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          基于MODBUS通信協(xié)議的低壓交流配電柜智能監(jiān)控系

          作者: 時間:2012-01-30 來源:網(wǎng)絡 收藏

          的低壓系統(tǒng)

          介紹了一種協(xié)議的低壓開關柜智能監(jiān)測系統(tǒng):以工控機為主站,帶協(xié)議接口的智能控制器和網(wǎng)絡儀表為從站,使用MODBUS協(xié)議實現(xiàn)了計算機與現(xiàn)場智能儀表之間的數(shù)據(jù)傳輸。介紹了MODBUS的基本內容和格式,監(jiān)控系統(tǒng)的組成與結構,以及軟件實現(xiàn)的具體功能。
          關鍵詞:低壓控制柜,監(jiān)控系統(tǒng),MODBUS協(xié)議


          1 引 言
            現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場,在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng),也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。
            目前,我國大多數(shù)配電房中使用的低壓配電系統(tǒng)沒有實現(xiàn)智能化控制,管理人員無法及時發(fā)現(xiàn)問題,處理突發(fā)事件。具有通信功能的智能控制器的開發(fā)及其在斷路器上的應用,以及智能網(wǎng)絡儀表的應用,使得通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)低壓配電智能化成為可能。低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)采集配電房中各配電柜的電參量信息、斷路器狀態(tài)信息,實現(xiàn)對各配電柜的遙控、遙測、遙調、遙訊。
          2 MODBUS協(xié)議介紹
            MODBUS是MODICON公司為其生產(chǎn)的PLC設計的一種,從功能上看,可以認為是一種現(xiàn)場總線。MODBUS協(xié)議定義了消息域格式和內容的公共格式,使控制器能認識和使用消息結構,而無需考慮通信網(wǎng)絡的拓撲結構。它描述了一個控制器訪問其它設備的過程,當采用MODBUS協(xié)議通信時,此協(xié)議規(guī)定每個控制器需要知道自己的設備地址,識別按地址發(fā)來的消息,如何響應來自其它設備的請求,如何偵測錯誤并記錄。
            控制器通信采用主-從技術,即,只有主設備能發(fā)出查詢,從設備響應消息。主設備可單獨和從設備通信,從設備返回一個消息。如果采用廣播方式(地址為零)查詢,從設備不作任何回應。
            MODBUS通信有兩種模式:ASCII和RTU模式。一個MODBUS通信系統(tǒng)中只能選擇一種模式,不允許兩種模式混合使用。
            采用RTU模式,消息的起始位以至少3.5個字符傳輸時間的停頓開始(一般采用4個),在傳輸完最后一個字符后,有一個至少3.5個字符傳輸時間的停頓來標識結束。一個新的消息可在此停頓后開始。在接收期間,如果等待接收下一個字符的時間超過1.5個字符傳輸時間,則認為是下一個消息的開始。校驗碼采用CRC-16方式,只對設備地址、功能代碼和數(shù)據(jù)段進行。整個消息幀必須作為一連續(xù)的流傳輸,傳輸速率較ASCII模式高。
            MODBUS可能的從設備地址是0~247(十進制),單個設備的地址范圍是1~247。
            可能的功能代碼范圍是十進制的1~255。其中有些代碼適用于所有的控制器,有些是針對某種MODICON控制器,有些是為用戶保留或備用。
          3 系統(tǒng)實現(xiàn)
            MODBUS標準物理層采用RS232接口,由于實際應用中強電干擾較大,且是多點連接,所以,我們采用RS485接口。同時,由于配電房中配電柜集中安裝,不需要采用復雜的網(wǎng)絡拓撲結構。
          上位機采用工控機,外接RS232/485轉換接口。斷路器為某公司生產(chǎn)的HSW1系列,共5臺。主進線處采用法國“溯高美”(SOCOMEC)公司的“電能士系列”(DIRISSYSTEM)智能型電力系統(tǒng)電量監(jiān)控器。為保證較快的傳輸速度,系統(tǒng)通信采用MODBUS推薦的RTU傳輸模式。表1所示為RTU傳輸模式每個字符的數(shù)據(jù)格式,表2為MODBUS協(xié)議RTU消息幀的格式。系統(tǒng)連接的通信介質為A類屏蔽雙絞線。系 統(tǒng)框圖如圖1所示。




          3.1 智能控制器
            低壓控制柜主要部件為HSW1智能型萬能式低壓斷路器,智能控制器基于PIC18C658單片機。斷路器硬件組成框圖如圖2所示。




            智能控制器可設定過載長延時反時限、短延時反時限、定時限、瞬時功能;還可采集整定電流、動作電流、各線電壓,并控制斷路器的通/斷;并通過內置MAX485芯片實現(xiàn)與外界通信。
            在實現(xiàn)智能控制器的MODBUS協(xié)議時,主要難點在RTU模式的停頓時間的實現(xiàn)上。首先,我們計算每個字節(jié)傳輸所需要的時間t,在初始化USART時,PIC18C658的Timer1置零并計時,Timer1的時限為4t,流程圖如圖3所示。因為RTU模式下為連續(xù)數(shù)據(jù)流,在連續(xù)接收數(shù)據(jù)期間,如果字符接收時間超過2t,則丟掉本次信息。信息接收完畢,利用Timer1定時中斷控制結束時間間隔,同時處理數(shù)據(jù)及錯誤。
          3.2 電量監(jiān)控器
            電網(wǎng)監(jiān)控所使用的DIRISC型電量監(jiān)控器,可檢測三相四線制的相電壓、線電壓、相電流、零線電流、有功/無功功率、功率因素、頻率及相應的最大值。監(jiān)控器以RS485接口,采用MODBUS協(xié)議中的RTU模式與外界連接,傳送電網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)。電量監(jiān)控器根據(jù)實際應用,僅使用MODBUS通信協(xié)議中的部分功能:03功能,此功能可讀取電量監(jiān)控器中的任何測量值和設定值參數(shù),一次最多可讀128個字數(shù)據(jù);06功能,此功能可向電量監(jiān)控器寫入設定值參數(shù),此功能一次只能寫一個字數(shù)據(jù),10功能,此功能可向電量監(jiān)控器寫入多個設定值參數(shù),一次最多可寫入多個設定值參數(shù)。
          3.3 上位機軟件的實現(xiàn)
            上位機軟件采用VC6.0開發(fā),操作系統(tǒng)為Windows NT4.0。在軟件編程時要注意的問題是,由于MODBUS協(xié)議是MODICON公司為其PLC開發(fā)的,多數(shù)命令只適用于MODICON的PLC,因此需要自己增加一些命令,以適應通信要求。主要實現(xiàn)功能如下。
          3.3.1 遙控
            遙控是通過主站工控機對每一從站斷路器進行儲能、閉合、斷開的操作控制。操作者從系統(tǒng)界面上選取相應的對象,系統(tǒng)即提供相應對象的當前運行狀態(tài),可發(fā)出遙控“合”或“分”的指令。系統(tǒng)將指令傳遞給相應斷路器從站,從站在收到指令后,即按既定的時序進行分斷、閉合、儲能等操作,并向主站報告遙控的結果。
          3.3.2 遙調
            遙調是通過主站工控機對從站的保護定值進行設置。在主站工控機中存有所有從站的保護定值表,選定對象后,系統(tǒng)即提供相應對象的所有保護定值的當前設置,以及該對象的保護定值表,可從參數(shù)中選擇需要的參數(shù),然后點擊相應的按鈕,主站便把參數(shù)下載給相應的從站,并報告遙調的結果。從站在收到指令后即修改自己的保護定值。
          3.3.3 遙測
            遙測是通過主站對各從站的電網(wǎng)運行參數(shù)實現(xiàn)監(jiān)測。通訊子站向上位機報送工作參數(shù)如下:各子站實時A、B、C、N相電流值,UAB、UAC、UCA的電壓值等。
            故障記錄可記錄以下的故障參數(shù):故障時的A、B、C、N相電流值,UAB

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