電源控制系統(tǒng)中通信的設計與實現(xiàn)

摘要：通信是電源控制系統(tǒng)中的關鍵技術之一，較為詳細地介紹了在直流電源微機控制系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的方案設計和實現(xiàn)問題，設計了一種簡單實用的通信方式，在實際系統(tǒng)中的應用證明其有較好的效果。關鍵詞：通信控制；電源控制；集散系統(tǒng)電源控制系統(tǒng)中通信的設計與實現(xiàn)

摘要：通信是電源控制系統(tǒng)中的關鍵技術之一，較為詳細地介紹了在直流電源微機控制系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的方案設計和實現(xiàn)問題，設計了一種簡單實用的通信方式，在實際系統(tǒng)中的應用證明其有較好的效果。
關鍵詞：通信控制；電源控制；集散系統(tǒng)1引言
電源控制系統(tǒng)中，通信部分的設計是非常關鍵的，當前的電源控制系統(tǒng)都是較為復雜的集散控制系統(tǒng)。通信系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的聯(lián)結紐帶，負責著系統(tǒng)各部分的協(xié)調工作。由于現(xiàn)場工作環(huán)境一般較為惡劣，電磁干擾等較為嚴重，更對通信系統(tǒng)提出了嚴格的要求。本文基于作者與西安新核電力電子公司聯(lián)合研制的電池充放電計算機控制系統(tǒng)，設計了一套簡單實用的通信系統(tǒng)，在現(xiàn)場獲得了成功應用。
2系統(tǒng)結構與功能
電池充放電電源控制系統(tǒng)主要完成以下功能：
——主充、均充、浮充、逆變及自動運行等工作過程的控制；
——參數(shù)輸入和工作狀態(tài)設置；
——實時數(shù)據(jù)顯示、故障診斷和報警；
——在現(xiàn)場和操作室的計算機均可對控制器進行操作；
—連續(xù)運行數(shù)小時以上。

圖1是電源控制器的總體結構示意圖。圖中：計算機采用的是工控機，利用所編制的基于Win98操作平臺的監(jiān)測軟件進行參數(shù)與工作方式設置、參數(shù)顯示、故障報警和過程曲線繪制等。顯示器采用的是東芝T6963驅動的240X128點的液晶顯示器，用來進行參數(shù)與工作方式設置及參數(shù)顯示與故障報警，由于顯示畫面大小有限，所以未進行過程曲線顯示，接口板CPU采用Intel80C196KC，軟件采用PL/M96或C196編程，利用自建字庫完成全部漢字顯示。圖1中控制器采用與顯示器接口板同類型的單片機，該部分完成參數(shù)接收、各工作方式實現(xiàn)、參數(shù)發(fā)送、故障診斷等功能，同時利用非線性算法完成了電源控制，達到了控制指標要求。
在該系統(tǒng)中，計算機和液晶顯示器作為上位機，兩者均可以獨立進行工作，也可以同時工作（顯示相同參數(shù)數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)）?？刂破鹘M作為該系統(tǒng)的下位機（具有可擴展性）。由上述系統(tǒng)各部分功能可知，系統(tǒng)的 很大工作量是依靠通信完成的，所以通信在該控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。
3通信系統(tǒng)設計
3．1通信方式選擇
在進行通信系統(tǒng)設計時，通信速度要滿足實時性要求，通信接口要簡單方便，能滿足集散系統(tǒng)中的一對多（多對多）要求，數(shù)據(jù)傳輸要安全可靠，抗干擾性較好，可進行遠距離通信?；诖耍疚倪x用在工業(yè)控制中廣泛應用的RS485總線方式進行通信設計，該通信方式速率可達187.5kbps，遠遠超過該系統(tǒng)中的參數(shù)實時性傳遞對通信速率的要求；接口只需兩根通信線，利用差分線路進行信號傳輸，在該系統(tǒng)中的電磁場干擾下也能夠正常工作；該方式下通信距離可達1000m，完全滿足該系統(tǒng)中控制室到現(xiàn)場間的距離要求。
3．2硬件設計
采用RS—485的通信模式在進行硬件實現(xiàn)時非常簡單，對于計算機只需增加一個擴展的串口卡即可。在單片機系統(tǒng)中，可采用芯片75176A，該芯片的接口連線如圖2所示。圖中RXD和TXD分別連接CPU的串口接收和發(fā)送端，P1.5是利用一根單片機I/O線進行發(fā)送和接收使能端控制，485B和485A接到其它單片機的對應口或計算機串口的接收和發(fā)送端。連接線選用雙絞線就可以滿足系統(tǒng)要求，信號輸入輸出均采用了光電隔離。
3．3軟件設計
在該通信系統(tǒng)中，各計算機之間采用“Polling”方式，即問答方式，該方式可以避免通信線路上的資源競爭，防止死機等情況發(fā)生。
3．3．1幀格式
要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，首先需要制定一定的幀格式，否則就無法進行串行通信。在復雜的集散控制系統(tǒng)中常采用變長結構幀進行設計，這里為方便起見采用定長結構，對于不同的控制器定義不同的地址。由于在本系統(tǒng)中上位機要向控制器發(fā)送較多的參數(shù)數(shù)據(jù)，如果幀較長則可以使每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比較多一些，但是，這樣將使得在上位機接收一些命令和數(shù)據(jù)時將浪費掉一些時間。如果幀太短，則在發(fā)送命令時時間很短，但在發(fā)送數(shù)據(jù)時將需要發(fā)送較多的幀，所以，這一幀數(shù)據(jù)的長度必須合適?？紤]到串口的發(fā)送和接收以及編程實現(xiàn)的方便程度，以及參考同步鏈路層規(guī)程（HDLC）的協(xié)議，幀結構定義如下：

每幀均以同步字開頭，標明一幀開始；地址是用來區(qū)分不同的控制器和計算機；命令字說明幀的類型；信息字是要傳送的數(shù)據(jù)，在有的幀中只需要地址和命令字就可以了，而不需要信息字；校驗字部分本文是利用相加和進行校驗的；結束符表明一幀的結束（一定要與同步字有所區(qū)別）。幀中的同步字、地址、命令字、校驗字和結束符均為一個字節(jié)，信息字本文取為4個字節(jié)。在串口的設置中選擇通信速率為9600bps，校驗方式為奇偶校驗。通信模式設置選用模式2和模式3的組合方式進行多機通信[1]。
3．3．2通信協(xié)議
根據(jù)系統(tǒng)的需要，本文定義了一種較為簡單的協(xié)議，實現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。表1是由上位機發(fā)往下位機的部分幀的定義，主要是命令字與信息字的定義，在地址的定義中，本文取計算機地址為0（顯示器與地址相同），控制器組的地址定義為1、2……n，n由實際系統(tǒng)中所接的控制器個數(shù)決定。

表1是整個通信協(xié)議中的一部分，全部協(xié)議中還包括了其它從上位機發(fā)往下位機的幀，以及從下位機發(fā)往上位機的幀的定義，由于篇幅有限，其它部分從略。
3．3．3軟件設計
有了通信協(xié)議和幀的定義后，就可以進行程序編制了。在程序編制中要利用幀格式中的同步字、命令字以及校驗字進行編程，程序編制主要是依據(jù)同步字作為有效接收的開始，然后把接收的一幀數(shù)據(jù)進行校驗和信息分解。用PL/M96語言編制的程序如下：
RX(INDEX)=SBUF;/*讀接收緩沖器*/
IFRX(0)=7EHTHEN/*幀頭提取*/
INDEX=INDEX＋1;
ELSE
INDEX=0;
IFINDEX=8THEN
DO;
INDEX=0;/*指針歸零*/
CALL幀解析子程序;
END;
4結論
電源控制系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)設計是提高系統(tǒng)實時性和可靠性的有力保證，本文所設計的簡化的通信系統(tǒng)具有較高的實用性和較高的可移植性。該系統(tǒng)在新核電力電子公司的電源控制系統(tǒng)應用中，運行一年多來未出現(xiàn)過通信故障問題，運行效果令人滿意。