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[组图]串行通讯的PLC远程控制 |
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| 串行通讯的PLC远程控制 |
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作者：佚名 文章来源：网络 点击数： 更新时间：2009-6-5 11:12:11  |
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可编程控制器PLC的应用绝大部分都是通过编写梯形图的方式实现程序控制的，但对于智能低压开关系统来讲，其分、断的控制往往要求由主控操作室远程控制来完成。按传统的方法，主控室要对某一个开关柜进行操作，须先发一个控制命令，PLC接收到该控制命令后，再由PLC程序执行该命令，该段程序必须用梯形图或逻辑指令编程，当开关柜数目巨大或要求多路设备同时控制时，PLC的程序编写就比较复杂，尤其是采用脉冲型输出控制而不是用电平保持型控制时更是如此。因为开关柜的分、合控制须两路继电器输出分别控制“分闸”和“合闸”，而不是由单路继电器保持输出控制，使继电器输出与开关柜分合一致。考虑这些因素，本文采用串行通讯实现PLC的控制，PLC本机无须任何梯形图或逻辑指令，这样不仅实现简单而且方便可靠。
一、低压监控系统设计
（一）系统设计要求
依据用户的实际要求，智能低压开关柜不仅能在当地手动进行分、合，而且具有系统零位、时控和远方控制的功能，其控制回路的电气控制图如图1所示。图1中SV 为转换开关，当1、2通时，为当地时控方式；9、10通时为手动方式；5、6通时为远程控制。当开关柜工作在远方控制方式时，当PLC输出触点#107- #113闭合时，KM线圈加载得电，KM常开触点闭合，并形成回路使KM线圈始终得电，此时PLC输出触点#107-#113释放，当PLC输出触点 #105-115吸合时，KA线圈得电，KA常闭继电路断开，使KM线圈回路失电，KM常开触点断开，当KM线圈常开触点断开后，PLC#1052115 输出触点释放，开关维持断开状态。图中#901-#903作为PLC的输入触点。
（二）设计方案简述
本系统针对低压系统的实际要求设计，实现开关柜的远程控制。主站通过电力专用modem与远方子站RTU进行双向通讯，主站发出控制命令，子站接收主站控制命令并转发到PLC，并将PLC的执行结果及时反馈给主站，控制时间在1～2s完成。
监控系统分为三级：主站、变电站当地子站、PLC和仪表设备。主站借助GPS时钟精确定时，操作员可将任何时候的停电和启动设置进主站，由主站自动发出控制命令，该监控系统极适合路灯及景观灯的控制。
图1 控制回路的电气控制原理图
二、通讯协议及处理方法
（一）主站与子站的通讯协议
主站采用电力系统远动循环规约与子站进行通信，但远动循环规约中仅有主站对子站的单点遥控命令，为此主站端必须对CDT规约进行扩展，我们借用遥信报文的格式，将主站端需要控制的低压开关状态，用遥信报文下发到子站，为此仅需将下发的遥信报文中的开关状态内容分析出来，分别放置在yk_road[0]、 yk_road[1]、yk_road[2]、yk_road[3]四个字节中，支持对32路低压断路器的控制。报文由同步字、控制字和信息字三部分组成，其格式如下：
同步字为6个字节：0dbh，09h，0dbh，09h，0dbh，09h；控制字为6个字节：控制字节、帧类别、帧长度、源站址、目的站址、CRC校验；信息字为帧长度×6个字节，本文因为控制点数在32个以内，所以信息字仅为6个字节：功能码、1到8组开关柜控制状态、9到16组开关柜控制状态、17到24组开关柜控制状态、备用开关柜控制状态、CRC校验。整个控制报文18个字节，这样既符合CDT规约的通信格式，又不增加RTU的通信报文分析负担。
在该规约处理中，关键为实时判断出同步字头，然后根据帧类别区别遥控选择命令、遥控执行命令、遥控辙消命令、系统对时和成组开关控制命令，分析出遥控数据存放在yk_road[0]～yk_road[3]中，并置相应标志，再由远动测量装置将命令进行分析转换发给
PLC。实现该规约的分析方法voidinterruptCntReach1（）函数如下：
voidinterruptCntReach1（）/*串口1每收到一个字节中 断一次的中断处理程序*/
{ cntreach[1]++； /*每接收一个字节，中断 接收计数器加1*/
stat=sio_read（p[1]，data，1）；/*从串口1缓冲区读入一 个字节数据放到data[0]中*/
if（ok[1]==0）{/*如未判断到同步字节，以下分析同步 字头*/
switch（tp[1]）{
case0：if（data[0]==0xd7）tp[1]++； break；
case1：if（data[0]==0x09）tp[1]++；
else tp[1]=0； break；
case2：if（data[0]==0xd7）tp[1]++；
else tp[1]=0； break；
case3：if（data[0]==0x09）tp[1]++；
else tp[1]=0； break；
case4：if（data[0]==0xd7）tp[1]++；
else tp[1]=0； break；
case5：if（data[0]==0x09）
{ ok[1]=1；cntreach[1]=0； }
else tp[1]=0； break；
default：break； } }
if（（ok[1]==1）&&（cntreach[1]、=0））/*已判断到同步字头后，以下分析报文内容*/
{Rx_buf[1][cntreach[1]-1]=data[0]；
if（cntreach[1]==3）LGn[1]=Rx_buf[1][2]；
if（cntreach[1]>=（LGn[1]*6+6））
{step_flag[1]=1；/*置报文同步标志*/
CODE[1]=Rx_buf[1][1]； /*帧类别*/
switch（CODE[1]）{
case0x61：…/*遥控选择命令处理*/
case0xc2：…/*遥控执行命令处理*/
case0xb3：…/*遥控辙消命令处理*/
case0x7a：…/*系统对时，*/
case0xf4：if（Rx_buf[1][6]==0xf0）/*分析出遥控数 据，并置相应标志*/
if（Rx_buf[1][2]==1）
{yk_road[0]=Rx_buf[1][7]；
yk_road[1]=Rx_buf[1][8]；
yk_road[2]=Rx_buf[1][9]；
yk_road[3]=Rx_buf[1][10]；
yk.road=1；yx1_state[0]=1；} break；
default：break；
}reset_point（1）；/*复位各种标志的函数*/
} }sio_flush（p[1]，0）； }
（二）子站与松下PLC的通信协议
松下PLC通信协议MEWTOCOL2COM为厂家专门设计的协议，采用ASCII码的方式传送，用应答方式实现PC机与松下Fp1PLC之间的通信。由子站端RTU发出/命令信息0，FP1PLC响应，其基本格式如图2。
其命令代码Commandcode由2～3个ASCII字符组成，共26种，主要有：RCS为读一个触点数据；WCS为写一个触点数据；RCP为读多个触点数据；WCP为写多个触点数据；RS为读定时器和计数器的设定值；WS为写定时器和计数器的设定值；RCC为将多个触点数据以字方式读入；WCC为将多个触点数据以字方式写入；因此，通过对这26种命令组合分析，可以完全构成由远程对PLC进行控制，而PLC本身无需编写任何梯形图。通过分析测试，例如对 PLC下发ASCII数据串“%01#RCCX00000001**\xod”，共19个字节，其中X是输入数据类型，Y是输出数据类型，数据串末尾是回车符，必须用\xod代替，其中报文可以不计算BCH校验码，用**代替，该报文实现了以字方式读01号PLC中的输入从0000到0001数据，共32 路输入数据。PLC收到该报文后，立即回17个字节的数据串，前6个数据为/%01#RC0，后8个数据为2个字的输入点数据，每个字数据用4个字节，每个字符可表示4位输入点的状态，设计了Read_fp1_input（）函数实现报文分析转换方法。
对PLC的输出控制用WCC命令实现，其基本数据串格式为“%01#WCCY000000030000000000000000**/xod”，该报文实现了以字方式置01号PLC中的输出点从0000到0003数据，控制数据内容为16个字节，每个字符可表示4位输出点的状态，共64路输出数据。因为每个低压开关柜需要“开”、“断”2 路输出控制，实际此命令只可控制32路开关。为了系统可靠，低压开关设计为脉冲控制型，为此必须用通信命令
来实现PLC输出触点的同时输出，延时一段后再对PLC进行求反输出控制。设计Write_fp1_output（）函数实现了具体报文转换成输出数据下发给PLC的方法。
Read_fp1_input（） /*读FP1PLC输入数据的 处理函数*/
{unsignedcharfp1_read[19]=/%01#RCCX00000001* *\x0d0；intn；
memcpy（SendBuffer，fp1_read，19）；
receive_ok=0； termintrr=0；count=0；
sio_putb（p[6]，SendBuffer，19）；
while（count<wait_time）
{if（termintrr）
{if（Test_buf[6][3]==0x24）
{Test_buf[6][6]=Asc_to_Hex（Test_buf[6][6]）；
Test_buf[6][7]=Asc_to_Hex（Test_buf[6][7]）；
Test_buf[6][8]=Asc_to_Hex（Test_buf[6][8]）；
Test_buf[6][9]=Asc_to_Hex（Test_buf[6][9]）；
Test_buf[6][10]=Asc_to_Hex（Test_buf[6][10]）；
Test_buf[6][11]=Asc_to_Hex（Test_buf[6][11]）；
Test_buf[6][12]=Asc_to_Hex（Test_buf[6][12]）；
Test_buf[6][13]=Asc_to_Hex（Test_buf[6][13]）；
yx_road[0]=（（Test_buf[6][6]&0x0f）*16+Test_buf [6][7]）；
yx_road[1]=（（Test_buf[6][8]&0x0f）*16+Test_buf [6][9]）；
yx_road[2]=（（Test_buf[6][10]&0x0f）*16+Test_ buf[6][11]）；
yx_road[3]=（（Test_buf[6][12]&0x0f）*16+Tes buf[6][13]）；
step_flag[6]=1； count = wait_time+1；
} } }}
Asc_to_Hex（charx）/*ASCII码转换成十六进制数 */
{ if（x<=0x39）x=x&0x0f； else x=x-“A”+ return x；}
Hex_to_Asc（charx，inthigh）/*十六进制数的高、 转换成ASCII码*/
{if（high==1）x=（（x&0xf0）>>4）&0x0f； else x&0x0f；
if（x>9）x=x+-A。-10； elsex=x+0x30；
return（x）；}
Write_fp1_output（）/*控制FP1PLC输出，并合成 冲的处理函数*/
{unsignedcharfp1_write[35]=/%01#WCCY0000 00000000000000**\x0d0；
intn；
memcpy（SendBuffer，fp1_write，35）；
receive_ok=0； termintrr=0； count=0；
SendBuffer[16]=Hex_to_Asc（～yk_road[0]，1）；
SendBuffer[17]=Hex_to_Asc（～yk_road[0]，0）；
SendBuffer[18]=Hex_to_Asc（～yk_road[1]，1）；
SendBuffer[19]=Hex_to_Asc（～yk_road[1]，0）；
SendBuffer[20]=Hex_to_Asc（yk_road[2]，0）；
SendBuffer[21]=Hex_to_Asc（～yk_road[2]，0）；
SendBuffer[28]=Hex_to_Asc（yk_road[0]，1）；
SendBuffer[29]=Hex_to_Asc（yk_road[0]，0）；
SendBuffer[30]=Hex_to_Asc（yk_road[1]，1）；
SendBuffer[31]=Hex_to_Asc（yk_road[1]，0）；
sio_putb（p[6]，SendBuffer，35）；
while（count<wait_time）
{if（termintrr） count=count+1；}
count=0；
while（count<36）{if（count>30）
{memcpy（SendBuffer，fp1_write，35）；
receive_ok=0； termintrr=0；
sio_putb（p[6]，SendBuffer，35）；
count=40；
}}sleep（1）；
Read_fp1_input（）；/*读PLC得触点状态数据*/
yx_duiwei（）；/*遥信数据对位*/
Send_yx（）；} /*将遥信数据上送*/
图2 报文格式图
（三）控制的实现
我们为系统操作员在主站端设计了两种控制方式，第1种为手动遥控：在后台的图形界面中，点击进入相应的变电站，再进入路灯和景观灯所在的控制界面，界面中每一组路灯对应变电站的一个低压抽屉柜，操作员用鼠标选择路灯和景观灯的“开”、“灭”状态，再将所有的开灭状态组成字节数据，用CDT报文下发给变电站的 RTU。RTU收到路灯控制命令后，将报文解析和重组，用MEWTOCOL2COM通信协议将控制数据传送给PLC。PLC将按照系统操作员在后台的设置执行控制命令，RTU将控制结果及时反馈给主站端，主站端将这一控制过程作为一条记录存入数据库，可以事后查询。第2种控制方式为时控：操作员用鼠标选择在××年××月××日××时××分或星期几时的路灯和景观灯的/开0、/灭0状态，将这些数据存入数据库，当设定时间到达时系统自动发出这些数据，系统可以根据RTU的反馈信息确定控制是否成功，并可决定是否重发。
因为对PLC的控制是在子站RTU完成的，为控制的实时性，我们采用C语言编程实现了对PLC的通信控制，确保PLC中无需编写任何梯形图逻辑。由于系统主站与子站之间的通信是基于十六进制数据的CDT规约，而 MEWTOCOL2COM通信协议是基于ASCII码的数据通信，为此设计了两个函数用于基于ASCII字符数据的发送和接收。其中发送数据函数 Sio_putb（），其使用格式见Read_fp1_input（）程序。另一个数据接收中断处理处理函数为本设计的关键，为方便和可靠，本文设计的中断触发信号为“串行口收到回车符（十六进制的0dH）”，确保PLC每应答完一帧完整的报文，RTU才进入中断处理，并在中断处理程序中完成报文数据的分析，大大提高了快速性和可靠性。这种方法在基于ASCII字符的通信中极为有效。本文RTU有6个串口，串口1为与主站的全双工通信通道，串口6为与 PLC通信通道，用sio_term_irq（p[6]，TermCome，0x0d）；函数指明串口6只有收到回车符（0x0d）才响应中断 voidinterruptTerm2Come（），其他的为变电站内的微机保护监控装置、发电机、直流电源屏、变压器通信通道，本文不做赘述。其中断函数初始化及中断处理程序参见文献。
三、结语
利用串行通信实现对PLC的远程控制，可以方便在主站后台端改变对底端设备的控制逻辑和运行方式，PLC中无需编写任何梯形图程序，这在设备远程控制中有重要意义。该项目2004年在厦门海沧大桥多个变电站正式投运，达到了设计要求，实现了全桥低压设备的远方控制.
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