Modbus协议在电力远程控制系统设计中的应用.pdf
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1、电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering64随着我国社会经济的不断发展,电力设备在化工、发电厂以及建筑等许多行业得到了大范围的应用,其重要性毋庸置疑。电力开关成套设施是电力设备中十分重要的一部分,肩负着配电、输电以及电能转化等任务,其运行稳定性与可靠性将会直接关系到用电安全1。所以,创设一个可行的控制系统对电力开关成套设施的工作情况与环境进行连续监测十分有必要。现阶段电力设备控制手段重点涵盖了以下三个方面,首先是本地存储,该控制方式要求工作人员每隔一段时间要到现
2、场进行数据的转化、储存,不仅工作任务量大、效率低,同时信息也存在明显的延后性2。其次是有线传输。有线传输技术应用十分广泛且稳定性好,然而也存在较多问题,如现场布线难度大、施工复杂程度高以及安全性欠缺等。最后是无线传输,该控制方式包含了无线射频传输以及 GPRS 互联网传输3,具体来说,无线射频传输拥有较强的抗干扰能力,同时功耗不高,然而其数据传输距离有着较大的局限性,只能够实现 1 千米范围内的数据输送,未能达到实际使用需求4;GPRS 互联网传输可靠性好,同时覆盖面积大,是现阶段比较完善的一种无线通信方式,所以被较多使用到远程监控系统中5。事实上,电力开关成套设施包含了许多不同的线路,在实际
3、运行过程中需要对每种线路的电力数据进行监视,造成采集节点集中程度不高,为了解决这一问题,将 Modbus 总线技术应用到其中,可以有效提高数据采集的集中性6。另外,电力监测设施在实际运行过程中,环境因素、偶然性事件等都可能会对设施产生影响,容易引发系统报警,增加了运营费用,所以还需要采取有效的手段提高系统的抗干扰能力。1 Modbus协议概述Modbus 通信一般使用主从方式,在一个网络当中可以包含一个主设备以及多达 255 台从设备,在这种情况下,从设备的地址编码则为 1 2557。正常来说,主设备仅能够和 1 台从设备进行通信,然而当主设备给出的地址码是 0 时,也就是使用广播方式时,能够
4、将信息传输给每一个从设备。Modbus协议包含了ASC II模式以及RTU模式两种。其中,ASC II 模式主要是将一个字节转化成两个 ASC II字符来传输;RTU 模式也称之为远程终端单元模式,基于十六进制方式输送数据,一个字节即一帧,所以数据传输的效率好于 ASC II 模式,通常情况下工业控制器使用的都是远程终端单元模式8。在相同网络当中,主机与从机都需要使用同一通信模式,并且保证传输速率一样。现阶段,Modbus 协议的传输速率一般在 1350bit/s 至 18500bit/s 之间。2 电力开关成套设施远程控制系统的总体架构依托 Modbus 协议的电力开关成套设施远程控制系统重
5、点涵盖了电力开关设施数字终端、GPRS 通信控制设备以及远程用户控制终端9。在进行不同模块设计过程中,要使其具有一定的独立性,同时拥有较好的拓展性与可行性。电力开关设施数字终端包含了较多个不同类型的传感器,利用这些传感器信息采集模块得到设备内不同线路的电力数据,之后对获得的电力数据进行整合与研究,再基于 Modbus 总线一道发送给主控模块,Modbus 协议在电力远程控制系统设计中的应用赵若涵姬广龙王甜甜(国网电力科学研究院有限公司实验验证中心 江苏省南京市 211106)摘要:本文为了进一步提高电力设备控制效果,基于 Modbus 协议进行电力开关成套设施远程控制系统的硬件与软件设计,并采
6、用试验方式对系统性能与运行情况进行检测。结果显示电流测量误差范围小于 2,电压与相位角测量误差范围小于 1,另外,在连续 10 天运行过程中,应答成功率为 100,说明电力开关成套设施远程控制系统对各项电路数值的测量精准度高,同时拥有很好的稳定性与可靠性。关键词:Modbus 协议;电力设备;远程控制系统;电力开关电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering65进而实现对数据信息的统一管控。主控模块依托串行技术将获得的数据信息传输到 GPRS 通信控制设备,利用该设
7、备进行数据的远距离输送。远程用户控制终端在计算机电脑上运行,依托 Socket 技术和 GPRS 通信控制设备连接到一起,从而使得工作人员能够对电力开关成套设施进行远程监测和控制,准确把握设备的实际运行状况。3 电力开关成套设施远程控制系统设计3.1 控制系统硬件设计3.1.1 电力开关设施数字终端电力开关设施数字终端一方面要动态获取与设施运行相关的各项电力数据,另一方面也要准确获取不同线路的数据信息,因此在进行电力开关设施数字终端设计时,既要涵盖若干个能够获得信息的硬件模块,同时还应当要设计一些主控模块,确保能够和采集子模块进行数据通信,并和 GPRS 控制设备进行数据传输。主控模块选用 S
8、TV20F1K55S3 微处理器,其指令代码能够很好地代替传统 8051,然而工作效率提升了6 10 倍,并且自身涵盖了精准度高的 R/C 时钟,工作区间在 6 30MHz,能满足两种不相连的高速异步串行通信端口的运行需求,可以高效率、可靠地进行数据传输与处置10。为了确保可以和不同采集子模块进行数据传输,在外侧增加了 510 集线器,可以使外侧较多个采集子模块 RS510 线变化成一个 RS510 主线,进而和主控模块之间建立通信,通过该硬件能够做到一主多从的 Modbus 数据信息输送。采集子模块选择三相电能芯片 AT8133C,其拥有良好的精度,可以实现对目标电路的三相电压、电流等数据进
9、行转变与收集,再基于对获得的数据信息进行分析获取到相应相的有功、无功以及视在等功率参数,并且还可以测量不同相电路中电路和电压的相位角、频率以及功率因素等数据。由于需要分析的数据规模较为庞大,因此为采集子模块配置了 STC30F4X45S1 微型处理器,借助 SPI 总线,和 AT8133 创设稳定的通信,实现相互之间数据的输送。为了能够有效提高采集子模块的抗干扰能力,在电压与电力目标电路当中增设互感器,使得芯片和电网相分离。在采集子模块外部还添加了Modbus总线通信,使其能够和主控模块进行信息传输。3.1.2 GPRS 通信控制设备在本电力远程控制系统 GPRS 通信控制设备硬件设计中,选用
10、成都国星通信有限公司设计开发的 KE1500 GPRS DTU 模块,其不仅拥有现代一流的 GPRS 无线通信技术、TCP/IP 互联网通信技术等,同时还省略了硬件开发工作,将其接入后便可以直接进行数据传输工作。在运用 KE1500 GPRS DTU 模块时,借助成都国星通信有限公司制作的上位机软件,基于串口改变 IP、心跳包等各项数值,紧接着插入 SIM 卡以后便能够正常运行。其实际工作开展流程是先利用 RS414 接口使 KE1500 GPRS DTU 模块和电力开关成套设施中的主控模块建立连接,确保能够进行数据信息的传输,之后借助 GPRS互联网将数据信息传输给远程用户端。3.2 控制系
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