基于AC800M系統與水電廠交流采樣裝置的通訊實現

顧丹峰

摘 要：水電廠機電設備的信息化運行能夠提升其工作效率，更加有助于實現數字化的水電廠通信網絡平臺。文章闡述了Modbus通訊協議及其原理，根據不同系統的現場總線協議差異大，且不同總線協議應用范圍存在差異的問題，對Modbus協議的AC800M控制器與雅達EPM420交流采樣裝置的通信技術進行探討，從而進一步實現數字化的水電廠通信平臺。

關鍵詞：Modbus協議；AC800M；EPM420交流采樣裝置

中圖分類號：TN911.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0080-01

隨著數字化、智能化水電站的發展，使得現代水電站生產控制系統變得越來越復雜，同時對可靠性、實時性、精確性要求也越來越高。為提高數字化水電站的控制系統性能，實現開放通信網絡，必須統一現場總線協議[1]。

本文以Modbus協議為例，利用MODBUS協議開放廣泛的優點，結合瑞士ABB公司的AC800M控制器與交流采樣裝置，實現水電廠的開放網絡通訊。

1 AC800M控制器與交流采樣裝置

1.1 AC800M控制器

AC800M是Compact Products 800系列產品中的一個重要組件，它是一款基于導軌安裝的模塊化的控制器，包含了CPU、通信模塊、電源模塊及一系列附件。集成了多種通信功能、可以實現全方位冗余，并且支持寬范圍的I/O信號，同時也包括在危險區域的本質安全信號。

AC800M控制器通過Compact Control Builder編程軟件為其編程組態，使得AC800M控制器可以實現各種控制應用?？芍貜褪褂么a和庫文件的功能特點也使AC800M的應用程序更加容易組態和建立[2]。Compact Control Builder基于IEC61131-3標準，支持5種編程語言，即：指令表（IL）、梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）、結構文本（ST）、順序功能圖（SFC）。

1.2 交流采樣裝置及其參數設置

在實現自動化的過程中，最關鍵的環節是數據采集。交流采樣測量裝置是將工頻交流電量值（電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率、相位角、功率因數等）經數據采集、轉換、計劃變為數字信號傳送至本地或遠端顯示器的測量裝置，交流采樣測量裝置是水電站綜合自動化裝置中的測量的部分，它代替了傳統的儀器、儀表，已在水電站計算機監控系統中被廣泛采用。

本文采用的是參數設置良好的EPM420交流采樣裝置，參數設置如下：

①密碼設置保護不變；

②接線方式：根據原型象達電站的一次接線情況，設置為三相四線制三單元的接線方式；

③PT（電壓互感器）變比設置：根據原型象達電廠的電壓互感器選型，PT一次側電壓值/二次側電壓值為：110 000/100；

④CT（電壓互感器）變比設置：根據原型象達電廠的電壓互感器選型，CT一次側電流值/二次側電流值為：800/5；

⑤通訊地址設置：EPM420型多功能電量儀表的從站地址設置為從0至9；

⑥通訊波特率設置：全部EPM420型多功能電量儀表波特率設為9 600。

2 AC800M與交流采樣裝置的通信實現

2.1 Modbus實現通訊的傳輸途徑

通信過程實質上是數據在各個層次間的傳輸過程，這里的編程是針對各個層次的不同功能進行的。Modbus將協議標準化后，方便在主站及多個從站之間進行數據交換請求。數據傳輸過程是先通過上機位，然后再向下傳遞到各個物理信道，最后到達數據接收端的最底層。

在整個由上到下的傳遞過程中，應用層主要負責協議數據單元（PDU）的構建，在此基礎上鏈路層進行地址及效驗碼的傳輸，物理層以0/1的形式發送數據，這個數據傳輸環節的監控軟件應按照三層功能分層來編寫。

2.2 通信實現的解決方案

根據EPM420交流采樣裝置的參數設置內容，運用ABB Compact Control Builder AC 800M 5.0.1編程軟件實現AC800M系統與交流采樣裝置的通信。

由于EPM420交流采樣裝置自帶的是RS485通信模塊，其作為子站的采樣裝置可以是單個或多個并聯連接使用，主站通過不同的子站地址進行區別不同子站交流采樣裝置。編程軟件通過編寫程序從EPM420讀取需要的數據存儲到PLC的內存。PLC程序根據自身CPU的掃描周期，不斷更新讀取EPM420的數據，所以實現了PLC組態軟件系統對數據實時采集[3]。

2.3 AC800M與交流采樣裝置的通信

AC800M系統與交流采樣裝置通信的具體實現包括創建系統硬件架構、CI853 RS-232C通信模塊通訊參數配置、變量配置及編寫程序等四部分。

①創建系統硬件架構： 建立一個名為gongyon的系統硬件架構。本系統的IP地址設為172.16.0.164（用于與后臺通訊），CPU模塊為型號為PM861， CI853為RS-232C通信模塊。

②CI853 RS-232C通信模塊通訊參數配置：通信模塊的通訊參數配置為：

波特率：9600；數據位：8；奇偶校驗：無；停止位：1。

參數配置，如圖1所示。

③變量配置：配置通訊程序中所須調用的變量，變量的配置中每個變量名是唯一的。

④運用結構文本語言編寫程序： 通訊程序的開發語言選用結構文用結構文本（ST），因為結構文件語言優點在于結構化的編程試，有簡單的標準結構能快速高效的編程，使用直觀靈活符合IEC61141-3標準。

2.4 AC800M系統與上位機人機交互的實現簡述

通過AC800M的CPU模塊實現與EPM420型多功能電量儀表的數據信息時實讀取，并將讀取到的數據通過ABB 提供的AC800M 系統中CI867 MODBUS TCP/IP 通訊模塊，將讀取到的信息高速、實時的送到計算機監控系統的后臺網絡中，計算機監控系統后臺選用SD 8000水電站計算機監控系統，該系統提供了支持與ABB AC800M系統MODBUS TCP/IP通訊協議的驅動包，安裝驅動包后，就可以實現后臺人機交互系統中實時數據庫與下位機AC800M控制系統之間的數據通訊。

3 結 語

以AC800M系列控制器為核心平臺的通訊系統已在國內多家水電站得到成功應用。本文采用MODBUS通訊協議，運用ABB Compact Control Builder AC 800M 5.0.1組態軟件，實現了AC800M系統與EPM420交流采樣裝置的開放網絡通信。通過水電站的工程實踐，ABB AC800M系統與交流采樣裝置的通訊系統穩定可靠運行，實現了數字化交流采樣裝置的通訊目的。

參考文獻：

[1] GB/T 19582.2-2008，基于Modbus協議的工業自動化網絡規范，第1部 分：Modbus應用協議[S].

[2] 史運濤，孫德輝，李志軍，等.基于Modbus協議的通訊集成技術研究[J].化工自動化及儀表，2010，（4）.

[3] 顧海勤，楊奕，全毅，等.基于MODBUS協議的智能儀表與PC機雙向通訊 設計[J].儀表技術與傳感器，2013，（12）.