基于T-910PLC及虚拟仪器技术的电力监控系统设计

• 关键词：腾控T910,PLC,MODBUS,电力监控系统,LABVIEW
• 摘要：采用T910PLC单机为硬件基础、组态软件LABVIEW为软件基础，使用常用的MODBUS协议作为桥梁开发一套某电站电力监控系统，以监控电站电力运行情况。

　　一、 前言
　　近年来，随着电力系统的规模和技术水平的飞速发展，为保障电力系统安全可靠的运行和获得更高的经济效益，电力部门所要求监测的参数种类越来越多。而传统的人工测量和测量仪器在对被测参数的采集、分析、评估等各个方面都存在着严重的不足，因此，为了满足现有电力部门的需求和着眼于未来的发展需要，迫切需要出现一种高效、准确替代手段。而伴随着工用PLC技术的发展,PLC越来越强大的数据处理能力以及逻辑判断能力为解决这个问题提供了新的办法。
　　以往在工程实践当中，多选用西门子、松下、三菱等国外产品，但是其价格昂贵，维护成本过高，往往令企业望尘莫及。近年来，随着我国工业发展水平的提高，一批优秀的国产PLC应运而生，其中腾控T9系列产品就是代表之一。
　　二、 关于腾控T-910PLC
　　T-910可编程控制器是北京腾控科技有限公司T9系列PLC其中一款产品，使用最大频率72MHz的ARM工业级CPU，外扩32M SDRAM和4M FLASH，嵌入式操作系统，2M用户程序存储区和2M用户数据存储区。编程软件使用KW MULTIPROG，通过以太网下载程序，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路高速脉冲计数、24V直流输出于一体。单台模块即可灵活应用于各种小型工业自动控制场合。
　　腾控T9系列PLC具有单机输入/输出端口类型全、数量多、配置标准等特点。特别是模拟量输入端口数量和信号输入标准恰能满足现场需要。而且支持MODBUS协议方便用户通过第三方软件对其进行操作，用户组网选择性强。
　　三、 电力监控系统的设计
　　该系统是某研究所所使用，对系统稳定性及准确性要求比较高，采用腾控T-910PLC作为中间桥梁，采集电力仪表中的电力参数，包括三相电压、电流、功率、功率因数等电量参数，而且还可以检测到开关运行、故障状态、工作位置信号。重要的是使用工业标准RS485通讯，有较高的通讯效率及稳定性，并且使用技术成熟的Modbus协议，不易出现错误，对系统的稳定性有很大的帮助。
　　四、 硬件配置
　　各装置安装于该电站电力控制室内，主要由T-910PLC、电力仪表、计算机、RS485数据线组成。根据各单元的资源情况和对终端功能的要求，完成硬件电路连接的设计如图1所示。

图1  系统硬件结构

　　PLC硬件端口[2]使用情况为：
　　AI(0-5)：8路模拟量输入。分别接入现场测量变送器输出的电流(Ia、Ib、Ic)、电压（Uab、Ubc），电流0-20mA，电压0-5V。
　　DI0(I0.0-I0.2)：分别连接电力仪表的开关运行、故障状态、工作位置信号I0.0为开关运行信号，I0.1为故障状态、I0.2定义为工作位置。
　　COM1：数传通道，与计算机RS485 PCI卡连接。
　　DIP开关：站号设置。
　　五、 软件设计
　　1. Modbus通信协议
　　Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
　　Modbus可分为两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。使用何种模式由用户自行选择，包括串口通信参数（波特率、校验方式等）。在配置每个控制器的时候，同一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。由于该系统使用RTU模式，在这里简单介绍一下RTU模式下的数据帧。
　　其消息帧的数据格式如下表所示。

表1  RTU消息帧

　　起始位与结束位用于标识数据长度，地址码为预读寄存器起始地址，数据区就是采集数据信息或采集到的数据，CRC校验码用于检验数据的正确性。
　　2.  虚拟仪器技术
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助用户创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。
　　其中美国国家仪器公司(NI公司)开发LabVIEW (Laboratory virtual instrument engineering workbench-实验室虚拟仪器工程平台)就是其中的典型代表，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。
　　3. 软件整体思路：
　　首先，由于腾控T-910支持MODBUS通讯协议，并且不需要过多进行过多编程，只需要把硬件连接好，对应的输入输出参数就进入到了T-910的内部寄存器中，在使用MODBUS协议将寄存器中的内容读取出来即可。
　　例如，T-910内部寄存器地址30001-30006对应着Ia、Ib、Ic、Uab、Ubc Uca，量程0-2000。若采集到的电流参数为a，电压参数为b则有：
　　实际电流I=K*(a/20000)*20，单位A，其中K为电力仪表比例参数。
　　实际电压U=K*(a/20000)*5，单位V，其中K为电力仪表比例参数。
　　这样，就可以在计算机上进行数据的分析，存储等功能。
　　六、 结论
　　该电力监控系统使用腾控T910系类PLC、LabVIEW软件及Modbus通信协议完成了电力仪表数据采集工作，并使用数据库完成了电力参存储、查询等多项功能，精确地将电力参数显示出来，使用报警功能实现了现场少人或者无人值守，保障了操作人员的安全，而且还给操作人员提供了一个可视的、良好的操作环境，运行稳定可靠，满足了系统的主要技术指标，受到用户好评。因此具有一定的实际意义。

　　参考文献
　　1  腾控科技编.T-910可编程控制器使用说明
　　2  杨洪仁.T9可编程控制器硬件手册.版本01 201106.北京：腾控科技
　　3  孙义. T910 PLC的自由串口编程. 北京：腾控科技网站技术论坛