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基于T-910PLC及虛擬儀器技術(shù)的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
作者:騰控科技    來(lái)源:qmjsjkj.cn    發(fā)布于:2013-05-17 14:06:00   

  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(kāi)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(mén)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(mén)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(mén)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(kāi)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。


基于T-910PLC及虛擬儀器技術(shù)的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)-圖1.JPG

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(kāi)關(guān)運(yùn)行、故障狀態(tài)、工作位置信號(hào)I0.0為開(kāi)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(kāi)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。
 


基于T-910PLC及虛擬儀器技術(shù)的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)-圖2.JPG

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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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

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