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　　李紅梅 （1986-）

　　女，江蘇沛縣人，中國(guó)傳媒大學(xué)碩士研究生在讀，研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理專業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)。

　　摘要：建立供電網(wǎng)工況參數(shù)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)，對(duì)于保證供電網(wǎng)的供電質(zhì)量具有重要的意義。供電網(wǎng)工況參數(shù)主要有電壓、電流、功率、功率因數(shù)等參數(shù)。本文設(shè)計(jì)的供電網(wǎng)工況參數(shù)SCADA系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用了鼎升力創(chuàng)公司生產(chǎn)的電量采集模塊R-8073N，監(jiān)控軟件采用Delphi 7設(shè)計(jì)。

　　關(guān)鍵詞：電量采集模塊；RS-232；Delphi

　　Abstract: It is a vital significance to set up a supervision, control and data acquisition system (SCADA) of the power grid running status. The main parameters of the power grid running status are voltage, current, power and power factor, etc. The SCADA system presented in this paper adopts  a module R-8073N produced by DingShengLiChuang company, and the monitoring software is developed in Delphi 7.

　　Key words: Power Parameter Module; RS-232; Delphi

　　1 前言

　　供電網(wǎng)工況參數(shù)SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即對(duì)電量參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。使供電所可以及時(shí)地了解電參數(shù)的變化情況，即電網(wǎng)運(yùn)行的狀況，同時(shí)監(jiān)測(cè)這些供電系統(tǒng)的工況參數(shù)，一邊記錄這些工況參數(shù)，對(duì)于超過(guò)、低于閾值的電壓/電流給出報(bào)警信號(hào)，并對(duì)不正常的運(yùn)行情況給予斷電處理，保證供電的安全，達(dá)到監(jiān)控的目的。

　　針對(duì)目前配網(wǎng)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程電量采集系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文討論的是通過(guò)控制器，對(duì)電量采集模塊進(jìn)行控制，使其通過(guò)對(duì)輸入指令的辨別，得到用戶需要的數(shù)據(jù)，并且對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別得到三相電壓和三相電流，如果需要還可以讀取電功率等工礦參數(shù)，最后可以以圖表的形式實(shí)時(shí)顯示，使用戶可以清楚地看到整個(gè)線路的變化過(guò)程，同時(shí)對(duì)設(shè)定的報(bào)警進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)報(bào)警時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　本設(shè)計(jì)使用的軟件為Delphi，硬件為電量采集模塊，以及串口通信等，需要制定相關(guān)的協(xié)議，使其統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化。

　　2 硬件介紹

　　系統(tǒng)主要是采集電壓和電流等工況參數(shù)，對(duì)于采集的硬件選用比較成熟的電量采集模塊——R-8073N電量采集模塊，通過(guò)使用串口通信對(duì)其進(jìn)行連接到上位機(jī)上進(jìn)行采集參數(shù)。

　　2.1 采集模塊

　　R-8073N 多功能智能電量變送模塊，被測(cè)的路數(shù)為三相電流、電壓，1 路DI(3~24VDC(與電源共地)和干節(jié)點(diǎn)輸入可選)，2路DO(最大電壓30V，最大電流30mA，非隔離輸出)。

　　R-8073N支持 RS-485/RS-232 通信接口，采用串行異步通信方式，支持MODBUS/ASCII、ASCII 命令集兩種通信協(xié)議。本文所建設(shè)計(jì)主要使用模塊的ASCII 命令的通信方式。

　　命令格式：（Leading）(Address)(Command)(CHK)(cr)

　　響應(yīng)格式：（Leading）(Address)(Data)(CHK)(cr)

　　· 設(shè)定模塊配置參數(shù)指令

　　語(yǔ)法：%AANNTTCCFF[CHK](cr)

　　此命令也可以通過(guò)系統(tǒng)自帶的軟件進(jìn)行設(shè)置。

　　·讀取電壓電流參數(shù)指令

　　語(yǔ)法：#AAA[CHK](cr)

　　2.2 硬件連接圖（如圖所示）

　　同時(shí)需注意給數(shù)據(jù)采集模塊加電源，此直流電源需大于12V，小于24V。

　　3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　使用的開發(fā)軟件是Delphi7.0，Delphi是一種方便，快捷的Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具，為程序提供了全新的可視化編程環(huán)境。

　　上位機(jī)和采集模塊之間的通信采用串口控件進(jìn)行，使用 RS-232標(biāo)準(zhǔn)，接線方式采用最簡(jiǎn)單的連接三根線 ：通過(guò)TXD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到 Modem（DTE→DCE）；通過(guò)RXD線終端接收從Modem發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù)（DCE→DTE）；還有一個(gè)接地端GND。

　　上位機(jī)串口的通信使用串口控件進(jìn)行連接，選用MSComm。提供了兩種處理串行通信的方法：

　　（1）事件驅(qū)動(dòng)法利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理通信錯(cuò)誤或事件，是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。所以，OnComm事件就是編程的處理過(guò)程。

　　（2）查詢法是在每個(gè)重要的程序之后查詢MSComm控件的某些屬性（如CommEvent屬性和InBufferCount屬性）的值來(lái)檢測(cè)事件和通信錯(cuò)誤。

　　MSComm通信控件提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口，它允許建立串口連接，可以連接到其他通信設(shè)備（如Modem），還可以發(fā)送命令、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及監(jiān)視和響應(yīng)在通信過(guò)程中可能發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事件，從而可以用它創(chuàng)建全雙工 、事件驅(qū)動(dòng)的、高效實(shí)用的通信程序。

　　在處理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示上采用 Tee chart控件，它可以實(shí)時(shí)的顯示圖像，并且可以對(duì)其進(jìn)行保存，同時(shí)在一個(gè)chart中可以進(jìn)行多個(gè)圖像的繪制。

　　3.1 設(shè)計(jì)思想

　　首先，要對(duì)串口進(jìn)行設(shè)置，包括端口號(hào)、波特率、檢驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位，可以對(duì)DTR，RST進(jìn)行設(shè)置，但是采集模塊只連接了三條線，DTR和 RST不使用，同時(shí)，程序運(yùn)行時(shí)，要先對(duì)串口進(jìn)行設(shè)置選擇合適的波特率，采集模塊默認(rèn)的是9600BPS，同時(shí)默認(rèn)的停止位是1，無(wú)校驗(yàn)位，在編程的開始使用應(yīng)用程序必須先對(duì)模塊進(jìn)行地址設(shè)置，但本設(shè)計(jì)只使用一塊采集模塊，所以使用出場(chǎng)設(shè)置就可以，此應(yīng)用程序?yàn)槎ι?chuàng)公司提供的設(shè)置軟件。

　　其次，要對(duì)采集模塊進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)橐獙?duì)超過(guò)安全范圍的電壓和電流值進(jìn)行報(bào)警，所以要設(shè)置一個(gè)安全范圍的域值，以及采集時(shí)間的設(shè)置，最重要的是采集何種參數(shù)，界面上為了演示只采集電壓和電流參數(shù)，其他參數(shù)處理道理是一樣的。

　　接著，設(shè)置好參數(shù)后就要進(jìn)行串口的打開和采集卡的打開，進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，通過(guò)上面兩步，設(shè)置完畢后，打開串口，開始采集，這時(shí)發(fā)送定時(shí)器啟動(dòng)，根據(jù)設(shè)置的采集時(shí)間的數(shù)值，進(jìn)行定時(shí)的發(fā)送命令給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊接到命令后，會(huì)返回一個(gè)應(yīng)答，應(yīng)答的字符串從第2位開始分別是電壓電流的數(shù)值，接下來(lái)就對(duì)這個(gè)字符串進(jìn)行處理。

　　最后，對(duì)采集來(lái)的字符串進(jìn)行分割，分別截取六個(gè)參數(shù)，截取的參數(shù)是一個(gè)十六進(jìn)制的四位字符串，先對(duì)它進(jìn)行轉(zhuǎn)換，把這個(gè)十六進(jìn)制的字符串轉(zhuǎn)化為一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)據(jù)，有采集模塊的說(shuō)明書可知，轉(zhuǎn)化為電壓和電流的公式如下：

　　電壓：int(四位十六進(jìn)制數(shù)) /100.0；

　　電流：int(四位十六進(jìn)制數(shù)) /1000.0；

　　處理后的數(shù)據(jù)，加上當(dāng)前時(shí)間，存入表格，同時(shí)把此數(shù)據(jù)添加到繪圖控件，使之可以實(shí)時(shí)的顯示。
　　
　　3.2 編程過(guò)程

　　根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示，從圖中可以看出操作流程如下：打開系統(tǒng)后，經(jīng)歡迎界面進(jìn)入系統(tǒng)界面；進(jìn)入后，首先進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置包括兩個(gè)部分：串口設(shè)置和采集卡設(shè)置，它們都有默認(rèn)的參數(shù)，設(shè)置串口時(shí)包括端口號(hào)、波特率、校驗(yàn)位、停止位等還有兩個(gè)信號(hào)線及其指示燈，然后打開串口，這時(shí)這些設(shè)置將會(huì)傳到控件的設(shè)置，同時(shí)串口指示燈變紅，按扭的名稱變?yōu)殛P(guān)閉串口，接著把界面切換到采集卡設(shè)置，輸入采集參數(shù)的上下限，以及采集的參數(shù)，定時(shí)采集的時(shí)間，最后點(diǎn)擊定時(shí)采集，把設(shè)置的參數(shù)傳給后臺(tái)處理此時(shí)，點(diǎn)擊開始采集，此時(shí)定時(shí)器啟動(dòng)，開始定時(shí)，按照采集卡設(shè)置的采集時(shí)間定時(shí)發(fā)送采集指令，這時(shí)若沒有錯(cuò)誤的設(shè)置，模塊就會(huì)返回需要的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為“>7931793179310000000000000000”，其中的“>”表示發(fā)送成功，返回的數(shù)據(jù)有效。

系統(tǒng)程序圖

　　當(dāng)串口得到有效的數(shù)據(jù)后，把該數(shù)據(jù)緩存到一個(gè)中間變量字符串中，對(duì)這個(gè)中間變量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從這個(gè)返回的數(shù)據(jù)中截取需要的參數(shù)：電壓V1，電壓V2，電壓V3，電流I1，電流I2，電流I3，并進(jìn)行顯示。顯示分為兩個(gè)部分，一個(gè)為文本顯示，一個(gè)為圖表顯示，文本顯示的格式為：當(dāng)前時(shí)間+電壓V1：+ 數(shù)值+電壓V2：+ 數(shù)值+電壓V3：+ 數(shù)值和 當(dāng)前時(shí)間+電流I1：+ 數(shù)值+電流I2：+ 數(shù)值+電流I3：+ 數(shù)值+ #13#10，這樣的顯示可以讓用戶清楚地看到電壓和電流的變化；同時(shí)，在圖表可以使三相電壓和三相電流很好的實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，更能從感官上看到它們的變化趨勢(shì)。結(jié)束采集后，將不再發(fā)送讀取數(shù)據(jù)的命令，此時(shí)，可以保存圖表以及數(shù)據(jù)，以便日后查看，即存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)。

　　其他作者：周春來(lái)（1955-），男，河北承德人，工學(xué)博士，教授，研究生導(dǎo)師，曾參與完成國(guó)家級(jí)項(xiàng)目一項(xiàng)，廣電總局項(xiàng)目一項(xiàng)，省級(jí)自然科學(xué)基金項(xiàng)目一項(xiàng)，學(xué)校項(xiàng)目一項(xiàng)，橫向課題一項(xiàng)，教改課題一項(xiàng)；牟春明（1984-）男，山東濰坊人，中國(guó)傳媒大學(xué)碩士研究生在讀，研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理專業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)；牟春明（1980-），男，河南安陽(yáng)人，中國(guó)傳媒大學(xué)碩士研究生在讀，研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理專業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)。
　　
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