基于AC800M系统与水电厂交流采样装置的通讯实现

顾丹峰

摘 要：水电厂机电设备的信息化运行能够提升其工作效率，更加有助于实现数字化的水电厂通信网络平台。文章阐述了Modbus通讯协议及其原理，根据不同系统的现场总线协议差异大，且不同总线协议应用范围存在差异的问题，对Modbus协议的AC800M控制器与雅达EPM420交流采样装置的通信技术进行探讨，从而进一步实现数字化的水电厂通信平台。

关键词：Modbus协议；AC800M；EPM420交流采样装置

中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）09-0080-01

随着数字化、智能化水电站的发展，使得现代水电站生产控制系统变得越来越复杂，同时对可靠性、实时性、精确性要求也越来越高。为提高数字化水电站的控制系统性能，实现开放通信网络，必须统一现场总线协议[1]。

本文以Modbus协议为例，利用MODBUS协议开放广泛的优点，结合瑞士ABB公司的AC800M控制器与交流采样装置，实现水电厂的开放网络通讯。

1 AC800M控制器与交流采样装置

1.1 AC800M控制器

AC800M是Compact Products 800系列产品中的一个重要组件，它是一款基于导轨安装的模块化的控制器，包含了CPU、通信模块、电源模块及一系列附件。集成了多种通信功能、可以实现全方位冗余，并且支持宽范围的I/O信号，同时也包括在危险区域的本质安全信号。

AC800M控制器通过Compact Control Builder编程软件为其编程组态，使得AC800M控制器可以实现各种控制应用。可重复使用代码和库文件的功能特点也使AC800M的应用程序更加容易组态和建立[2]。Compact Control Builder基于IEC61131-3标准，支持5种编程语言，即：指令表（IL）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）、结构文本（ST）、顺序功能图（SFC）。

1.2 交流采样装置及其参数设置

在实现自动化的过程中，最关键的环节是数据采集。交流采样测量装置是将工频交流电量值（电流、电压、频率、有功功率、无功功率、相位角、功率因数等）经数据采集、转换、计划变为数字信号传送至本地或远端显示器的测量装置，交流采样测量装置是水电站综合自动化装置中的测量的部分，它代替了传统的仪器、仪表，已在水电站计算机监控系统中被广泛采用。

本文采用的是参数设置良好的EPM420交流采样装置，参数设置如下：

①密码设置保护不变；

②接线方式：根据原型象达电站的一次接线情况，设置为三相四线制三单元的接线方式；

③PT（电压互感器）变比设置：根据原型象达电厂的电压互感器选型，PT一次侧电压值/二次侧电压值为：110 000/100；

④CT（电压互感器）变比设置：根据原型象达电厂的电压互感器选型，CT一次侧电流值/二次侧电流值为：800/5；

⑤通讯地址设置：EPM420型多功能电量仪表的从站地址设置为从0至9；

⑥通讯波特率设置：全部EPM420型多功能电量仪表波特率设为9 600。

2 AC800M与交流采样装置的通信实现

2.1 Modbus实现通讯的传输途径

通信过程实质上是数据在各个层次间的传输过程，这里的编程是针对各个层次的不同功能进行的。Modbus将协议标准化后，方便在主站及多个从站之间进行数据交换请求。数据传输过程是先通过上机位，然后再向下传递到各个物理信道，最后到达数据接收端的最底层。

在整个由上到下的传递过程中，应用层主要负责协议数据单元（PDU）的构建，在此基础上链路层进行地址及效验码的传输，物理层以0/1的形式发送数据，这个数据传输环节的监控软件应按照三层功能分层来编写。

2.2 通信实现的解决方案

根据EPM420交流采样装置的参数设置内容，运用ABB Compact Control Builder AC 800M 5.0.1编程软件实现AC800M系统与交流采样装置的通信。

由于EPM420交流采样装置自带的是RS485通信模块，其作为子站的采样装置可以是单个或多个并联连接使用，主站通过不同的子站地址进行区别不同子站交流采样装置。编程软件通过编写程序从EPM420读取需要的数据存储到PLC的内存。PLC程序根据自身CPU的扫描周期，不断更新读取EPM420的数据，所以实现了PLC组态软件系统对数据实时采集[3]。

2.3 AC800M与交流采样装置的通信

AC800M系统与交流采样装置通信的具体实现包括创建系统硬件架构、CI853 RS-232C通信模块通讯参数配置、变量配置及编写程序等四部分。

①创建系统硬件架构： 建立一个名为gongyon的系统硬件架构。本系统的IP地址设为172.16.0.164（用于与后台通讯），CPU模块为型号为PM861， CI853为RS-232C通信模块。

②CI853 RS-232C通信模块通讯参数配置：通信模块的通讯参数配置为：

波特率：9600；数据位：8；奇偶校验：无；停止位：1。

参数配置，如图1所示。

③变量配置：配置通讯程序中所须调用的变量，变量的配置中每个变量名是唯一的。

④运用结构文本语言编写程序： 通讯程序的开发语言选用结构文用结构文本（ST），因为结构文件语言优点在于结构化的编程试，有简单的标准结构能快速高效的编程，使用直观灵活符合IEC61141-3标准。

2.4 AC800M系统与上位机人机交互的实现简述

通过AC800M的CPU模块实现与EPM420型多功能电量仪表的数据信息时实读取，并将读取到的数据通过ABB 提供的AC800M 系统中CI867 MODBUS TCP/IP 通讯模块，将读取到的信息高速、实时的送到计算机监控系统的后台网络中，计算机监控系统后台选用SD 8000水电站计算机监控系统，该系统提供了支持与ABB AC800M系统MODBUS TCP/IP通讯协议的驱动包，安装驱动包后，就可以实现后台人机交互系统中实时数据库与下位机AC800M控制系统之间的数据通讯。

3 结 语

以AC800M系列控制器为核心平台的通讯系统已在国内多家水电站得到成功应用。本文采用MODBUS通讯协议，运用ABB Compact Control Builder AC 800M 5.0.1组态软件，实现了AC800M系统与EPM420交流采样装置的开放网络通信。通过水电站的工程实践，ABB AC800M系统与交流采样装置的通讯系统稳定可靠运行，实现了数字化交流采样装置的通讯目的。

参考文献：

[1] GB/T 19582.2-2008，基于Modbus协议的工业自动化网络规范，第1部 分：Modbus应用协议[S].

[2] 史运涛，孙德辉，李志军，等.基于Modbus协议的通讯集成技术研究[J].化工自动化及仪表，2010，（4）.

[3] 顾海勤，杨奕，全毅，等.基于MODBUS协议的智能仪表与PC机双向通讯 设计[J].仪表技术与传感器，2013，（12）.