基于Forcecontrol配電監控系統的設計

　　摘要：針對配電網中結構復雜、位置分散、管理手段落后的問題，利用MODBUS通信協議和RS485、RJ45接口等技術，結合現場總線控制理論，開發了一種基于Forcecontrol組態軟件的低壓配電智能監測系統。整個監控系統由控制室中工控機和光纖適配器組成，每個無人低壓配電室由基于MODBUS—RTU通信協議的RS485通信端口的智能控制器和光纖適配器組成。系統具有數據自動采集、動態數據和曲線顯示、故障記錄報警、實時通信等主要特點。
　　
　　關鍵詞：低壓配電；遠程監控；MODBUS通信協議；Forcecontrol
　　
　　引言
　　
　　在生產企業中，由于低壓配電室分布過于分散，使得配電室的維護非常不方便。本文針對河南某鋁廠分散的低壓配電室，設計了基于工業以太網的遠程監控系統。在無人值守低壓配電室中三相電壓U、三相電流I、頻率f、功率P、功率因數cosφ電度Ep、遠程設備運行狀態等數據通過帶RS485通信端口的智能控制器讀取，利用MODBUS—RTU通信協議通過光纜向工控機中傳送數據；在控制室中，通過工控機可以實現各種狀態的報警，各種數據參數的監控，及繪制實時變化曲線和歷史曲線。
　　
　　1、配電監控系統
　　
　　1．1系統整體結構
　　
　　本系統主要是對17個配電室中的各種功耗參數（如電壓、電流、功率等）進行測試并實現實時動態顯示與處理。通信結構如圖1所示，系統主要由兩大部分組成，即硬件連接和軟件平臺。　　
　　整個系統硬件包括H型智能控制器、串口服務器、光纖適配器、交換機、工控機。H型控制器采集數據，串口服務器是通過網絡，用計算機來存取、管理和配置遠程的設備，光纖適配器連接不同類型的光纖跳線接口，交換機是一種用于電信號轉發的網絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網絡節點提供獨享的電信號通路。在此串口通信系統中，計算機為上位機，H型智能控制器為下位機，二者之間的通信遵循MODBUSRTU協議。通信介質為雙絞線，H型智能控制器作為RS485通信網絡的工作站節點，將采集的信號通過MODBUS協議轉換為控制信號傳送到上位機，實現對電量信號的監控；上位PC選用聯想IdeaCentre工控機，監控軟件選用的是國產軟件ForceControl6．0?？偩€結構安全、簡潔，具有很高的可靠性和實用性。
　　
　　1．2系統功能的實現
　　
　　數據自動采集與檢測：通過帶RS485通信端口的智能控制器來實現無人值班低壓配電室的三相電壓U、三相電流J、頻率f、功率P、功率因數cosφ、電度Ep、遠程設備運行狀態等數據的采集和檢測，再利用MODBUS—RTU通信協議通過光纖適配器后，通過光纜向工控機中傳送實時數據。
　　
　　通信網絡構成：在現場無人值班低壓配電室，通過新配置的帶MODBUS—RTU通信協議的RS485通信口的智能控制器檢測數據，再將多臺各種型號的智能控制器中的數據統一通過光纖適配器后，經過光纜傳送到中央監控室中的光纖適配器上，轉化為RJ45接口連接到工控機上，從而實現各種實時數據的監控。
　　
　　動態顯示：在控制室內，通過工控機經由光纖適配器通過光纖傳送現場智能控制器中的各種參數數據，從而在顯示器上動態顯示各種參數的當前運行狀態和實時動態數據，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行各種報警，并為操作人員提供決策信息。此外，操作人員的級別和代碼，各種數據的實時曲線和歷史曲線，各種日報表、周報表和月報表等都可以在上位機中實現。
　　
　　2、串口通信的實現
　　
　　2．1MODBUS—RTU協議串口通信的實現
　　
　　MODBUS通信協議是由美國的MODBUS公司推出的開放式現場總線通信協議，其功能完善、使用簡單、協議開放，正在成為儀表及智能終端的工業標準。該協議有RTU和ASCII兩種傳輸方式，其中RTU模式的消息幀中8位數據包括兩個4位16進制字符，相比ASCII模式，RTU模式表達相同信息需要較少位數，且相同通信速率下具有更大數據流量，本系統采用的串口通信即為RTU模式。
　　
　　依照MODBUS的格式，系統的通信雙方為計算機和智能控制器，計算機即為通信規約中的“主站”，智能控制器即為“從站”。主站可根據從站的惟一的地址編號向從站發送請求信號，主站和從站之間通信的內容包括主站對從站的讀取和寫入。通信回路遵照主／從方式，在這種方式下，信息和數據在單個主站和從站之間傳遞。每個MODBUS數據包由從站地址、功能碼、數據和錯誤校驗4個部分組成。具體來講，主站發送的數據幀包括從站地址、功能碼、數據起始地址、數據大小和CRC校驗碼。MODBUS—RTU消息幀格式見表1。　　
　　2．2通信指令字符串的處理
　　
　　由于MODBUS—RTU串口通信采用的均是十六進制的字符串類型，但是在發送控制指令的時候，指令僅僅是普通字符串類型，所以必須進行格式轉換。但由于各種指令字符串的大小不同以及計算機對數值型字符串的識別大多以ASCII碼的形式，所以不能視為簡單的數據格式轉換。在對通信指令字符串進行格式轉換處理時，將字符串的長度除以4的余數作為條件判斷分支，分別對余數為0、1、2和3四種分支情況作了單獨的轉換處理。這樣，輸入帶校驗碼的普通型字符串，而輸出則變為帶校驗碼的十六進制字符串，可直接進行串口通信。
　　
　　3、監測系統軟件實現
　　
　　3．1系統軟件組成
　　
　　監測系統的軟件主要由用戶面板和程序框圖兩大部分組成。其中，用戶面板是面向用戶的操作面板，用于對電機功耗參數的動態顯示功能，并允許用戶進行一些交互操作。
　　
　　工控機服務器運行WindowsServer，系統數據庫采用SQLServer7．0，負責遠方數據的采集和充當數據服務器的作用，管理員工作站和工程師工作站運行WindowsXP。工控機服務器在采集和保存實時數據的同時，還作為各個工作站的數據源。
　　
　　支撐軟件：配置專業網絡版組態軟件ForceControl6．0。
　　
　　應用軟件：即基于組態軟件ForceControl6．0開發出來的低壓配電計算機監控與管理系統，具有良好的Windows人機交互界面，包括以下部分：
　　
　　軟件配置：在軟件運行后，進入系統配置畫面，操作員按屏幕提示進行系統配置后進入裝置模擬屏畫面。
　　
　　裝置模擬：畫面中的圖標在開路時與通電時設置為不同的顏色，以此進行模擬。
　　
　　主要完成功能：登陸、注銷、退出、主接線圖、遠程監控、歷史數據、操作記錄、安全設置等。通過這些系統與低壓配電裝置等現場設備的配合，使成套供電、配電、用電系統能夠在本機、上位機環境、負載等對象中交換各種信息，通過網絡實現狀態檢測、信息回饋、綜合判斷、發出命令及操作等，從而提高整個配電系統的可靠性?？梢哉f這是以現場總線控制技術為核心的自動化技術與配電技術的結合。
　　
　　3．2系統的控制面板
　　
　　系統的用戶面板如圖2所示。面板上有17個配電室，分別為一分解槽、二分解槽、分解一、分解二、焙燒、蒸發一、蒸發二、原料一、原料二、動力一、動力二、溶出一、溶出二、空壓站、沉降一、沉降二、沉降配電室。并有用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、用戶管理等控制按鈕。　　
　　4、結論
　　
　　系統主控計算機在控制室內通過通信光纜對成套裝置的電氣元件進行操作，系統還實現信息資源查詢、故障記錄、日記報表以及對電網管理、成本分析、電網質量和符合分析等，提高了效率。該項目目前已經通過驗收。