基于Modbus通訊協(xié)議的Rs-485總線在配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用(05-100)

摘要：本文介紹了基于Modbus通訊協(xié)議的Rs-485總線在配電控制系統(tǒng)中的整體結(jié)構(gòu)，并且重點(diǎn)闡述了Rs-485總線現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)（以正泰電器股份公司生產(chǎn)的NST1-H型智能控制器為例）的硬件電路實(shí)現(xiàn)及軟件流程設(shè)計(jì)的方法。

關(guān)鍵詞：Modbus協(xié)議；Rs-485總線；智能控制器 
  
引言 

隨著輸配電自動(dòng)化程度越來越高，傳統(tǒng)的輸配電操作和控制方式已不再適應(yīng)當(dāng)今的發(fā)展要求，自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到越來越多的運(yùn)用。RS-485因硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工廠自動(dòng)化、工業(yè)控制等領(lǐng)域。因此針對(duì)當(dāng)前輸配電行業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀和發(fā)展需要，本文將介紹一種基于MODBUS通訊協(xié)議的Rs-485總線技術(shù)進(jìn)行通信的智能斷路器控制系統(tǒng)。
 
控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 

基于Rs-485總線的配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)由智能斷路器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和Rs-485控制網(wǎng)絡(luò)3部分構(gòu)成。
 
智能斷路器是直接面向運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的智能節(jié)點(diǎn)，其核心控制器件智能控制器，主要功能是采集現(xiàn)場(chǎng)電流、電壓、頻率及功率因素等數(shù)值，按照一定的控算方法對(duì)配電控制回路的斷路器進(jìn)行控制操作；將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的電流、電壓、斷路器分合閘狀態(tài)等信息通過Rs-485總線通信網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控機(jī)，并實(shí)時(shí)處理監(jiān)控機(jī)下傳的遙控分/合閘等各種命令。 

監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要功能是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，獲得現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)異常，并根據(jù)故障信息發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)；以友好的圖形界面直觀指示當(dāng)前各智能斷路器的運(yùn)行狀況及參數(shù)信息；實(shí)現(xiàn)故障記錄管理，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制智能斷路器分/合閘功能。
 
Rs-485控制網(wǎng)絡(luò)部分主要由Rs-485通信接口、通信介質(zhì)、接口電路、Modbus通訊協(xié)議及相應(yīng)的通信軟件組成。Rs-485通信接口實(shí)現(xiàn)智能節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的串行連接；Modbus通訊協(xié)議制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式，為智能節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間提供通信規(guī)約；通信介質(zhì)為雙絞線，負(fù)載連接在A、B線之間。
 
現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 

為了深入說明Rs-485總線接口在輸配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，本文以浙江正泰電器股份公司生產(chǎn)的NST1-H智能控制器為例，簡(jiǎn)要介紹該智能控制器的總體設(shè)計(jì)，并給出實(shí)現(xiàn)Rs-485通信的硬件電路和軟件流程圖。 

現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)總體結(jié)構(gòu) 

如前所述，智能控制器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中需完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和處理、控制器各執(zhí)行器件的控制及與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通信等主要工作，因此智能控制器的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

 

考慮到可靠性、性價(jià)比等因素，智能控制器CPU采用三菱系列單片機(jī)M30201。智能控制器設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，包括四大部分：RS-485通信接口電路部分、電源管理部分、信號(hào)輸出執(zhí)行部分、I/O接口部分。其中I/O接口部分包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、鍵盤輸入與顯示和執(zhí)行器的控制信號(hào)輸出等工作。下面簡(jiǎn)要介紹RS-485通信接口電路的硬件實(shí)現(xiàn)。 

智能控制器Rs-485接口電路設(shè)計(jì) 

在某些工業(yè)控制領(lǐng)域，由于現(xiàn)場(chǎng)情況十分復(fù)雜，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。雖然Rs-485接口采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當(dāng)共模電壓超過Rs-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于－7V時(shí)，接收器就無法正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。為消除此問題，增強(qiáng)智能控制器在通信中的抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用二次集成芯片MAX1480進(jìn)行信號(hào)隔離，接口電路如圖2所示。