分布式發(fā)電機勵磁監(jiān)控系統(tǒng)的設計

摘要：介紹了用分布式技術設計的發(fā)電機勵磁監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)中勵磁調節(jié)器內的雙微機采用松耦合并行通信方式進行數據交換，調節(jié)器中的勵磁控制微機經由通信控制微機實現與上位ＰＣ機的通信。介紹了系統(tǒng)的構成、通信方案、通信協(xié)議及軟件設計方法。
　　關鍵詞：分布式發(fā)電機勵磁監(jiān)控系統(tǒng)
　　
　　發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是采集發(fā)電機電壓和電流的變化及其它輸入信號，并根據控制準則控制勵磁功率單元輸出勵磁電流（供給發(fā)電機轉子線圈）的系統(tǒng)。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)對于維持電力系統(tǒng)的電壓水平、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的能力、改善電力系統(tǒng)及發(fā)電機的運行條件等起到重要的作用。微機勵磁調節(jié)器是勵磁系統(tǒng)的核心元件，除了完成控制功能外，還要實現人機交互、遠方通信等功能。單微機難以實現所有功能，故采用雙微機設計勵磁調節(jié)器，并通過通信網絡構建分布式發(fā)電機勵磁監(jiān)控系統(tǒng)。
　　
　�。庇布�結構
　　
　　系統(tǒng)硬件結構如圖１所示，其中，勵磁控制微機實現人機交互和勵磁電流控制，通信控制微機協(xié)調上位監(jiān)控ＰＣ機和勵磁控制微機的數據交換。
　　
　　勵磁控制微機采用５１單片機的應用模式，由顯示、顯示召喚、按鍵、模擬量輸入、ＰＩＤ參數設置、看門狗電路、同步信號輸入、觸發(fā)脈沖輸出、滅磁接點輸入等單元組成。顯示單元采用外接６片串入并出移位寄存器芯片７４ＬＳ１６４驅動發(fā)光數碼管，顯示內容由召喚顯示撥輪開關進行選擇，有巡回和召喚兩種顯示方式。外擴一片并行接口芯片８１５５，８１５５的Ａ口與面板上的撥輪開關相連，用于召喚顯示；Ｂ口與八位地址開關相連，用于設定ＰＩＤ參數；Ｃ口用于輸出觸發(fā)脈沖，脈沖經達林頓管放大、脈沖變壓器隔離后接到主回路可控硅的觸發(fā)極。滅磁接點、按鍵接到單片機的Ｉ／Ｏ口線，按鍵主要有增勵、減勵、運行方式恒電壓／恒電流選擇等。同步信號經隔離后接到單片機的ＩＮＴ１管腳。模擬量經ＡＤＣ０８０９Ａ／Ｄ轉換芯片接到單片機，采集的主要模擬量有發(fā)電機機端電壓、勵磁電流、發(fā)電機送出的無功電流、電壓給定值、勵磁電流給定值等。
　　
　　通信控制微機由單片機、通信接口、波特率設置、地址編碼、ＲＡＭ等單元組成。波特率設置、地址編碼用地址開關來實現。地址編碼用于設置本子站的地址碼，共有２５６個編碼。波特率有１２００ｂｐｓ、２４００ｂｐｓ、４８００ｂｐｓ、９６００ｂｐｓ等可選。外擴一片６２６４ＲＡＭ用于存放通信中間數據。通信接口采用ＭＡＸ１４８７實現ＲＳ４８５電平的轉換。
　　
　　上位監(jiān)控ＰＣ機可采用ＩＰＣ或ＰＣ機。操作系統(tǒng)為Ｗｉｎｄｏｗｓ９８。ＰＣ機外接臺灣研華公司的ＡＤＡＭ４５２０實現ＲＳ２３２／ＲＳ４８５的轉換。
　　
　�。搽p微機通信方案的設計
　　
　　雙微機數據交換有松耦合和緊耦合兩種方式。松耦合采用數據通信方式進行兩機數據交換，緊耦合采用共享數據存儲器方式進行兩機數據交換。本系統(tǒng)中勵磁控制微機與通信控制微機的數據交換方式為松耦合方式，通信協(xié)議自定義。在松耦合方式中可用的數據通信方式有串行異步通信、串行外設接口（ＳＰＩ）、并行數據通信等，如圖２所示。
　　
　　串行數據通信方式為一個字節(jié)的８個位（低位在前、高位在后）依次傳送，傳送速度慢。為了提高數據交換的速度，采用并行數據交換。并行數據交換與串行數據交換的一個區(qū)別是通信時雙微機要進行握手以保證數據可靠傳輸。下面以圖２（ｃ）中的ＣＰＵ１向ＣＰＵ２傳送數據為例說明數據傳輸的過程。Ｐ２．０為數據準備好控制線，由ＣＰＵ１控制；Ｐ２．１為數據已接收控制線，由ＣＰＵ２控制。
　　
　�。茫校眨卑l(fā)送數據的過程為：ＣＰＵ１送數據到數據線前應置Ｐ２．０為１，并判斷Ｐ２．１是否為１，為１則表示ＣＰＵ２已做好接收數據的準備，ＣＰＵ１可以送數據到數據線；否則ＣＰＵ１等待ＣＰＵ２接收數據。ＣＰＵ１送數據到數據線后置Ｐ２．０為０，這表示ＣＰＵ１已送數據到數據線。然后判斷Ｐ２．１是否為０，若為０則表示ＣＰＵ２已接收到ＣＰＵ１傳送的數據，ＣＰＵ１可進行下一個數據的傳送；否則ＣＰＵ１等待ＣＰＵ２接收數據。
　　
　�。茫校眨步邮諗祿�的過程為：在ＣＰＵ２接收來自ＣＰＵ１的數據前置Ｐ２．１為１，并判斷Ｐ２．０是否為０，為０表示ＣＰＵ１已將數據送到數據線上，ＣＰＵ２可從數據線上讀數；否則ＣＰＵ２等待ＣＰＵ１發(fā)送數據。ＣＰＵ２讀入數據后置Ｐ２．１為０，這表示ＣＰＵ２已接收到數據。然后判斷Ｐ２．０是否為１，若為１則ＣＰＵ２可準備接收下一個數據；否則ＣＰＵ２等待。程序采用Ｃ５１語言實現，流程圖如圖３所示。
　　
　�。成衔粰C與下位機之間的通信協(xié)議
　　
　　通信控制微機與上位ＰＣ機之間的通信采用Ｍｏｄｂｕｓ協(xié)議。Ｍｏｄｂｕｓ協(xié)議是一種應用于電子控制器上的協(xié)議，通過該協(xié)議，控制器之間以及控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信，已成為一種通用的工業(yè)標準。Ｍｏｄｂｕｓ協(xié)議有兩種傳輸模式：ＡＳＣＩＩ模式和ＲＴＵ模式，本系統(tǒng)中采用ＲＴＵ模式，使用ＲＳ４８５總線。通信格式為：數據幀共１１位，１個起始位，８個數據位，兩個停止位，無奇偶校驗位；通信功能碼為：０３Ｈ（召測），１６Ｈ（設置）；通信時對數據域進行ＣＲＣ－１６校驗，校驗只針對數據位，不包括起始位、停止位；校驗多項式為Ｇ（Ｘ）＝Ｘ１６＋Ｘ１２＋Ｘ５＋１；命令行格式為：地址碼＋功能碼＋數據域＋ＣＲＣ校驗。
　　
　　上位ＰＣ機要監(jiān)測勵磁調節(jié)器的信息時發(fā)送：地址碼＋功能碼（０３Ｈ）＋起始寄存器地址＋寄存器個數＋ＣＲＣ校驗碼低字節(jié)＋ＣＲＣ校驗碼高字節(jié)。正常情況下，勵磁調節(jié)器回送：地址碼＋功能碼（０３Ｈ）＋數據域字節(jié)數＋第１個數據＋第２個數據＋．．．．．．＋第ｎ個數據＋ＣＲＣ校驗碼低字節(jié)＋ＣＲＣ校驗碼高字節(jié)。出錯時，勵磁調節(jié)器回送：地址碼＋功能碼（８３Ｈ）＋錯誤代碼（０２Ｈ／０６Ｈ）＋ＣＲＣ校驗碼低字節(jié)＋ＣＲＣ校驗碼高字節(jié)，其中，錯誤代碼“０２Ｈ”表示“非法數據位置”，“０６Ｈ”表示“調節(jié)器正忙”�？勺x取的勵磁調節(jié)器寄存器內容如表１所示。
　　
　　表1可讀取的寄存器的內容
　　
　　數據地址內容00H
　　01H
　　02H
　　03H
　　04H
　　05H
　　06H機端電壓（Uc）
　　變換電阻后的電壓（Ut）
　　勵磁電流實際值（ILc)
　　電壓給定值（Ug)
　　勵磁電流給定值（ILg)
　　可控硅觸發(fā)角（a)
　　勵磁電流額定值（ILe)
　　上位ＰＣ機要遠方控制勵磁系統(tǒng)時，需通過設置命令１６Ｈ來實現，發(fā)送：地址碼＋功能碼（１６Ｈ）＋起始寄存器地址＋寄存器個數（０１Ｈ）＋數據（１字節(jié)）＋ＣＲＣ校驗碼低字節(jié)＋ＣＲＣ校驗碼高字節(jié)，設置時一次只能設置一種參數。正常情況下，勵磁調節(jié)器回送：地址碼＋功能碼（１６Ｈ）＋起始寄存器地址＋寄存器個數（０１Ｈ）＋ＣＲＣ校驗碼低字節(jié)＋ＣＲＣ校驗碼高字節(jié)。出錯時，勵磁調節(jié)器回送：地址碼＋功能碼（９６Ｈ）＋錯誤代碼（０２Ｈ／０３Ｈ）＋ＣＲＣ校驗碼低字節(jié)＋ＣＲＣ校驗碼高字節(jié)，其中，錯誤代碼“０２Ｈ”表示“非法數據位置”，“０３Ｈ”表示“非法數據值”�？稍O置的勵磁調節(jié)器寄存器內容如表２所示。
　　
　　表2可設置的寄存器的內容
　　
　　數據地址內容00H
　　01H
　　02H
　　03H
　　04H增勵
　　減勵
　　給定電壓
　　給定電流
　　恒電壓/電流控制
　　若上位ＰＣ機發(fā)送除０３Ｈ和１６Ｈ外的其它命令，勵磁調節(jié)器則將收到的功能碼邏輯或“８０Ｈ”作為回送幀的功能碼，回送內容為：地址碼＋功能碼＋錯誤代碼（０１Ｈ）＋ＣＲＣ校驗碼低字節(jié)＋ＣＲＣ校驗碼高字節(jié)。
　　
　�。瓷衔粰C的軟件設計
　　
　　上位ＰＣ機完成人機交互、與勵磁調節(jié)器內的通信控制微機進行通信等任務。其軟件用Ｄｅｌｐｈｉ６．０設計，其中數據庫用Ｄｅｌｐｈｉ６．０自帶的Ｐａｒａｄｏｘ數據庫。人機交互功能主要有：對勵磁系統(tǒng)各重要參數（如勵磁電流、機端電壓、可控硅觸發(fā)角等）進行實時監(jiān)測，并可進行圖形化顯示、報表打印、事件順序記錄、越限報警；向勵磁調節(jié)器發(fā)送增勵、減勵等各種控制命令；操作人員可進行管理等。軟件的另一模塊為通信程序。利用Ｄｅｌｐｈｉ設計串口通信程序一般有三種方法：一是利用Ｗｉｎｄｏｗｓ的通信ＡＰＩ函數；二是利用第三方提供的通信用動態(tài)鏈接庫；三是采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ或其它公司的通信ＯＣＸ控件。本系統(tǒng)采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司的ＭＳＣｏｍｍ通信ＯＣＸ控件來設計通信軟件。ＭＳＣｏｍｍ是ＶＢ中的ＯＣＸ控件，使用前要將其添加到Ｄｅｌｐｈｉ中，添加方法如下：選擇菜單“Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ”下的子菜單“ＩｍｐｏｒｔＡｃｔｉｖｅＸＣｏｎｔｒｏｌ”，在“ＩｍｐｏｒｔＡｃｔｉｖｅＸ”頁內選擇“ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＣｏｍｍＣｏｎｔｒｏｌ”，點擊“Ｉｎｓｔａｌｌ”安裝。編程時應注意其Ｉｎｐｕｔ和Ｏｕｔｐｕｔ屬性的數據類型為ＯｌｅＶａｒｉａｎｔ，這與ＶＢ和ＶＣ不同。
　　
　�。停铮洌猓酰笸ㄐ艆f(xié)議的軟件設計主要為ＣＲＣ－１６校驗碼生成的實現方法。ＣＲＣ－１６校驗碼生成編寫程序有兩種方法：一種為計算法；另一種為查表法。上位機采用計算法。下面為ＣＲＣ－１６的計算過程：
　　
　�。ǎ保┰O置ＣＲＣ寄存器，并給其賦初值ＦＦＦＦ?ＨＥＸ?。
　　
　�。ǎ玻�將全部數據的第一個８ｂｉｔ數據與１６位ＣＲＣ寄存器的低８位進行異或，并把結果存入ＣＲＣ寄存器。
　　
　�。ǎ常�ＣＲＣ寄存器整體向右移一位，ＭＳＢ補零，移出并檢查ＬＳＢ。
　　
　�。ǎ矗┤绻�ＬＳＢ為０，重復第三步；若ＬＳＢ為１，ＣＲＣ寄存器與多項式碼相異或。
　　
　�。ǎ担┲貜偷冢ǎ常┡c第（４）步?直到８次移位全部完成。此時一個８ｂｉｔ數據處理完畢。
　　
　　（６）重復第（２）至第（５）步?直到所有數據全部處理完畢。
　　
　�。ǎ罚┳罱KＣＲＣ寄存器的內容即為ＣＲＣ值。
　　
　�。模澹欤穑瑁椋叮�０環(huán)境下ＣＲＣ－１６實現的函數如下：
　　
　�。妫酰睿悖簦椋铮睿茫遥茫保�?ＣＲＣ＿Ｄａｔａ?ａｒｒａｙｏｆＢｙｔｅ?ＤＡＴＡ＿Ｌｅｎ?ｉｎｔｅｇｅｒ??ｗｏｒｄ?
　　
　�。觯幔�
　　
　�。茫遥茫保叮蹋�?ＣＲＣ１６Ｈｉ?ｂｙｔｅ?／／ＣＲＣ寄存器
　　
　�。樱幔觯澹蹋�?ＳａｖｅＨｉ?ｂｙｔｅ?／／ＣＲＣ中間寄存器
　　
　�。牵蹋�?ＧＨｉ?ｂｙｔｅ?／／生成多項式
　　
　�。�?ｉｎｔｅｇｅｒ?／／需校驗數據的字節(jié)數
　　
　�。疲欤幔�?ｉｎｔｅｇｅｒ?／／移位的次數（８次）
　　
　�。猓澹纾椋�
　　
　�。茫遥茫保叮蹋�?＝ｂｙｔｅ?＄ｆｆ??
　　
　�。茫遥茫保叮龋�?＝ｂｙｔｅ?＄ｆｆ??／／給ＣＲＣ寄存器賦初值
　　
　　＄ｆｆｆｆ（ＨＥＸ）
　　
　�。牵蹋�?＝ｂｙｔｅ?＄０１??
　　
　�。牵龋�?＝ｂｙｔｅ?＄ａ０??／／多項式碼＄ａ００１（ＨＥＸ）
　　
　�。妫铮颍�?＝０ｔｏＤＡＴＡ＿Ｌｅｎ－１ｄｏ／／各字節(jié)數據
　　
　�。猓澹纾椋�
　　
　�。茫遥茫保叮蹋�?＝ＣＲＣ１６ＬｏｘｏｒＣＲＣ＿Ｄａｔａ?ｉ??／／各字節(jié)數據
　　
　　與ＣＲＣ寄存器進行異或
　　
　�。妫铮颍疲欤幔�?＝０ｔｏ７ｄｏ
　　
　�。猓澹纾椋�
　　
　�。樱幔觯澹蹋�?＝ＣＲＣ１６Ｌｏ?
　　
　�。樱幔觯澹龋�?＝ＣＲＣ１６Ｈｉ?
　　
　�。茫遥茫保叮龋�?＝ＣＲＣ１６Ｈｉｓｈｒ１?／／高字節(jié)右移一位
　　
　�。茫遥茫保叮蹋�?＝ＣＲＣ１６Ｌｏｓｈｒ１?／／低字節(jié)右移一位
　　
　�。椋�?ＳａｖｅＨｉａｎｄｂｙｔｅ?＄０１??＝ｂｙｔｅ?＄０１?ｔｈｅｎ
　　
　　／／若高字節(jié)ＬＳＢ為１，則低字節(jié)ＭＳＢ置１
　　
　�。茫遥茫保叮蹋�?＝ＣＲＣ１６Ｌｏｏｒｂｙｔｅ?＄８０??
　　
　�。椋�?ＳａｖｅＬｏａｎｄｂｙｔｅ?＄０１??＝ｂｙｔｅ?＄０１?ｔｈｅｎ
　　
　�。�／若低字節(jié)ＬＳＢ為１，則與多項式碼進行異或
　　
　�。猓澹纾椋�
　　
　�。茫遥茫保叮龋�?＝ＣＲＣ１６ＨｉｘｏｒＧＨｉ?
　　
　�。茫遥茫保叮蹋�?＝ＣＲＣ１６ＬｏｘｏｒＧＬｏ?
　　
　�。澹睿�?
　　
　�。澹睿�?
　　
　�。澹睿�?
　　
　�。茫遥茫保�?＝ＣＲＣ１６Ｌｏ?２５６＋ＣＲＣ１６Ｈｉ?／／ＣＲＣ低字節(jié)在
　　
　　前，高字節(jié)在后
　　
　�。澹睿�?
　　
　　用雙微機松耦合實現了勵磁控制微機與通信控制微機之間的數據交換，并通過通信控制微機完成與上位機之間的通信，將勵磁調節(jié)器的任務進行分散，增強了裝置的功能和可靠性。該系統(tǒng)已在國內多個中、小型水電站投入運行，運行穩(wěn)定，得到用戶的好評。
　　
　　
　　
　　

【分布式發(fā)電機勵磁監(jiān)控系統(tǒng)的設計】相關文章：

基于VB的分布式監(jiān)控系統(tǒng)通信設計08-06

基于VB的分布式監(jiān)控系統(tǒng)通信設計08-06

DSP和FPGA構成的3/3相雙繞組感應發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)08-06

基于MPI網絡的自來水廠分布式監(jiān)控系統(tǒng)08-06

基于DSP芯片的分級分布式管理系統(tǒng)設計08-06

分布式網絡系統(tǒng)中的數據訪問設計與優(yōu)化08-06

基于SMS通信的直放站監(jiān)控系統(tǒng)設計08-06

軟件鎖相技術在柴油發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)中的應用08-06

分布式發(fā)電系統(tǒng)的應用及前景08-06