基于Modbus通訊協(xié)議的Rs-485總線在配電自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用(05-100)
摘要:本文介紹了基于Modbus通訊協(xié)議的Rs-485總線在配電控制系統(tǒng)中的整體結(jié)構(gòu),并且重點闡述了Rs-485總線現(xiàn)場智能節(jié)點(以正泰電器股份公司生產(chǎn)的NST1-H型智能控制器為例)的硬件電路實現(xiàn)及軟件流程設(shè)計的方法。
關(guān)鍵詞:Modbus協(xié)議;Rs-485總線;智能控制器
引言
隨著輸配電自動化程度越來越高,傳統(tǒng)的輸配電操作和控制方式已不再適應(yīng)當今的發(fā)展要求,自動化控制系統(tǒng)得到越來越多的運用。RS-485因硬件設(shè)計簡單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于工廠自動化、工業(yè)控制等領(lǐng)域。因此針對當前輸配電行業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀和發(fā)展需要,本文將介紹一種基于MODBUS通訊協(xié)議的Rs-485總線技術(shù)進行通信的智能斷路器控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
基于Rs-485總線的配電自動化控制系統(tǒng)由智能斷路器、監(jiān)控計算機和Rs-485控制網(wǎng)絡(luò)3部分構(gòu)成。
智能斷路器是直接面向運行現(xiàn)場的智能節(jié)點,其核心控制器件智能控制器,主要功能是采集現(xiàn)場電流、電壓、頻率及功率因素等數(shù)值,按照一定的控算方法對配電控制回路的斷路器進行控制操作;將現(xiàn)場檢測到的電流、電壓、斷路器分合閘狀態(tài)等信息通過Rs-485總線通信網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控機,并實時處理監(jiān)控機下傳的遙控分/合閘等各種命令。
監(jiān)控計算機的主要功能是對現(xiàn)場智能節(jié)點的運行參數(shù)進行實時檢測,獲得現(xiàn)場運行數(shù)據(jù),監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)異常,并根據(jù)故障信息發(fā)出相應(yīng)的報警信號;以友好的圖形界面直觀指示當前各智能斷路器的運行狀況及參數(shù)信息;實現(xiàn)故障記錄管理,并實現(xiàn)遠程控制智能斷路器分/合閘功能。
Rs-485控制網(wǎng)絡(luò)部分主要由Rs-485通信接口、通信介質(zhì)、接口電路、Modbus通訊協(xié)議及相應(yīng)的通信軟件組成。Rs-485通信接口實現(xiàn)智能節(jié)點與監(jiān)控計算機之間的串行連接;Modbus通訊協(xié)議制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式,為智能節(jié)點與監(jiān)控計算機之間提供通信規(guī)約;通信介質(zhì)為雙絞線,負載連接在A、B線之間。
現(xiàn)場智能節(jié)點設(shè)計
為了深入說明Rs-485總線接口在輸配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用,本文以浙江正泰電器股份公司生產(chǎn)的NST1-H智能控制器為例,簡要介紹該智能控制器的總體設(shè)計,并給出實現(xiàn)Rs-485通信的硬件電路和軟件流程圖。
現(xiàn)場智能節(jié)點總體結(jié)構(gòu)
如前所述,智能控制器在自動控制系統(tǒng)中需完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和處理、控制器各執(zhí)行器件的控制及與遠程監(jiān)控計算機之間的通信等主要工作,因此智能控制器的設(shè)計是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
考慮到可靠性、性價比等因素,智能控制器CPU采用三菱系列單片機M30201。智能控制器設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法,包括四大部分:RS-485通信接口電路部分、電源管理部分、信號輸出執(zhí)行部分、I/O接口部分。其中I/O接口部分包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、鍵盤輸入與顯示和執(zhí)行器的控制信號輸出等工作。下面簡要介紹RS-485通信接口電路的硬件實現(xiàn)。
智能控制器Rs-485接口電路設(shè)計
在某些工業(yè)控制領(lǐng)域,由于現(xiàn)場情況十分復(fù)雜,各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然Rs-485接口采用的是差分傳輸方式,具有一定的抗共模干擾的能力,但當共模電壓超過Rs-485接收器的極限接收電壓,即大于+12V或小于-7V時,接收器就無法正常工作,嚴重時甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。為消除此問題,增強智能控制器在通信中的抗干擾能力,本設(shè)計采用二次集成芯片MAX1480進行信號隔離,接口電路如圖2所示。
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