報(bào)文中線圈地址為0000，對(duì)應(yīng)設(shè)備地址為00001，如果線圈地址為0001，則對(duì)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(wèn)名設(shè)置為snp_1，項(xiàng)目地址即為設(shè)備地址00001。只需在intouch中配置一個(gè)按鈕，按鈕按下時(shí)使qf1_on_button為1，按鈕松開(kāi)時(shí)使qf1_on_button為0，按下按鈕維持1秒后松開(kāi)，就可以使第一路繼電器輸出1秒的合閘脈沖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的合閘遠(yuǎn)控。

圖6 遙控變量的標(biāo)記名字典配置圖

　　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(jī)發(fā)送和從機(jī)返回的報(bào)文格式為[2]：

　　由snp-200的modbus規(guī)約，ct變比的寄存器地址為000eh=14，對(duì)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(duì)應(yīng)設(shè)備地址40015)修改為20即可。

圖7 修改裝置參數(shù)的標(biāo)記名字典配置圖

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(jī)作為主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力測(cè)控儀表的遙信、遙測(cè)、遙控及修改裝置參數(shù)等功能，性價(jià)比高，符合過(guò)程工業(yè)流行的趨勢(shì)，運(yùn)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。