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   活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專題---節(jié)能增效 電力新發(fā)展

  摘要：采用T910PLC單機(jī)為硬件基礎(chǔ)、組態(tài)軟件LABVIEW為軟件基礎(chǔ)，使用常用的MODBUS協(xié)議作為橋梁開發(fā)一套某電站電力監(jiān)控系統(tǒng)，以監(jiān)控電站電力運(yùn)行情況。

   關(guān)鍵詞：騰控T910、PLC、MODBUS、電力監(jiān)控系統(tǒng)、LABVIEW

   一、 前言

   近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水平的飛速發(fā)展，為保障電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行和獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，電力部門所要求監(jiān)測(cè)的參數(shù)種類越來(lái)越多。而傳統(tǒng)的人工測(cè)量和測(cè)量?jī)x器在對(duì)被測(cè)參數(shù)的采集、分析、評(píng)估等各個(gè)方面都存在著嚴(yán)重的不足，因此，為了滿足現(xiàn)有電力部門的需求和著眼于未來(lái)的發(fā)展需要，迫切需要出現(xiàn)一種高效、準(zhǔn)確替代手段。而伴隨著工用PLC技術(shù)的發(fā)展,PLC越來(lái)越強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力以及邏輯判斷能力為解決這個(gè)問(wèn)題提供了新的辦法。

   以往在工程實(shí)踐當(dāng)中，多選用西門子、松下、三菱等國(guó)外產(chǎn)品，但是其價(jià)格昂貴，維護(hù)成本過(guò)高，往往令企業(yè)望塵莫及。近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)發(fā)展水平的提高，一批優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)PLC應(yīng)運(yùn)而生，其中騰控T9系列產(chǎn)品就是代表之一。

   二、 關(guān)于騰控T-910PLC

   T-910可編程控制器是北京騰控科技有限公司T9系列PLC其中一款產(chǎn)品，使用最大頻率72MHz的ARM工業(yè)級(jí)CPU，外擴(kuò)32M SDRAM和4M FLASH，嵌入式操作系統(tǒng)，2M用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和2M用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。編程軟件使用KW MULTIPROG，通過(guò)以太網(wǎng)下載程序，另有3路RS232/485接口。T-910集成12路DI、8路DO、8路AI、2路AO、2路高速脈沖計(jì)數(shù)、24V直流輸出于一體。單臺(tái)模塊即可靈活應(yīng)用于各種小型工業(yè)自動(dòng)控制場(chǎng)合。

   騰控T9系列PLC具有單機(jī)輸入/輸出端口類型全、數(shù)量多、配置標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。特別是模擬量輸入端口數(shù)量和信號(hào)輸入標(biāo)準(zhǔn)恰能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。而且支持MODBUS協(xié)議方便用戶通過(guò)第三方軟件對(duì)其進(jìn)行操作，用戶組網(wǎng)選擇性強(qiáng)。

   三、 電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

   該系統(tǒng)是某研究所所使用，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性要求比較高，采用騰控T-910PLC作為中間橋梁，采集電力儀表中的電力參數(shù)，包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電量參數(shù)，而且還可以檢測(cè)到開關(guān)運(yùn)行、故障狀態(tài)、工作位置信號(hào)。重要的是使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)RS485通訊，有較高的通訊效率及穩(wěn)定性，并且使用技術(shù)成熟的Modbus協(xié)議，不易出現(xiàn)錯(cuò)誤，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的幫助。

   四、 硬件配置

   各裝置安裝于該電站電力控制室內(nèi)，主要由T-910PLC、電力儀表、計(jì)算機(jī)、RS485數(shù)據(jù)線組成。根據(jù)各單元的資源情況和對(duì)終端功能的要求，完成硬件電路連接的設(shè)計(jì)如圖1所示。
  
                   
                               圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

  PLC硬件端口[2]使用情況為：

   AI(0-5)：8路模擬量輸入。分別接入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變送器輸出的電流(Ia、Ib、Ic)、電壓（Uab、Ubc），電流0-20mA，電壓0-5V。

   DI0(I0.0-I0.2)：分別連接電力儀表的開關(guān)運(yùn)行、故障狀態(tài)、工作位置信號(hào)I0.0為開關(guān)運(yùn)行信號(hào)，I0.1為故障狀態(tài)、I0.2定義為工作位置。

   COM1：數(shù)傳通道，與計(jì)算機(jī)RS485 PCI卡連接。

   DIP開關(guān)：站號(hào)設(shè)置。

   五、 軟件設(shè)計(jì)

   1. Modbus通信協(xié)議

   Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。
Modbus可分為兩種傳輸模式：ASCII模式和RTU模式。使用何種模式由用戶自行選擇，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等）。在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，同一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。由于該系統(tǒng)使用RTU模式，在這里簡(jiǎn)單介紹一下RTU模式下的數(shù)據(jù)幀。

  其消息幀的數(shù)據(jù)格式如下表所示。
 
    
                           表1 RTU消息幀

   起始位與結(jié)束位用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，地址碼為預(yù)讀寄存器起始地址，數(shù)據(jù)區(qū)就是采集數(shù)據(jù)信息或采集到的數(shù)據(jù)，CRC校驗(yàn)碼用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。

   2. 虛擬儀器技術(shù)

   虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助用戶創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這也正是NI近30年來(lái)始終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。

   其中美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI公司)開發(fā)LabVIEW (Laboratory virtual instrument engineering workbench-實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái))就是其中的典型代表，世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾?xiàng)目需要。

   3. 軟件整體思路：

  首先，由于騰控T-910支持MODBUS通訊協(xié)議，并且不需要過(guò)多進(jìn)行過(guò)多編程，只需要把硬件連接好，對(duì)應(yīng)的輸入輸出參數(shù)就進(jìn)入到了T-910的內(nèi)部寄存器中，在使用MODBUS協(xié)議將寄存器中的內(nèi)容讀取出來(lái)即可。

  例如，T-910內(nèi)部寄存器地址30001-30006對(duì)應(yīng)著Ia、Ib、Ic、Uab、Ubc Uca，量程0-2000。若采集到的電流參數(shù)為a，電壓參數(shù)為b則有：

實(shí)際電流I=K*(a/20000)*20，單位A，其中K為電力儀表比例參數(shù)。
實(shí)際電壓U=K*(a/20000)*5，單位V，其中K為電力儀表比例參數(shù)。
這樣，就可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，存儲(chǔ)等功能。

   六、 結(jié)論

   該電力監(jiān)控系統(tǒng)使用騰控T910系類PLC、LabVIEW軟件及Modbus通信協(xié)議完成了電力儀表數(shù)據(jù)采集工作，并使用數(shù)據(jù)庫(kù)完成了電力參存儲(chǔ)、查詢等多項(xiàng)功能，精確地將電力參數(shù)顯示出來(lái)，使用報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)少人或者無(wú)人值守，保障了操作人員的安全，而且還給操作人員提供了一個(gè)可視的、良好的操作環(huán)境，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，滿足了系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，受到用戶好評(píng)。因此具有一定的實(shí)際意義。

  參考文獻(xiàn)

1 騰控科技編.T-910可編程控制器使用說(shuō)明
2 楊洪仁.T9可編程控制器硬件手冊(cè).版本01 201106.北京：騰控科技
3 孫義. T910 PLC的自由串口編程. 北京：騰控科技網(wǎng)站技術(shù)論壇