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   活動鏈接：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單機為硬件基礎、組態(tài)軟件LABVIEW為軟件基礎，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)控電站電力運行情況。

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

   一、 前言

   近年來，隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術水平的飛速發(fā)展，為保障電力系統(tǒng)安全可靠的運行和獲得更高的經(jīng)濟效益，電力部門所要求監(jiān)測的參數(shù)種類越來越多。而傳統(tǒng)的人工測量和測量儀器在對被測參數(shù)的采集、分析、評估等各個方面都存在著嚴重的不足，因此，為了滿足現(xiàn)有電力部門的需求和著眼于未來的發(fā)展需要，迫切需要出現(xiàn)一種高效、準確替代手段。而伴隨著工用PLC技術的發(fā)展,PLC越來越強大的數(shù)據(jù)處理能力以及邏輯判斷能力為解決這個問題提供了新的辦法。

   以往在工程實踐當中，多選用西門子、松下、三菱等國外產(chǎn)品，但是其價格昂貴，維護成本過高，往往令企業(yè)望塵莫及。近年來，隨著我國工業(yè)發(fā)展水平的提高，一批優(yōu)秀的國產(chǎn)PLC應運而生，其中騰控T9系列產(chǎn)品就是代表之一。

   二、 關于騰控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CPU，外擴32M SDRAM和4M FLASH，嵌入式操作系統(tǒng)，2M用戶程序存儲區(qū)和2M用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)。編程軟件使用KW MULTIPROG，通過以太網(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路高速脈沖計數(shù)、24V直流輸出于一體。單臺模塊即可靈活應用于各種小型工業(yè)自動控制場合。

   騰控T9系列PLC具有單機輸入/輸出端口類型全、數(shù)量多、配置標準等特點。特別是模擬量輸入端口數(shù)量和信號輸入標準恰能滿足現(xiàn)場需要。而且支持MODBUS協(xié)議方便用戶通過第三方軟件對其進行操作，用戶組網(wǎng)選擇性強。

   三、 電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計

   該系統(tǒng)是某研究所所使用，對系統(tǒng)穩(wěn)定性及準確性要求比較高，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)，而且還可以檢測到開關運行、故障狀態(tài)、工作位置信號。重要的是使用工業(yè)標準RS485通訊，有較高的通訊效率及穩(wěn)定性，并且使用技術成熟的Modbus協(xié)議，不易出現(xiàn)錯誤，對系統(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、計算機、RS485數(shù)據(jù)線組成。根據(jù)各單元的資源情況和對終端功能的要求，完成硬件電路連接的設計如圖1所示。
  
                   
                               圖1 系統(tǒng)硬件結構

  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)場測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運行、故障狀態(tài)、工作位置信號I0.0為開關運行信號，I0.1為故障狀態(tài)、I0.2定義為工作位置。

   COM1：數(shù)傳通道，與計算機RS485 PCI卡連接。

   DIP開關：站號設置。

   五、 軟件設計

   1. Modbus通信協(xié)議

   Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(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、校驗方式等）。在配置每個控制器的時候，同一個Modbus網(wǎng)絡上的所有設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

   起始位與結束位用于標識數(shù)據(jù)長度，地址碼為預讀寄存器起始地址，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校驗碼用于檢驗數(shù)據(jù)的正確性。

   2. 虛擬儀器技術

   虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。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，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。這也正是NI近30年來始終引領測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢。

   其中美國國家儀器公司(NI公司)開發(fā)LabVIEW (Laboratory virtual instrument engineering workbench-實驗室虛擬儀器工程平臺)就是其中的典型代表，世界各國的工程師和科學家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設計周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，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)實世界的信號相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實用信息，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)魏雾椖啃枰?br />
   3. 軟件整體思路：

  首先，由于騰控T-910支持MODBUS通訊協(xié)議，并且不需要過多進行過多編程，只需要把硬件連接好，對應的輸入輸出參數(shù)就進入到了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)容讀取出來即可。

  例如，T-910內(nèi)部寄存器地址30001-30006對應著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，就可以在計算機上進行數(shù)據(jù)的分析，存儲等功能。

   六、 結論

   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)庫完成了電力參存儲、查詢等多項功能，精確地將電力參數(shù)顯示出來，使用報警功能實現(xiàn)了現(xiàn)場少人或者無人值守，保障了操作人員的安全，而且還給操作人員提供了一個可視的、良好的操作環(huán)境，運行穩(wěn)定可靠，滿足了系統(tǒng)的主要技術指標，受到用戶好評。因此具有一定的實際意義。

  參考文獻

1 騰控科技編.T-910可編程控制器使用說明
2 楊洪仁.T9可編程控制器硬件手冊.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)站技術論壇