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基于T-910PLC及虛擬儀器技術的電力監控系統設計
作者:騰控科技    來源:www.r2pgalaxy.com    發布于:2013-05-17 14:06:00   

  摘要:采用T910PLC單機為硬件基礎、組態軟件LABVIEW為軟件基礎,使用常用的MODBUS協議作為橋梁開發一套某電站電力監控系統,以監控電站電力運行情況。
  關鍵詞:騰控T910、PLC、MODBUS、電力監控系統、LABVIEW

一、 前言
  近年來,隨著電力系統的規模和技術水平的飛速發展,為保障電力系統安全可靠的運行和獲得更高的經濟效益,電力部門所要求監測的參數種類越來越多。而傳統的人工測量和測量儀器在對被測參數的采集、分析、評估等各個方面都存在著嚴重的不足,因此,為了滿足現有電力部門的需求和著眼于未來的發展需要,迫切需要出現一種高效、準確替代手段。而伴隨著工用PLC技術的發展,PLC越來越強大的數據處理能力以及邏輯判斷能力為解決這個問題提供了新的辦法。
  以往在工程實踐當中,多選用西門子、松下、三菱等國外產品,但是其價格昂貴,維護成本過高,往往令企業望塵莫及。近年來,隨著我國工業發展水平的提高,一批優秀的國產PLC應運而生,其中騰控T9系列產品就是代表之一。
二、 關于騰控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其中一款產品,使用最大頻率72MHz的ARM工業級CPU,外擴32M SDRAM和4M FLASH,嵌入式操作系統,2M用戶程序存儲區和2M用戶數據存儲區。編程軟件使用KW MULTIPROG,通過以太網下載程序,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路高速脈沖計數、24V直流輸出于一體。單臺模塊即可靈活應用于各種小型工業自動控制場合。
  騰控T9系列PLC具有單機輸入/輸出端口類型全、數量多、配置標準等特點。特別是模擬量輸入端口數量和信號輸入標準恰能滿足現場需要。而且支持MODBUS協議方便用戶通過第三方軟件對其進行操作,用戶組網選擇性強。
三、 電力監控系統的設計
  該系統是某研究所所使用,對系統穩定性及準確性要求比較高,采用騰控T-910PLC作為中間橋梁,采集電力儀表中的電力參數,包括三相電壓、電流、功率、功率因數等電量參數,而且還可以檢測到開關運行、故障狀態、工作位置信號。重要的是使用工業標準RS485通訊,有較高的通訊效率及穩定性,并且使用技術成熟的Modbus協議,不易出現錯誤,對系統的穩定性有很大的幫助。
四、 硬件配置
  各裝置安裝于該電站電力控制室內,主要由T-910PLC、電力儀表、計算機、RS485數據線組成。根據各單元的資源情況和對終端功能的要求,完成硬件電路連接的設計如圖1所示。


基于T-910PLC及虛擬儀器技術的電力監控系統設計-圖1.JPG

圖1  系統硬件結構

  PLC硬件端口[2]使用情況為:
  AI(0-5):8路模擬量輸入。分別接入現場測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關運行、故障狀態、工作位置信號I0.0為開關運行信號,I0.1為故障狀態、I0.2定義為工作位置。
  COM1:數傳通道,與計算機RS485 PCI卡連接。
  DIP開關:站號設置。
五、 軟件設計
1. Modbus通信協議
  Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議,控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。有了它,不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡,進行集中監控。
  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(波特率、校驗方式等)。在配置每個控制器的時候,同一個Modbus網絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數。由于該系統使用RTU模式,在這里簡單介紹一下RTU模式下的數據幀。
  其消息幀的數據格式如下表所示。
 


基于T-910PLC及虛擬儀器技術的電力監控系統設計-圖2.JPG

表1  RTU消息幀

  起始位與結束位用于標識數據長度,地址碼為預讀寄存器起始地址,數據區就是采集數據信息或采集到的數據,CRC校驗碼用于檢驗數據的正確性。
2.  虛擬儀器技術
  虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件,結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的軟件能幫助用戶創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集成,標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。這也正是NI近30年來始終引領測試測量行業發展趨勢的原因所在。只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分,才能充分發揮虛擬儀器技術性能高、擴展性強、開發時間少,以及出色的集成這四大優勢。
  其中美國國家儀器公司(NI公司)開發LabVIEW (Laboratory virtual instrument engineering workbench-實驗室虛擬儀器工程平臺)就是其中的典型代表,世界各國的工程師和科學家們都已將NI LabVIEW圖形化開發工具用于產品設計周期的各個環節,從而改善了產品質量、縮短了產品投放市場的時間,并提高了產品開發和生產效率。使用集成化的虛擬儀器環境與現實世界的信號相連,分析數據以獲取實用信息,共享信息成果,有助于在較大范圍內提高生產效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們任何項目需要。
3. 軟件整體思路:
  首先,由于騰控T-910支持MODBUS通訊協議,并且不需要過多進行過多編程,只需要把硬件連接好,對應的輸入輸出參數就進入到了T-910的內部寄存器中,在使用MODBUS協議將寄存器中的內容讀取出來即可。
  例如,T-910內部寄存器地址30001-30006對應著Ia、Ib、Ic、Uab、Ubc Uca,量程0-2000。若采集到的電流參數為a,電壓參數為b則有:
  實際電流I=K*(a/20000)*20,單位A,其中K為電力儀表比例參數。
  實際電壓U=K*(a/20000)*5,單位V,其中K為電力儀表比例參數。
  這樣,就可以在計算機上進行數據的分析,存儲等功能。
六、 結論
  該電力監控系統使用騰控T910系類PLC、LabVIEW軟件及Modbus通信協議完成了電力儀表數據采集工作,并使用數據庫完成了電力參存儲、查詢等多項功能,精確地將電力參數顯示出來,使用報警功能實現了現場少人或者無人值守,保障了操作人員的安全,而且還給操作人員提供了一個可視的、良好的操作環境,運行穩定可靠,滿足了系統的主要技術指標,受到用戶好評。因此具有一定的實際意義。

參考文獻
1  騰控科技編.T-910可編程控制器使用說明
2  楊洪仁.T9可編程控制器硬件手冊.版本01 201106.北京:騰控科技
3 孫義. T910 PLC的自由串口編程. 北京:騰控科技網站技術論壇

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