基于串口服務器的電機保護裝置與組態王的通訊

摘 要：文章設計了一種基于串口服務器的電機保護裝置的遠程監控系統方案，實現了水泵房的遠程監控，達到了無人值守、集中化管理的目的。此方案對于中小型工程項目或小廠區改造來說，具有一定優勢，既節省了改造時間，又降低了開發成本。

關鍵詞：串口服務器；電機保護裝置；RS-485；遠程監控

引言

隨著工業自動化和遠程通訊技術的迅猛發展，遠程監控在工業生產中也成了一種趨勢。文章針對內蒙古海拉爾一較偏遠廠區內的水泵房內的實際情況，設計了一種基于串口服務器的電機保護裝置的遠程監控系統方案，從而提高其企業的智能化、無人化和集中化的管理。

1 方案設計

目前，該廠區泵房有4臺水泵電機，一直由工作人員現場進行操作，又因為離調度中心較遠，有時發生故障不能及時發現、處理，并且不便于管理，現想將其進行遠程通訊，使其能夠在調度中心完成對該泵房的控制。但是由于建廠時間較早，電機生產年限較早，不支持遠傳功能，這為遠程通訊增加了一定的難度，所以一種新的設備，即電動機保護裝置，并能完成對電機進行遠程監控，它支持標準的RS485通信接口，支持Modbus協議。但是由于該泵房離調度監控中心較遠，不能采用RS485工業總線直接與上位機通訊實現遠程通訊，而且擴展不靈活，所以加增一個串口服務器，它能實現RS485與TCP/IP網絡的數據雙向透明傳輸，提供串口轉以太網功能，可快速實現RS485串口轉為TCP/IP網絡接口，從而實現遠距離的通訊，輕松實現組網功能，為遠程監控提供了有利條件[1]。

2 方案設計優勢

本方案設計有以下優勢：

（1）由于設備較早，不具備遠程通訊功能，如果重新更換設備，一是影響生產，二是增加了不必要的投資。直接加裝電機保護裝置，既簡單又經濟。

（2）新增加的電機保護裝置，體積小，安裝方便，價格便宜，并且能夠提供電機的運行三相電流、三相電壓、監控運行數據進行精確測量，能夠提供電機的過載（過流）、欠載（欠流）、堵轉、三相不平衡、過壓、欠壓、短路、漏電、接地等的保護，提供RS-485通訊功能，支持自定義協議、Modbus通訊協議，方便用戶對MCC進行集中智能化、數字化保護監控網絡通訊一體化管理[2]。

（3）為了實現遠距離傳輸，增加一個串口服務器，它能夠將多臺裝置進行組網，并將RS-485的物理串口映射成虛擬的標準串口，上位機軟件組態王通過虛擬串口能夠直接對各種數據進行收發和控制，就不需要再安裝和開發其他軟硬件，對于該泵房來說，降低了成本，節省了開支[3]。

3 方案設計實現

3.1 網絡拓撲結構

電機和電機保護器采用直接啟動的接線方式。串口服務器將電機保護器RS-485接口轉換為Base-T（x）網絡接口，將采集到的電壓、電流等數據通過串口服務器進行傳輸，上位機組態王將數據進行組態，可查詢、控制、及打印報表。本方案網絡拓撲圖如圖1所示。

3.2 硬件連接

本方案電機保護裝置選用的是蒼南格瑤GY600，該保護裝置支持專業的電動機控制方式及提供精確的監測功能，可以對電動機進行遙信、遙測、遙控、保護、聯鎖、故障信息處理；提供RS-485通訊功能，支持Modbus-RTU通訊協議。電機和電機保護器采用直接啟動的接線方式，接線圖如圖2所示。

串口服務器選擇的是深圳三旺通訊公司的NP301。NP301是一款能讓串口設備立即具備聯網能力的串口聯網服務器，提供1路RS-232/485/422和1路10/100Base-T（x）網絡接口，可以把分散的串行設備、主機等通過網絡集中管理，簡易、方便，支持TCP、UDP、ARP協議，支持網絡中斷自動恢復連接功能。

該泵站共有4臺電機，需加裝4臺電機保護裝置，由于一個串口服務可將多臺裝置進行組網，所以只需一個串口服務器即可。具體接線圖如圖3所示。

RS485總線必須要接地，良好接地能保證電壓一致，防止共模干擾。另一個需要注意的問題是終端負載電阻，RS485應在總線電纜的開始和末端都并接120Ω終端電阻，降低電纜特性阻抗。

3.3 網絡配置

3.3.1 電機保護裝置網絡配置

蒼南格瑤GY600的通訊協議類型[4]：MODBUS-RTU

物理層傳輸方式：RS485

通訊地址號：1-255

通訊波特率：19200

通訊介質：屏蔽雙絞線

一個數據字節格式：1位起始位，8位數據位，1位停止位

3.3.2 串口服務器網絡配置

NP301串口服務器提供功能強大的基于Windows平臺的管理配置工具，所有設置可通過網絡或串口實現，用戶可靈活配置IP地址、Server和Client模式等。

NP301默認的IP地址是：192.168.1.254，子網掩碼：255.255.255.0。設置串口服務器和計算機的IP必須在同一個局域網中，以便進行Web訪問。

進入產品的Web界面，單擊串口服務器/串口配置，在菜單對應的下拉框里選擇需要的配置：波特率、校驗位、數據位、停止位、串口數據幀、字符間隔等。注意此處設置的串口波特率、校驗位、數據位和停止位應該與電機保護裝置的參數配置一致。

該串口服務器NP301，配有VSP虛擬串口管理軟件，可以通過串口服務器的名稱、IP地址以及MAC地址，直接創建出與真實串口無區別的虛擬串口（Com2），上位機軟件可直接與該虛擬串口進行通訊。

3.3.3 組態王的通訊配置

本方案采用北京亞控科技發展有限公司開發的組態王6.55。組態王與其通過Modbus-RTU協議進行通訊，在組態王工程瀏覽器中定義設備時應選擇PLC-莫迪康-Modbus（RTU）-串口-Com2，并指定PLC設備地址，同時雙擊Com2，完成通訊參數配置，與電機保護裝置通訊參數相同。設備選擇完成后，還要在數據詞典中定義變量與所定義的設備地址相連，這樣才能實現組態王與電機保護裝置之間的交互。

3.4 上位機組態

組態王監控主界面包括電機保護裝置的啟動、停止、復位、電壓、電流以及運行、停止、故障狀態，同時還包括歷史趨勢、歷史查詢、故障報警、操作紀錄等曲線圖。

4 結束語

本方案根據現場實際要求，已經進行了改造和調試，目前本系統進行試運行，實現遠程對電機工作的電壓、電流、故障狀態實時監控并控制電機啟停，工作較穩定。方案中是將電機保護裝置通過串口服務器進行遠程通訊的，當然換成一些智能儀表同樣適用，這對于中小型工程項目或小廠區改造來說，既節省了改造時間，又降低了開發成本。

參考文獻

[1]深圳三旺通信技術有限公司.技術資料手冊.NP301[Z].深圳：深圳三旺通信技術有限公司，2015.

[2]蒼南格瑤電子有限公司.電動機保護裝置使用說明書GY600[Z].蒼南：蒼南格瑤電子有限公司，2015.

[3]閆保中，張磊，閆鑫.串口服務器在數據采集系統的應用[J].應用科技，2008，35（12）：40-42.