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基于MODBUS現場總線的大型設備監測監控系統的研究

作者: 時間:2012-09-15 來源:網絡 收藏

  為了提高監控軟件的通用性,使操作人員可以根據網絡實際情況手動設置該監控分站的通訊參數,避免因網絡參數變化而不得不修改軟件,設計了通訊參數(波特率、校驗方式、從站地址等)的撥碼盤輸入電路。通訊參數的輸入需要五片撥碼盤來完成,其中前三片用來設置站地址1~247;第四片設置波特率(0~7分別代表1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200(bps)等八種波特率);最后一片用來設置奇偶校驗方式(0~2分別代表無校驗、奇校驗、偶校驗)。此外,為了禁止異地同時對綜采工作面大型設備操作,避免意外事故的發生,在該智能型組合開關的測控系統中增加一轉換接點,用它提供的兩種互斥狀態分別作為現場控制與遠程控制的使能標志,這樣就避免了現場控制和遠程控制同時有效的可能。

  HT6L1-400Z/1140智能型組合電器的中央處理單元為西門子S7-200 PLC(CPU 226)[3],只要編制相應的通訊軟件,就能很好的支持Modbus協議,進而與上位機實現通訊。在這種情況下,CPU 226僅有端口Port0支持Modbus遠程通訊協議[4],而端口Port1用于與測控系統中液晶顯示器TP7的通訊。

  2.3 軟件設計

  通訊軟件是在STEP7-Micro/WIN編程軟件環境下設計的,其指令庫包含專為Modbus通訊設計的子程序和中斷服務程序[4],使得測控系統通訊軟件的編制簡單易行[5]。

  2.3.1 軟件編制

  HT6L1-400Z/1140智能型組合開關測控系統本身無論是硬件還是軟件都已經很成熟,并且其本身智能化程度比較高,也有支持上位機遠程監測監控的硬件基礎,所以如何把監控程序很好地融合于測控系統的軟件中是本分站軟件編制的重點和難點。

  監控分站的軟件流程圖如圖1所示。初始化包括原系統軟硬件初始化和Modbus通訊初始化,通訊初始化在程序中只需要執行一次。初始化完成后,操作者可以通過液晶顯示器TP7的整定值顯示畫面查看通訊參數及電流整定值的正確與否。該Modbus通訊程序實時檢測并響應主站請求,一方面向主站上傳各被控電機的工況參數,包括運行方式、分合閘狀態、電流、電壓、故障狀態及故障參數等;另一方面該監控分站還支持主站的控制命令,如強制單線圈或多線圈、寫單寄存器或多寄存器命令等。該監控分站支持的主站命令如表2所示。

  表2. 該分站支持的主站命令

  2.3.2 軟件組態

  用STEP7-Micro/WIN編制完程序后,還需要對通訊程序塊進行組態,包括符號表組態、通訊數據區配置和指令參數的配置等,否則它就不是一個統一的整體。

  符號表組態是對通訊程序的符號表分配780個字節的V區地址空間,它不能與通訊數據區有任何重疊。

  通訊數據區配置就是對需要上傳的電壓、電流、系統狀態及故障信息等參數存儲空間的配置。該分站需要分配20個字空間來實時存儲這些參數,包括六路整定電流、系統狀態、系統電壓、六路運行狀態及六路工作電流,具體的存儲格式如表3所示。考慮到將來系統的擴容,該通訊數據區留有一定的裕度,這里實際分配了32個字空間。

  表3. 通訊數據區數據存儲格式

  指令參數的配置就是對通訊指令中的一些關鍵參數的設置,包括Modbus從站地址、通訊波特率、奇偶校驗選擇、附加字符間延時、最大I/Q、最大AI、最大數據區等的設置。其中從站地址、通訊波特率和奇偶校驗方式用戶可通過撥碼盤以固定參數的形式輸入,其它參數必須在程序中配置好。這些參數都必須和實際的監控網參數及實際要求相統一,這樣該監控分站才能正常運行。

  3 現場調試

  為了檢驗該監控分站的通訊程序能否正常可靠的運行,程序編制好之后,可以利用支持Modbus RTU串口調試的軟件工具(如Modscan 32、Commix)進行通訊測試,這樣在實驗室就能確定程序能否可靠運行。

  通過串口調試軟件Commix的現場通訊測試,可以確定該分站監控軟件是可靠的,它能正確響應表2中的常用主站命令。例如當系統初始化完成時,該監控分站的各回路電流整定值及系統電壓值的TP7的顯示畫面如圖2所示,此時利用Commix軟件所監測的電流整定值和系統電壓值(十六進制顯示)與TP7畫面的顯示值完全一致,如圖3所示。該圖中的十六進制數0032和0096對應于50A和150A的電流整定值,而047C為系統電壓值大小。

  以上說明該監控分站的監測功能是正確可靠的,而通過Commix串口調試軟件的現場監控功能測試可知,該監控分站的遠程監控功能也是實時可靠的。例如利用寫多線圈命令(0FH)起動完六臺電機后,再停止(0FH)第二、三、四、六臺電機,停止這四臺電機的監控畫面如圖4所示,此時該監控分站的TP7顯示畫面如圖5所示。圖4中的十六進制數0011的低位字節為11,其二進制形式的低六位對應于六臺電機的起動和停止控制位(1:起動或保持運行;0:停止)。圖5的顯示內容說明該監控分站的監控功能也是實時、準確、可靠的。



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