基于InTouch和MODBUS協議的電力監控系統

1 概述

　intouch是由美國wonderware公司開發的過程可視化組態軟件，其功能強大、易用性好，市場占有率高，結合其他的軟件，如io server和d/a server，可以完成許多工業項目。modbus是由modicon公司開發的開放的通信協議，它已經成為事實上的工業標準，國內外生產的中低壓智能電力監控裝置大多帶rs-485接口，并支持標準modbus通訊協議。基于以上兩點，筆者設計了一種基于intouch和modbus協議的電力監控系統，上位機采用安裝有intouch和modbus io server的研華工控機，下位機采用上海南自科技公司的snp-200系列電力測控儀表，系統開發方便，擴展性和穩定性好。

2 電力監控系統的硬件設計

　　電力監控系統的硬件示意圖如圖1所示。

圖1 電力監控系統硬件示意圖

　　snp-200測控儀表有一個rs-485接口，采用modbus-rtu通訊協議。rs-485接口的接線端子為“a”和“b”，“a”有時也被稱為差動信號的“+”，“b”被稱為差動信號的“-”，圖中所有snp-200儀表的“a”短接在一起，所有的“b”短接在一起。rs-485的傳輸介質為屏蔽雙絞線，通信距離可達1200米。當使用的波特率較高，或一條線路上的儀表較多時，通訊距離會相應縮短。此處，snp-200采用波特率為9600bps，數據格式為8位數據位+1位停止位，無奇偶校驗。為保證通信質量，應將每臺snp-200儀表的gnd端子短接在一起，并在主機處單點接地。圖中的終端電阻rt阻值為120歐，它安裝于一條rs-485總線末端的最后一塊儀表上。由圖可知，可以很方便地在rs-485總線的末端擴展新的從站儀表。另外，由于工控機擁有多個rs-232com口，每個串口都可以經各自的rs-232/rs-485電平轉換器組成一條rs-485總線，例如，可以將1~10#從站儀表接入com1帶的第一條rs-485總線，將11~20#從站儀表接入com2帶的第二條rs-485總線，余此類推，這樣分散開來，既減輕了每個com口的通訊負擔，又非常方便擴展新的從站儀表。

3 電力監控系統的軟件設計

　　3.1 i/o server for modicon modbus中的設置

　　1臺主機往往帶多個modbus從站，例如圖1所示。以1#從站儀表為例，打開modicon modbus io server，設置modbus topic definition中的參數[1]，如圖2所示。圖2中，topic name設置為snp_1，com port為com1，slave id即為儀表的modbus從站號1，slave device type選擇為micro84plc。其他從站儀表的設置方法相同。

圖2 modbus topic definition設置圖

　　3.2 intouch中訪問名的設置

　　仍以1#從站儀表為例，intouch中的訪問名設置為snp_1，節點名可以不設置，或設置為本機(主機)的ip地址127.0.0.1，應用程序名為modbus，主題名和modbus topic definition中的topic name一致，即為snp_1，使用的協議為suitelink，如圖3所示，按照同樣的方法設置其他modbus從站的訪問名。

圖3 intouch訪問名配置圖

　　3.3 遙信功能的實現

　　遙信即讀取外部開關量輸入狀態(從站輸入線圈)，如斷路器合閘、分閘狀態，接地刀閘位置等。結合snp-200的modbus通訊協議知，讀取1#從站儀表的4個遙信開入量，主機下發和從站返回的報文格式分別為[2]：

　　主機發送 ： 0 02 000 0004 crc

　　地址 功能碼 起始地址 讀開關量個數 crc碼

　　從機響應： 01 02 01 02 crc

　　地址 功能碼 字節數 di狀態數據 crc碼

　　注意報文中輸入線圈起始地址0000h對應的設備地址為10001，其他順延。本例中，主機讀取1#從站輸入線圈10001~10004共4路信號。工程應用中，可根據需要將不同的開入量接入儀表，如10001為1#配電柜內斷路器合閘狀態，10002為1#配電柜內斷路器分閘狀態，10003為1#配電柜接地刀閘位置狀態，10004為備用。在此，我們不必關注crc校驗碼的計算和校驗，只需在intouch中先配置好訪問名snp_1，再逐個配置10001~10004 i/o離散型變量，以1#從站儀表的10001為例，打開intouch開發界面，配置其標記名字典如圖4所示，圖4中，訪問名為snp_1，項目名即為設備地址10001。其他遙信開入量按照同樣的方法設置。

圖4 遙信變量的標記名字典配置圖

　　3.4 遙測功能的實現

　　在遙測即讀取電壓、電流、功率等寄存器地址中的數值，轉換成實際工程量，供上位機顯示用。snp-200系列儀表使用03h作為遙測功能的功能碼，以1#從站儀表為例，已知電流互感器的變比為500/5=100，要測量ia、ib、ic三相電流值，主機發送和從機返回的報文格式為[2]：

　　功能：主機讀取1#從站儀表的報文地址為0103h開始的3個寄存器數據，分別對應ia、ib、ic的通訊值，需指出的是，電流通訊值要乘上一個系數才能換算成實際值，本例中，i實際=i通訊×ct變比/100=i通訊×100/100=i通訊。報文中ia寄存器地址0103h=259，對應設備地址為40260，其他順延。配置1#從站儀表的ia標記名字典，如圖5所示，訪問名仍為snp_1，項目名即為設備地址40260。ib、ic按照同樣的方法設置。

圖5 遙測變量的標記名字典配置圖

　　3.5 遙控功能的實現

　　本遙控即遠方控制snp-200電力儀表的輸出繼電器進而實現對斷路器合閘、分閘回路的控制。snp-200遙控功能碼為05h，以1#從站儀表為例，假設第一路繼電器用于合閘回路，要使其輸出一個1秒的合閘脈沖，主機發送和從機返回的報文格式為[2]：

　　報文中線圈地址為0000，對應設備地址為00001，如果線圈地址為0001，則對應設備地址為00002，其他順延。配置1#從站儀表的合閘控制變量如圖6所示，訪問名設置為snp_1，項目地址即為設備地址00001。只需在intouch中配置一個按鈕，按鈕按下時使qf1_on_button為1，按鈕松開時使qf1_on_button為0，按下按鈕維持1秒后松開，就可以使第一路繼電器輸出1秒的合閘脈沖，進而實現對斷路器的合閘遠控。

圖6 遙控變量的標記名字典配置圖

　　3.6修改裝置參數

　　仍以1#從站儀表為例，要將其電流變比系數修改為100/5=20(14h)，則主機發送和從機返回的報文格式為[2]：

　　由snp-200的modbus規約，ct變比的寄存器地址為000eh=14，對應的設備地址為40015。設置標記名字典如圖7所示，要將1#從站儀表的電流變比設置為20，只需將ct_value(對應設備地址40015)修改為20即可。

圖7 修改裝置參數的標記名字典配置圖

4 結論

　　文章介紹的基于intouch和modbus協議的電力監控系統，以工控機作為主機實現對電力測控儀表的遙信、遙測、遙控及修改裝置參數等功能，性價比高，符合過程工業流行的趨勢，運行表明，該系統穩定、可靠，且非常易于擴展，在工程上有一定的借鑒意義。