基于AC800M系統(tǒng)與水電廠交流采樣裝置的通訊實現(xiàn)

顧丹峰

摘 要：水電廠機電設(shè)備的信息化運行能夠提升其工作效率，更加有助于實現(xiàn)數(shù)字化的水電廠通信網(wǎng)絡(luò)平臺。文章闡述了Modbus通訊協(xié)議及其原理，根據(jù)不同系統(tǒng)的現(xiàn)場總線協(xié)議差異大，且不同總線協(xié)議應(yīng)用范圍存在差異的問題，對Modbus協(xié)議的AC800M控制器與雅達(dá)EPM420交流采樣裝置的通信技術(shù)進(jìn)行探討，從而進(jìn)一步實現(xiàn)數(shù)字化的水電廠通信平臺。

關(guān)鍵詞：Modbus協(xié)議；AC800M；EPM420交流采樣裝置

中圖分類號：TN911.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0080-01

隨著數(shù)字化、智能化水電站的發(fā)展，使得現(xiàn)代水電站生產(chǎn)控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，同時對可靠性、實時性、精確性要求也越來越高。為提高數(shù)字化水電站的控制系統(tǒng)性能，實現(xiàn)開放通信網(wǎng)絡(luò)，必須統(tǒng)一現(xiàn)場總線協(xié)議[1]。

本文以Modbus協(xié)議為例，利用MODBUS協(xié)議開放廣泛的優(yōu)點，結(jié)合瑞士ABB公司的AC800M控制器與交流采樣裝置，實現(xiàn)水電廠的開放網(wǎng)絡(luò)通訊。

1 AC800M控制器與交流采樣裝置

1.1 AC800M控制器

AC800M是Compact Products 800系列產(chǎn)品中的一個重要組件，它是一款基于導(dǎo)軌安裝的模塊化的控制器，包含了CPU、通信模塊、電源模塊及一系列附件。集成了多種通信功能、可以實現(xiàn)全方位冗余，并且支持寬范圍的I/O信號，同時也包括在危險區(qū)域的本質(zhì)安全信號。

AC800M控制器通過Compact Control Builder編程軟件為其編程組態(tài)，使得AC800M控制器可以實現(xiàn)各種控制應(yīng)用?？芍貜?fù)使用代碼和庫文件的功能特點也使AC800M的應(yīng)用程序更加容易組態(tài)和建立[2]。Compact Control Builder基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持5種編程語言，即：指令表（IL）、梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）、結(jié)構(gòu)文本（ST）、順序功能圖（SFC）。

1.2 交流采樣裝置及其參數(shù)設(shè)置

在實現(xiàn)自動化的過程中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。交流采樣測量裝置是將工頻交流電量值（電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率、相位角、功率因數(shù)等）經(jīng)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、計劃變?yōu)閿?shù)字信號傳送至本地或遠(yuǎn)端顯示器的測量裝置，交流采樣測量裝置是水電站綜合自動化裝置中的測量的部分，它代替了傳統(tǒng)的儀器、儀表，已在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中被廣泛采用。

本文采用的是參數(shù)設(shè)置良好的EPM420交流采樣裝置，參數(shù)設(shè)置如下：

①密碼設(shè)置保護(hù)不變；

②接線方式：根據(jù)原型象達(dá)電站的一次接線情況，設(shè)置為三相四線制三單元的接線方式；

③PT（電壓互感器）變比設(shè)置：根據(jù)原型象達(dá)電廠的電壓互感器選型，PT一次側(cè)電壓值/二次側(cè)電壓值為：110 000/100；

④CT（電壓互感器）變比設(shè)置：根據(jù)原型象達(dá)電廠的電壓互感器選型，CT一次側(cè)電流值/二次側(cè)電流值為：800/5；

⑤通訊地址設(shè)置：EPM420型多功能電量儀表的從站地址設(shè)置為從0至9；

⑥通訊波特率設(shè)置：全部EPM420型多功能電量儀表波特率設(shè)為9 600。

2 AC800M與交流采樣裝置的通信實現(xiàn)

2.1 Modbus實現(xiàn)通訊的傳輸途徑

通信過程實質(zhì)上是數(shù)據(jù)在各個層次間的傳輸過程，這里的編程是針對各個層次的不同功能進(jìn)行的。Modbus將協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化后，方便在主站及多個從站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換請求。數(shù)據(jù)傳輸過程是先通過上機位，然后再向下傳遞到各個物理信道，最后到達(dá)數(shù)據(jù)接收端的最底層。

在整個由上到下的傳遞過程中，應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上鏈路層進(jìn)行地址及效驗碼的傳輸，物理層以0/1的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的監(jiān)控軟件應(yīng)按照三層功能分層來編寫。

2.2 通信實現(xiàn)的解決方案

根據(jù)EPM420交流采樣裝置的參數(shù)設(shè)置內(nèi)容，運用ABB Compact Control Builder AC 800M 5.0.1編程軟件實現(xiàn)AC800M系統(tǒng)與交流采樣裝置的通信。

由于EPM420交流采樣裝置自帶的是RS485通信模塊，其作為子站的采樣裝置可以是單個或多個并聯(lián)連接使用，主站通過不同的子站地址進(jìn)行區(qū)別不同子站交流采樣裝置。編程軟件通過編寫程序從EPM420讀取需要的數(shù)據(jù)存儲到PLC的內(nèi)存。PLC程序根據(jù)自身CPU的掃描周期，不斷更新讀取EPM420的數(shù)據(jù)，所以實現(xiàn)了PLC組態(tài)軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)實時采集[3]。

2.3 AC800M與交流采樣裝置的通信

AC800M系統(tǒng)與交流采樣裝置通信的具體實現(xiàn)包括創(chuàng)建系統(tǒng)硬件架構(gòu)、CI853 RS-232C通信模塊通訊參數(shù)配置、變量配置及編寫程序等四部分。

①創(chuàng)建系統(tǒng)硬件架構(gòu)： 建立一個名為gongyon的系統(tǒng)硬件架構(gòu)。本系統(tǒng)的IP地址設(shè)為172.16.0.164（用于與后臺通訊），CPU模塊為型號為PM861， CI853為RS-232C通信模塊。

②CI853 RS-232C通信模塊通訊參數(shù)配置：通信模塊的通訊參數(shù)配置為：

波特率：9600；數(shù)據(jù)位：8；奇偶校驗：無；停止位：1。

參數(shù)配置，如圖1所示。

③變量配置：配置通訊程序中所須調(diào)用的變量，變量的配置中每個變量名是唯一的。

④運用結(jié)構(gòu)文本語言編寫程序： 通訊程序的開發(fā)語言選用結(jié)構(gòu)文用結(jié)構(gòu)文本（ST），因為結(jié)構(gòu)文件語言優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)化的編程試，有簡單的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)能快速高效的編程，使用直觀靈活符合IEC61141-3標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 AC800M系統(tǒng)與上位機人機交互的實現(xiàn)簡述

通過AC800M的CPU模塊實現(xiàn)與EPM420型多功能電量儀表的數(shù)據(jù)信息時實讀取，并將讀取到的數(shù)據(jù)通過ABB 提供的AC800M 系統(tǒng)中CI867 MODBUS TCP/IP 通訊模塊，將讀取到的信息高速、實時的送到計算機監(jiān)控系統(tǒng)的后臺網(wǎng)絡(luò)中，計算機監(jiān)控系統(tǒng)后臺選用SD 8000水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了支持與ABB AC800M系統(tǒng)MODBUS TCP/IP通訊協(xié)議的驅(qū)動包，安裝驅(qū)動包后，就可以實現(xiàn)后臺人機交互系統(tǒng)中實時數(shù)據(jù)庫與下位機AC800M控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。

3 結(jié) 語

以AC800M系列控制器為核心平臺的通訊系統(tǒng)已在國內(nèi)多家水電站得到成功應(yīng)用。本文采用MODBUS通訊協(xié)議，運用ABB Compact Control Builder AC 800M 5.0.1組態(tài)軟件，實現(xiàn)了AC800M系統(tǒng)與EPM420交流采樣裝置的開放網(wǎng)絡(luò)通信。通過水電站的工程實踐，ABB AC800M系統(tǒng)與交流采樣裝置的通訊系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，實現(xiàn)了數(shù)字化交流采樣裝置的通訊目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 19582.2-2008，基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，第1部 分：Modbus應(yīng)用協(xié)議[S].

[2] 史運濤，孫德輝，李志軍，等.基于Modbus協(xié)議的通訊集成技術(shù)研究[J].化工自動化及儀表，2010，（4）.

[3] 顧海勤，楊奕，全毅，等.基于MODBUS協(xié)議的智能儀表與PC機雙向通訊 設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器，2013，（12）.